Повышение точности ультразвукового сигнализатора уровня Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.183.34

А.Н. Скачков

магистрант, кафедра «Авиационные приборы и устройства», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Б.А. Миркин

канд. техн. наук, доцент, кафедра «Авиационные приборы и устройства»,

Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО СИГНАЛИЗАТОРА УРОВНЯ

Аннотация. В статье рассмотрен принцип работы и метод увеличения точности измерений ультразвукового сигнализатора уровня. Для повышения точности предлагается использовать систему сигнализаторов, состоящую из трех или более сигнализаторов, находящихся по периметру резервуара. Такая система обеспечивает более точное снятие показаний по всему периметру резервуара.

Ключевые слова: точность, сигнализатор уровня.

A.N. Skachkov, Arzamas Polytechnic Institute of R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

B.A. Mirkin, Arzamas Polytechnic Institute of R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

THE EECT OF SCATTERING OG A LASER BEAM UPON REFLECTION FROM THE MIRRORS OF THE

GYROSCOPE

Abstract. The article presents principles of operation and a method of increasing the accuracy of ultrasonic level sensor. Is suggested to use a system of sensors composed of 3 or more sensors located on reservoir perimeter in order to increase the accuracy. This system provides a better metering on the whole perimeter of the reservoir.

Keywords: accuracy, ultrasonic level sensor.

Предназначение сигнализаторов уровня жидкости - это измерение уровня жидкости в разных резервуарах; они могут также использоваться, например, для измерения уровня топлива в топливном баке с целью контроля расхода топлива и технического состояния резервуара, так как эти датчики являются электробезопасными.

Сигнализаторы могут быть использованы для контроля и учёта уровня жидкости в открытых или закрытых, под действием давления, емкостях в технологических установках промышленных объектов, пищевой, медицинской, химической, нефтехимической и многих других областях промышленности, а также в качестве индикатора наполненности жидкости в проверяемом объеме.

Принцип работы ультразвуковых сигнализаторов строится на излучении акустических волн, их приеме, усилении, преобразовании и измерении. Ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости (СУ) состоит из генератора импульсов, акустического излучателя и приемника, включенных в электрическую схему, содержащую усилитель, преобразователь и измеритель сигналов, прошедших через подконтрольную среду [1].

Распространенным недостатком сигнализаторов уровня является низкая точность измерений в динамическом режиме, в частности, из-за пенообразования на поверхности жидкости во время заполнения резервуара.

Для повышения точности измерения уровня топлива предлагается использовать систему сигнализаторов, размещенных определенным образом по периметру резервуара, которая будет проводить измерения во всех условиях, в том числе при наличии слоя пены на поверхности.

Для примера рассмотрим ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости,

разработанный В.И.Мельниковым, который удовлетворяет требованиям потребителей по совокупности признаков и достигаемому техническому результату [2].

Данный сигнализатор содержит следующие компоненты: волновод, находящийся в цилиндрическом защитном корпусе, преобразователь продольных волн, кольцевой чувствительный элемент и электрическую схему. Волновод одним своим концом соединён с акустическим преобразователем, а вторым - с чувствительным элементом. Чувствительный элемент выполнен в форме кольца, полученного кольцевыми проточными канавками по окружности трубки, которая используется как корпус. Акустический преобразователь подключен к электрической схеме.

В состав электрической схемы входят: генератор импульсов, усилитель принятых сигналов, компаратор уровня напряжения и формирователь задержанных строб-импульсов. Выход генератора и вход усилителя соединены с акустическим преобразователем, выход усилителя подключен к входу компаратора уровня напряжения, стробирующий вход которого соединен с выходом формирователя задержанных строб-импульсов. Пуск формирователя происходит от генератора одновременно с поступлением импульсов на акустический преобразователь.

Рисунок - Система ультразвуковых сигнализаторов уровня: 1. Сигнализатор уровня. 2. Резервуар. 3. Компаратор уровня напряжения. 4. Формирователь задержанных строб-импульсов. 5. Выход компаратора.

6. Сигнальная лампа

Принцип работы сигнализатора следующий. С выхода генератора импульсы проходят на акустический преобразователь, где они преобразуются в продольные акустические волны, и по волноводу приходят на чувствительный элемент. В кольцевом чувствительном элементе создаются две изгибные волны, которые идут навстречу друг другу и приходят обратно на точку излучения, то есть на место соединения волновода с кольцом, где осуществляется обратное преобразование изгибных волн в продольную волну. После чего она возвращается по волноводу обратно к преобразователю, где превращается в электрический сигнал и после усиления идет на вход компаратора. Вместе с этим на компаратор с выхода формирователя задержанных строб-импульсов приходит строб-импульс, который переводит компаратор на

прием импульсов, пришедших с выхода усилителя. Время задержки строб-импульсов определяется временем прохождения акустических импульсов начиная с момента излучения и оканчивая моментом прихода после прохождения по пути волновод - чувствительный элемент и обратно [3].

Компаратор включается в работу, если выполнено условие: амплитуда принятого сигнала выше заданного значения уровня дискриминации. Это случается, если чувствительный элемент сигнализатора находится в газообразной среде, то есть затухание изгибных волн в нем очень мало. При погружении чувствительного элемента в жидкость амплитуда акустической волны, двигающейся по нему, становится значительно меньше вследствие излучения и ухода акустической энергии в жидкость, находящуюся вокруг, и работа компаратора прекращается. Выход компаратора соединён с исполнительным реле или световым индикатором состояния среды.

С помощью сигнализатора определяют уровень жидкости в заданной зоне в емкости измеряемой среды. При этом чувствительный элемент может находиться как непосредственно в наблюдаемой среде, так и вне ее, выше границы раздела сред.

Схема подключения сигнализаторов в резервуаре представлена на рисунке. При другой форме резервуара используется большее количество датчиков, которые также расположены по периметру резервуара, подключаются они таким же образом, как представлено на рисунке.

Для повышения точности измерения уровня топлива предлагается использовать систему сигнализаторов, как показано на рисунке, размещенных определенным образом по периметру резервуара, которая будет проводить измерения во всех условиях, в том числе при наличии слоя пены на поверхности.

Представленная схема позволяет устранить ряд недостатков, присущих существующей конструкции, и расширяет диапазон его применения; повышает точность и позволяет выполнять свою задачу более оперативно.

Список литературы:

1. Совлуков А.С. Способ измерения уровня вещества в емкости. Заявка на патент: 2014120872/28, кл. МПКС01Р23/00, дата публикации 23.05.2014.

2. Мельников В.И. Ультразвукой сигнализатор уровная жидкости в.и. мельникова. Заявка на патент: 2009104523/28, кл. МПКС01Р23/28, дата публикации 10.02.2009.

3. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики под ред. Шарапова В. М. - М.: Техносфера, 2006. - 632 с.