способ определения уровня жидкости и сыпучих материалов

Формула изобретения

Способ определения уровня жидкости и сыпучих материалов, заключающийся в том, что для возбуждения резонатора на импульсный ключ с генератора подается меандр прямоугольных импульсов, где усиливается и далее поступает на первое пьезокерамическое кольцо, с выхода резонатора в виде второго керамического кольца, снимается амплитуда синусоидального сигнала, которая после усиления на усилителе и фильтрации на фильтрах подается на вход аналого-цифрового преобразователя, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой пропорционально амплитуде входного сигнала, далее начинает уменьшаться частота, задаваемая генератором, при совпадении частоты генератора и собственной частоты резонатора на выходе резонатора получается наибольшая амплитуда синусоидального сигнала, используются две полосы девиации частоты возбуждения резонатора, все преобразования положительных полуволн амплитуды полученного сигнала суммируются в цифровом устройстве на протяжении изменения частоты возбуждения резонатора в пределах своей полосы девиации, полученные таким образом суммы сравниваются и принимается решение о наличии или отсутствии контролируемой среды между лопатками резонатора, по принятому решению с помощью логического устройства выдается сигнал на управление твердотельным оптореле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, в частности для автоматизации контроля уровня различных жидкостей и сыпучих сред в промышленных и бытовых резервуарах.

Из уровня техники известен способ определения уровня жидкости или сыпучих сред, основанный на использовании изменения резонансных свойств резонатора, являющийся измерением амплитудно-частотной характеристики резонатора в газе и в жидкости (см. патентный документ США № 2005/0210954, опубл. 29.09.2005), выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Недостатком известного способа является контроль узкого спектра жидкостей по вязкости и сложность контроля отсутствия контролируемой среды при налипании фракции на лопатки резонатора.

Технический результат заключается в том, что заявленный способ позволяет контролировать более широкий спектр жидкостей по вязкости и контролировать отсутствие контролируемой среды при налипании фракции на лопатки резонатора.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе определения уровня жидкости и сыпучих материалов для возбуждения резонатора на импульсный ключ с генератора подается меандр прямоугольных импульсов, где усиливается и далее поступает на первое пьезокерамическое кольцо, с выхода резонатора в виде второго керамического кольца снимается амплитуда синусоидального сигнала, которая после усиления на усилителе и фильтрации на фильтрах подается на вход аналого-цифрового преобразователя, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой пропорционально амплитуде входного сигнала, далее начинает уменьшаться частота, задаваемая генератором, при совпадении частоты генератора и собственной частоты резонатора на выходе резонатора получается наибольшая амплитуда синусоидального сигнала, используются две полосы девиации частоты возбуждения резонатора, все преобразования положительных полуволн амплитуды полученного сигнала суммируются в цифровом устройстве на протяжении изменения частоты возбуждения резонатора в пределах своей полосы девиации, полученные таким образом суммы сравниваются и принимается решение о наличии или отсутствии контролируемой среды между лопатками резонатора, по принятому решению с помощью логического устройства выдается сигнал на управление твердотельным оптореле.

Отличия заявленного способа от известного состоит в том, что в для возбуждения резонатора на импульсный ключ с генератора подается меандр прямоугольных импульсов, где усиливается и далее поступает на первое пьезокерамическое кольцо, с выхода резонатора в виде второго керамического кольца снимается амплитуда синусоидального сигнала, которая после усиления на усилителе и фильтрации на фильтрах подается на вход аналого-цифрового преобразователя, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой пропорционально амплитуде входного сигнала, далее начинает уменьшаться частота, задаваемая генератором, при совпадении частоты генератора и собственной частоты резонатора на выходе резонатора получается наибольшая амплитуда синусоидального сигнала, используются две полосы девиации частоты возбуждения резонатора, все преобразования положительных полуволн амплитуды полученного сигнала суммируются в цифровом устройстве на протяжении изменения частоты возбуждения резонатора в пределах своей полосы девиации, полученные таким образом суммы сравниваются и принимается решение о наличии или отсутствии контролируемой среды между лопатками резонатора, по принятому решению с помощью логического устройства выдается сигнал на управление твердотельным оптореле.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующего заявленный способ.

Способ основан на использовании изменения резонансных свойств резонатора, при погружении лопаток резонатора в жидкую или сыпучую среду. Резонатор состоит из двух лопаток на основании и двух пьезокерамических колец с тремя прокладками из двусторонних стеклотекстолитовых шайб (для подключения электрических проводов) и прижимного винта. Возбуждение резонатора производится подачей меандра электрических импульсов на пьезокерамическое кольцо, с изменяющейся частотой. При совпадении частоты возбуждения и собственной частоты резонатора на выходе получаем синусоидальный сигнал с наибольшей амплитудой. Выходной синусоидальный сигнал снимается со второго пьезокерамического кольца, усиливается и фильтруется фильтрами нижних и верхних частот. Полоса пропускания фильтров перекрывает собственную частоту резонатора на воздухе и в вязкой жидкости. Используются две полосы девиации частоты возбуждения резонатора. Первая полоса девиации частоты возбуждения включает собственную частоту резонатора в газе. Вторая полоса включает собственную частоту резонатора в жидкости. Во время девиации частоты по полосам производится непрерывное измерение и суммирование положительных полуволн амплитуды выходного усиленного и отфильтрованного сигнала со второго пьезокерамического кольца с помощью амплитудно-цифрового преобразователя. Полученные таким образом суммы сравниваются, и принимается решение о наличии или отсутствии контролируемой среды в зоне между лопатками резонатора. Результат принятия решения оформляется в виде выходного логического сигнала «ДА/НЕТ».

Способ определения уровня жидкости или сыпучих сред, основанный на использовании изменения резонансных свойств резонатора, является по сути измерением амплитудно-частотной характеристики резонатора в газе и в жидкости, по априорно известным свойствам резонатора и вычислением площади положительных синусоидальных амплитуд выходного сигнала. Выходной сигнал, снимаемый с выхода усилителя и фильтров, подается на АЦП, чем больше разрядность применяемого АЦП и меньше время, затраченное на измерение, тем точнее будет измерена положительная амплитуда синусоидального выходного сигнала. В варианте выполнения устройства, который прошел экспериментальную проверку, применялся десятиразрядный АЦП на базе процессора Р1с12Р683, все вычисления и управление внешними устройствами выполнены на этом процессоре.

В состав устройства входит источник электрического питания 1, резонатор 2, импульсный ключ 3, который служит для усиления меандра прямоугольных импульсов, поступающих с генератора 8, фильтр высоких частот 4, операционный усилитель 5, фильтр низких частот 6 и цифровое устройство 11. В состав цифрового устройства 11 входит АЦП 9, генератор меандра прямоугольных импульсов 8 и логическое устройство 7, которое управляет внешним твердотельным оптореле 10. При этом все информативные сигналы между АЦП 9, генератором меандра прямоугольных импульсов 8 и логическим устройством 7 являются цифровыми кодами.

Способ осуществляется следующим образом.

Меандр прямоугольных импульсов с генератора 8 поступает на импульсный ключ 3, где усиливается и поступает на первое пьезокерамическое кольцо (на чертеже не показано), для возбуждения резонатора в виде второго пьезокерамического кольца (на чертеже не показано). Далее начинает уменьшаться частота, задаваемая генератором 8, при совпадении частоты генератора 8 и собственной частоты резонатора 2 на выходе резонатора 2 получается наибольшая амплитуда синусоидального сигнала, которая после усиления на усилителе 5 и фильтрации на фильтрах 4 и 6 подается на вход АЦП 9, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифру пропорционально амплитуде сигнала. Все преобразования положительных полуволн амплитуды входного сигнала суммируются на протяжении изменения частоты возбуждения в пределах своей полосы девиации в цифровом устройстве 11. Полученные таким образом суммы сравниваются, и принимается решение о наличии или отсутствии контролируемой среды между лопатками резонатора 2. По принятому решению с помощью логического устройства 7 выдается сигнал на управление устройством 10. При погружении лопаток резонатора 2 в жидкую среду собственная частота резонатора 2 уменьшается по мере глубины погружения и совпадение с частотой возбуждения и вследствие увеличение счета происходит на второй полосе. После сравнения полученных сумм принимается решение о наличии контролируемой среды и подается логический сигнал на управление устройством 10.