RU86001U1 - DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK Download PDFInfo
- Publication number
- RU86001U1 RU86001U1 RU2009113798/22U RU2009113798U RU86001U1 RU 86001 U1 RU86001 U1 RU 86001U1 RU 2009113798/22 U RU2009113798/22 U RU 2009113798/22U RU 2009113798 U RU2009113798 U RU 2009113798U RU 86001 U1 RU86001 U1 RU 86001U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- ultrasonic
- tank
- matching layer
- piezoelectric transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
1. Устройство для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом через нижнюю стенку цистерны, содержащее ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, размещенный в корпусе, снабженном рукояткой, имеющий акустический контакт через слой смазки с наружной поверхностью нижней стенки цистерны с жидкостью, подключенный кабелем к электронному измерительному блоку и магнитный фиксатор, содержащий магниты с магнитопроводами, отличающееся тем, что ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь имеет расположенный на рабочей поверхности согласующий слой, выполненный из упругого эластичного материала, магнитный фиксатор расположен между ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем и рукояткой и установлен на поперечной оси, жестко закрепленной в корпусе, с возможностью поворота магнитного фиксатора относительно корпуса с образованием рычага после установки магнитного прижима на цистерну, а рукоятка жестко закреплена на противоположном от ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя конце корпуса. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитный фиксатор состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых содержит два магнитопровода, расположенных на поперечной оси, и постоянный магнит между ними, причем один из полюсов магнита обращен к одному магнитопроводу, а второй полюс к другому. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина согласующего слоя составляет λ/4+n λ/2, где λ - длина ультразвуковой волны в материале согласующего слоя, n=0, 1, 2, 3, 4. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что согласующий слой выполнен из полиуретана. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с1. Device for measuring the liquid level by ultrasonic method through the bottom wall of the tank, containing an ultrasonic piezoelectric transducer located in a housing equipped with a handle, having acoustic contact through a lubricant layer with the outer surface of the bottom wall of the tank with liquid, connected by a cable to the electronic measuring unit and a magnetic lock containing magnets with magnetic circuits, characterized in that the ultrasonic piezoelectric transducer is located on the working the surface is a matching layer made of elastic elastic material, a magnetic retainer is located between the ultrasonic piezoelectric transducer and the handle and is mounted on a transverse axis rigidly fixed in the housing, with the possibility of rotation of the magnetic retainer relative to the housing with the formation of a lever after installing the magnetic clamp on the tank, and the handle is rigidly fixed on the opposite end of the housing from the ultrasonic piezoelectric transducer. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic latch consists of two identical parts, each of which contains two magnetic cores located on the transverse axis, and a permanent magnet between them, one of the poles of the magnet facing one magnetic circuit, and the second pole to another. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the thickness of the matching layer is λ / 4 + n λ / 2, where λ is the length of the ultrasonic wave in the material of the matching layer, n = 0, 1, 2, 3, 4.! 4. The device according to claim 1, characterized in that the matching layer is made of polyurethane. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that with
Description
Изобретение относится к области измерения уровня жидкости, в частности к измерителю уровня звукопрозрачных жидкостей, которые находятся в стационарных и транспортируемых стальных емкостях без их вскрытия.The invention relates to the field of measuring the level of liquid, in particular to a level meter of translucent liquids that are in stationary and transported steel tanks without opening them.
Большинство известных измерителей уровня жидкости в емкостях являются инвазивными, например: емкостные, резонансные, поплавковые и др.Most of the known liquid level meters in containers are invasive, for example: capacitive, resonant, float, etc.
Создание неинвазивных ультразвуковых измерителей уровня жидкости сопровождается техническими сложностями, связанными с тем, что коэффициент пропускания по мощности границы твердое тело-жидкость определяется выражением Kt=4(z1/z2)/((1+z1/z2)2), где z1 и z2 - акустические сопротивления жидкости и стальной стенки цистерны z=ρ×c, где ρ - плотность, с - скорость звука. (Лепендин Л.Ф. Акустика: Учеб. Пособие для втузов. Москва: Высшая школа. 1978 г, с.182) [1]. Как известно, акустическое сопротивление стали более чем в 30 раз превышает акустическое сопротивление жидкости, поэтому в прямом и обратном направлении через границу их раздела проходит менее 12% мощности падающей ультразвуковой волны. Вследствие этого амплитуда отраженной от свободной поверхности жидкости ультразвуковой волны мала, что затрудняет ее регистрацию. Эту проблему решают путем повышения мощности зондирующих импульсов, применения малошумящих усилителей в приемнике, повышения приемопередающих характеристик и улучшения согласования ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя со стальной стенкой.The creation of non-invasive ultrasonic liquid level meters is accompanied by technical difficulties associated with the fact that the transmission coefficient for the power of the solid-liquid interface is determined by the expression K t = 4 (z1 / z2) / ((1 + z1 / z2) 2 ), where z1 and z2 are the acoustic impedances of the liquid and the steel wall of the tank z = ρ × c, where ρ is the density and c is the speed of sound. (Lependin LF Acoustics: Textbook. Manual for technical colleges. Moscow: Higher school. 1978, p.182) [1]. As you know, the acoustic resistance of steel is more than 30 times higher than the acoustic resistance of a liquid; therefore, less than 12% of the power of the incident ultrasonic wave passes in the forward and reverse direction through the interface. As a result, the amplitude of the ultrasonic wave reflected from the free surface of the liquid is small, which makes it difficult to register. This problem is solved by increasing the power of the probe pulses, using low-noise amplifiers in the receiver, increasing the transmit-receive characteristics and improving the matching of the ultrasonic piezoelectric transducer with the steel wall.
Известен способ ультразвукового измерения уровня жидкости, в частности, в топливных баках самолетов. Ультразвук от преобразователя передается в жидкость через внешнюю нижнюю поверхность стенки бака, отражается от границы жидкость-газ, и ультразвуковое эхо принимается преобразователем. Уровень жидкости определяется на основе времени прихода ультразвукового эха. (US 2009/0019929 А1, МПК 8 G01F 23/296, 22-01-2009) [2]. Ультразвуковой преобразователь выполнен в одном блоке с измерительным электронным устройством и предназначен для измерения в местах свободного доступа. Однако известное устройство нельзя использовать при измерении уровня жидкости в железнодорожных цистернах, которые имеют ограниченное пространство доступа в нижней части.A known method of ultrasonic measurement of liquid level, in particular in the fuel tanks of aircraft. Ultrasound from the transducer is transmitted to the liquid through the outer lower surface of the tank wall, is reflected from the liquid-gas boundary, and the ultrasonic echo is received by the transducer. The liquid level is determined based on the arrival time of the ultrasonic echo. (US 2009/0019929 A1, IPC 8 G01F 23/296, 01-22-2009) [2]. The ultrasonic transducer is made in one unit with a measuring electronic device and is intended for measurement in places of free access. However, the known device cannot be used when measuring the liquid level in railway tanks, which have a limited access space in the lower part.
Известно устройство для определения наличия или отсутствия жидкости за металлической стенкой сосуда на уровне установки ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя. (RU 2178551, МПК 7 G01F 23/296, 20-01-2002) [3]. Для определения уровня жидкости преобразователь устанавливают в разных точках по вертикали и принимают решение о наличии или отсутствии жидкости путем сравнения электрических напряжений, соответствующих обработанному и эталонному электрическим сигналам. Для обеспечения независимости результатов измерений от собственных характеристик ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя и уменьшения влияния параметров контролируемой жидкости и параметров стенки сосуда на достоверность контроля используется демпфирование преобразователя, выбор рабочей частоты, фильтрация и другие способы обработки сигнала. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь плотно, до создания акустического контакта, присоединяют к контролируемой поверхности сосуда и осуществляют прижим через слой вязкой жидкости или полимерную пленку толщиной 0,1-0,2 мм с помощью пружин и струбцин, либо с помощью постоянного магнита. Известное устройство не позволяет оперативно проводить измерение жидкости в железнодорожных цистернах, имеющих большую высоту.A device for determining the presence or absence of liquid behind a metal wall of a vessel at the installation level of an ultrasonic piezoelectric transducer. (RU 2178551, IPC 7 G01F 23/296, 20-01-2002) [3]. To determine the liquid level, the converter is installed at different points vertically and decide on the presence or absence of liquid by comparing the electrical voltages corresponding to the processed and reference electrical signals. To ensure the independence of the measurement results from the intrinsic characteristics of the ultrasonic piezoelectric transducer and to reduce the influence of the parameters of the monitored liquid and the parameters of the vessel wall on the reliability of the control, damping of the transducer, selection of the operating frequency, filtering, and other signal processing methods are used. The ultrasonic piezoelectric transducer is tightly attached to the surface of the vessel until an acoustic contact is created and pressed through a layer of viscous liquid or a polymer film 0.1-0.2 mm thick using springs and clamps, or using a permanent magnet. The known device does not allow for rapid measurement of liquid in railway tanks having a high height.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением по конструктивному выполнению и назначению является ультразвуковой портативный уровнемер (УУП1-П1), предназначенный для оперативного измерения уровня звукопрозрачных жидкостей, которые находятся в стационарных резервуарах и в железнодорожных цистернах, сквозь однослойную стенку резервуаров и цистерн без их разгерметизации (Ультразвуковой портативный уровнемер УУП1-П1, рекламный проспект, ООО «НДЛТД», Украина, http://www.nd-ltd/com/UUP1/htme) [4], принимаемый за прототип.The closest to the claimed utility model technical solution for the design and purpose is an ultrasonic portable level gauge (УУП1-П1), designed for operational measurement of the level of translucent liquids that are in stationary tanks and in railway tanks through a single-layer wall of tanks and tanks without their depressurization (Ultrasonic portable level gauge UUP1-P1, brochure, LLC "NDLTD", Ukraine, http: //www.nd-ltd/com/UUP1/htme) [4], taken as a prototype.
Устройство-прототип содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, магнитный фиксатор для установки преобразователя на внешней поверхности нижней стенки стальной цистерны через слой контактной смазки. Преобразователь подключен кабелем к измерительному блоку с вычислителем, имеющему внутренний источник питания. Измеряют время прохождения ультразвуковой волны до границы раздела жидкой и воздушной среды и обратно и по известной формуле определяют пройденное ультразвуковой волной расстояние, соответствующее уровню жидкости в цистерне. Однако конструкция ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя в рекламном описании не раскрыта.The prototype device contains an ultrasonic piezoelectric transducer, a magnetic retainer for mounting the transducer on the outer surface of the lower wall of the steel tank through a layer of contact lubricant. The converter is connected by cable to the measuring unit with a calculator having an internal power source. The transit time of the ultrasonic wave to the interface between the liquid and the air medium is measured and vice versa, and the distance traveled by the ultrasonic wave corresponding to the liquid level in the tank is determined by the well-known formula. However, the design of the ultrasonic piezoelectric transducer in the advertising description is not disclosed.
Преобразователь с магнитным фиксатором в различных вариантах исполнения может быть снабжен несъемной или съемной рукояткой. В первом случае несъемную рукоятку необходимо удерживать рукой, чтобы исключить ослабление контакта рабочей поверхности ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя с внешней поверхностью стенки цистерны. Во втором случае затруднительно осуществлять снятие и фиксацию рукоятки, что создает неудобства при установке преобразователя на внешней поверхности нижней стенки цистерны. Кроме того, усилие прижима рабочей поверхности ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя к внешней поверхности нижней стенки цистерны зависит от силы притяжения магнитов, толщины лакокрасочного покрытия цистерны и ее шероховатости, что приводит к нестабильности акустического контакта и, следовательно, к снижению точности измерений. В то же время, так как толщина контактной смазки меняется в зависимости от усилия прижима рабочей поверхности ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, амплитуда и частота реверберации (переотражений) ультразвуковой волны в слое контактной смазки будет отличаться от измерения к измерению. При этом наличие тонкого слоя контактной смазки, ограниченного двумя поверхностями с высоким акустическим импедансом, приводит к многократным переотражениям ультразвуковой волны в слое контактной смазки и высокочастотным искажениям формы волны, что увеличивает частоту и амплитуду реверберации, увеличивает искажения формы импульса ультразвуковой волны и приводит к снижению надежности приема и передачи ультразвуковой волны измерительным устройством.A transmitter with a magnetic lock in various versions can be equipped with a fixed or removable handle. In the first case, the non-removable handle must be held by hand to prevent weakening of the contact of the working surface of the ultrasonic piezoelectric transducer with the outer surface of the tank wall. In the second case, it is difficult to remove and fix the handle, which creates inconvenience when installing the converter on the outer surface of the bottom wall of the tank. In addition, the clamping force of the working surface of the ultrasonic piezoelectric transducer to the outer surface of the bottom wall of the tank depends on the magnet attraction force, the thickness of the paint and varnish coating of the tank and its roughness, which leads to instability of the acoustic contact and, therefore, to a decrease in the measurement accuracy. At the same time, since the thickness of the contact lubricant varies depending on the pressing force of the working surface of the ultrasonic piezoelectric transducer, the amplitude and frequency of the reverberation (rereflection) of the ultrasonic wave in the contact lubricant layer will differ from measurement to measurement. In this case, the presence of a thin layer of contact lubricant bounded by two surfaces with high acoustic impedance leads to multiple re-reflections of the ultrasonic wave in the contact lubricant layer and high-frequency distortion of the waveform, which increases the frequency and amplitude of the reverberation, increases the distortion of the pulse shape of the ultrasonic wave and reduces reliability receiving and transmitting ultrasonic waves by a measuring device.
Техническим результатом, настоящей полезной модели, является повышение надежности приема и передачи ультразвуковой волны измерительным устройством за счет исключения зависимости усилия прижима рабочей поверхности ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя к внешней поверхности нижней стенки цистерны от толщины лакокрасочного покрытия и шероховатости поверхности цистерны, а также уменьшения частоты и амплитуды реверберации в контактной смазке.The technical result of this utility model is to increase the reliability of receiving and transmitting an ultrasonic wave by a measuring device by eliminating the dependence of the pressing force of the working surface of the ultrasonic piezoelectric transducer on the outer surface of the bottom wall of the tank on the thickness of the paint coating and the roughness of the surface of the tank, as well as reducing the frequency and amplitude of the reverberation in contact grease.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом через нижнюю стенку цистерны содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, размещенный в корпусе, снабженном рукояткой, имеющий акустический контакт через слой смазки с наружной поверхностью нижней стенки цистерны с жидкостью, подключенный кабелем к электронному измерительному блоку и магнитный фиксатор, содержащий магниты с магнитопроводами.The specified technical result is achieved by the fact that the device for measuring the liquid level by the ultrasonic method through the bottom wall of the tank contains an ultrasonic piezoelectric transducer located in a housing equipped with a handle, which has acoustic contact through a lubricant layer with the outer surface of the bottom wall of the tank with liquid, connected by a cable to an electronic measuring device block and magnetic retainer containing magnets with magnetic cores.
Согласно полезной модели, ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь имеет расположенный на рабочей поверхности согласующий слой, выполненный из упругого эластичного материала, магнитный фиксатор расположен между ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем и рукояткой и установлен на поперечной оси, жестко закрепленной в корпусе, с возможностью поворота магнитного фиксатора относительно корпуса с образованием рычага после установки магнитного прижима на цистерну, рукоятка жестко закреплена на противолежащем от ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя конце корпуса.According to a utility model, an ultrasonic piezoelectric transducer has a matching layer located on the working surface made of elastic material, a magnetic retainer is located between the ultrasonic piezoelectric transducer and the handle and mounted on a transverse axis rigidly fixed in the housing, with the possibility of rotation of the magnetic retainer relative to the housing to form lever after installing the magnetic clamp on the tank, the handle is rigidly fixed to the opposite from the street An ultrasonic piezoelectric transducer end of the enclosure.
В частном случае исполнения устройства:In the particular case of the device:
- магнитный фиксатор состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых содержит два магнитопровода, расположеных на поперечной оси, и постоянный магнит между ними, причем один из полюсов магнита обращен к одному магнитопроводу, а второй полюс к другому;- the magnetic lock consists of two identical parts, each of which contains two magnetic cores located on the transverse axis, and a permanent magnet between them, with one of the poles of the magnet facing one magnetic circuit, and the second pole to the other;
- толщина согласующего слоя составляет λ/4+n λ/2, где λ - длина ультразвуковой волны в материале согласующего слоя, n=0, 1, 2, 3, 4;- the thickness of the matching layer is λ / 4 + n λ / 2, where λ is the length of the ultrasonic wave in the material of the matching layer, n = 0, 1, 2, 3, 4;
- согласующий слой выполнен из полиуретана;- the matching layer is made of polyurethane;
- согласующий слой выполнен из резины;- the matching layer is made of rubber;
- согласующий слой выполнен из отвержденного компаунда на основе полиуретана.- the matching layer is made of a cured compound based on polyurethane.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом через нижнюю стенку цистерны.Figure 1 shows a functional diagram of a device for measuring liquid level by ultrasonic method through the bottom wall of the tank.
На фиг.2 приведен схематический чертеж ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, поперечное сечение.Figure 2 shows a schematic drawing of an ultrasonic piezoelectric transducer, cross section.
На фиг.3 приведен чертеж устройства для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом в цистерне с жидкостью, в аксонометрии.Figure 3 shows a drawing of a device for measuring the liquid level by ultrasonic method in a tank with liquid, in a perspective view.
На фиг.4 приведен схематический чертеж магнитного фиксатора в рабочем положении, где а - вид сбоку, б - сечение АА.Figure 4 shows a schematic drawing of a magnetic latch in the operating position, where a is a side view, b is a section AA.
На фиг.5 приведено изображение хода ультразвуковой волны в цистерне с жидкостью.Figure 5 shows the image of the course of the ultrasonic wave in the tank with liquid.
Устройство для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом через нижнюю стенку цистерны (фиг.1, 2, 3) содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1, имеющий акустический контакт через согласующий слой 2 и слой контактной смазки 3 с наружной поверхностью нижней стенки 4 цистерны с жидкостью 5 и закрепленный внутри корпуса 6. Магнитный фиксатор 7 расположен между ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем 1 и рукояткой 8 и установлен на поперечной оси 9, жестко закрепленной в корпусе 6 с возможностью поворота магнитного фиксатора 7 относительно корпуса 6, с образованием рычага после установки устройства на цистерну. Рукоятка 8 жестко закреплена на противолежащем относительно ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 конце корпуса 6. Магнитный фиксатор 7 (фиг.4) состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых содержит два магнитопровода 10, 11, расположенные на поперечной оси 9 и постоянный магнит 12 между ними, причем один из его полюсов N обращен к магнитопроводу 10, а второй полюс S к магнитопроводу 11.A device for measuring the liquid level by the ultrasonic method through the bottom wall of the tank (Figs. 1, 2, 3) contains an ultrasonic piezoelectric transducer 1 having acoustic contact through a matching layer 2 and a layer of contact lubricant 3 with the outer surface of the bottom wall 4 of the tank with liquid 5 and fixed inside the housing 6. A magnetic latch 7 is located between the ultrasonic piezoelectric transducer 1 and the handle 8 and is mounted on the transverse axis 9, rigidly mounted in the housing 6 with the possibility of rotation of the magnet latch 7 relative to the housing 6, with the formation of the lever after installing the device on the tank. The handle 8 is rigidly mounted on the opposite end of the housing 6 relative to the ultrasonic piezoelectric transducer 1. The magnetic lock 7 (Fig. 4) consists of two identical parts, each of which contains two magnetic cores 10, 11 located on the transverse axis 9 and a permanent magnet 12 between them moreover, one of its poles N faces the magnetic circuit 10, and the second pole S to the magnetic circuit 11.
Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг.2) содержит пьезоэлектрический элемент 13 из пьезокерамики типа ЦТС-19, ПКР-73, ПКР-1, эффективно работающей в режиме излучение-прием. На верхней и нижней поверхностях пьезоэлектрического элемента 13 нанесены электроды 14, 15 соответственно. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 имеет расположенный на рабочей верхней поверхности согласующий слой 2, выполненный из упругого эластичного материала, например, из полиуретана, резины, отвержденного компаунда на основе полиуретана, имеющий значение акустического импеданса близкое к акустическому импедансу контактной жидкости 3, в качестве которой могут быть использованы глицерин, силиконовое или минеральное масло. Толщина согласующего слоя 2 больше толщины слоя контактной смазки 3 и составляет λ/4+n λ/2, где λ - длина ультразвуковой волны в материале согласующего слоя, n=0, 1, 2, 3, 4.The ultrasonic piezoelectric transducer 1 (figure 2) contains a piezoelectric element 13 of piezoelectric ceramics type TsTS-19, PKR-73, PKR-1, effectively operating in the radiation-reception mode. On the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 13 applied electrodes 14, 15, respectively. The ultrasonic piezoelectric transducer 1 has a matching layer 2 located on the working upper surface, made of an elastic elastic material, for example, polyurethane, rubber, a cured compound based on polyurethane, having an acoustic impedance value close to the acoustic impedance of contact liquid 3, which can be glycerin, silicone or mineral oil are used. The thickness of the matching layer 2 is greater than the thickness of the layer of contact lubricant 3 and is λ / 4 + n λ / 2, where λ is the length of the ultrasonic wave in the material of the matching layer, n = 0, 1, 2, 3, 4.
Электроды 14, 15 подключены экранированным кабелем 18, проходящим внутри корпуса 6 и рукоятки 8, к электронному измерительному блоку 19, который предназначен для возбуждения, приема ультразвуковых колебаний пьезоэлектрического преобразователя 1, измерения времени прохождения ультразвуковых колебаний через жидкость 5, вычисления и индикации уровня жидкости в цистерне. Для подавления собственных колебаний пьезоэлектрического элемента 13 его нижняя поверхность (фиг.2) имеет акустический контакт с демпфером 20, а боковая поверхность пьезоэлектрического элемента 13 и демпфера 20 покрыта защитным компаундом 21 для дополнительного демпфирования и герметизации.The electrodes 14, 15 are connected by a shielded cable 18, passing inside the housing 6 and the handle 8, to the electronic measuring unit 19, which is designed to excite, receive ultrasonic vibrations of the piezoelectric transducer 1, measure the transit time of ultrasonic vibrations through the fluid 5, calculate and display the liquid level in the tank. To suppress the natural vibrations of the piezoelectric element 13, its lower surface (Fig. 2) has acoustic contact with the damper 20, and the side surface of the piezoelectric element 13 and the damper 20 is covered with a protective compound 21 for additional damping and sealing.
На ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 наносят слой контактной жидкости 3, рукояткой 8 перемещают корпус 6 к нижней поверхности стенки 4 цистерны, при этом магнитопроводы 10, 11 притягиваются к стальной стенке 4 цистерны. При отпускании рукоятки 8 последняя под действием собственного веса перемещается вниз, и корпус 6, поворачиваясь относительно поперечной оси 9, прижимает ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 согласующим слоем 2 через контактную смазку 3 к стенке 4 цистерны с получением акустического контакта. Усилие прижима ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 обеспечивается действием рычага, образованного поперечной осью 9, длиной и массой рукоятки 8 и расстоянием от ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 до поперечной оси 9 и не зависит от силы притяжения магнитного фиксатора 7, толщины лакокрасочного покрытия цистерны и шероховатости ее поверхности, что повышает стабильность акустического контакта. При поступлении импульса возбуждения от электронного измерительного блока 19 на электроды 14, 15 ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 возбуждает ультразвуковые колебания, которые проходят через согласующий слой 2, контактную смазку 3, стенку 4 цистерны и жидкость 5 в цистерне (Фиг.5). Ультразвуковые колебания, отражаясь от границы раздела жидкость - газовоздушная смесь, попадают на ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1, сигнал с которого по кабелю 18 поступает на электронный измерительный блок 19, который измеряет время прохождения ультразвуковых колебаний от пьезоэлектрического преобразователя 1 до границы раздела жидкость - газовоздушная смесь и обратно и вычисляет уровень жидкости в цистерне.A layer of contact liquid 3 is applied to the ultrasonic piezoelectric transducer 1, the housing 6 is moved by the handle 8 to the lower surface of the tank wall 4, while the magnetic circuits 10, 11 are attracted to the steel wall 4 of the tank. When releasing the handle 8, the latter moves down under the action of its own weight, and the housing 6, turning relative to the transverse axis 9, presses the ultrasonic piezoelectric transducer 1 with a matching layer 2 through contact lubricant 3 to the wall 4 of the tank to obtain an acoustic contact. The clamping force of the ultrasonic piezoelectric transducer 1 is ensured by the action of the lever formed by the transverse axis 9, the length and mass of the handle 8 and the distance from the ultrasonic piezoelectric transducer 1 to the transverse axis 9 and does not depend on the attractive force of the magnetic retainer 7, the thickness of the paintwork of the tank and the roughness of its surface, which increases the stability of acoustic contact. Upon receipt of the excitation pulse from the electronic measuring unit 19 to the electrodes 14, 15, the ultrasonic piezoelectric transducer 1 excites ultrasonic vibrations that pass through the matching layer 2, contact grease 3, the wall 4 of the tank and the liquid 5 in the tank (Figure 5). Ultrasonic vibrations, reflected from the interface between the liquid and the gas-air mixture, are transmitted to the ultrasonic piezoelectric transducer 1, the signal from which is transmitted via cable 18 to the electronic measuring unit 19, which measures the transit time of the ultrasonic vibrations from the piezoelectric transducer 1 to the liquid-gas-air interface and back and calculates the liquid level in the tank.
Для измерения уровня жидкости ультразвуковым методом важен выбор рабочей частоты, более высокие частоты быстро затухают в среде, а более низкие имеют большую длину волны и, следовательно, понижают точность измерений. Оптимальным является диапазон в сотни килогерц, так для частоты 600 кГц длина волны в воде и других жидкостях составляет примерно 2,5 мм. Скорость звука в используемых контактных смазках составляет от 1800 до 2200 м/с, поэтому для рабочей частоты в 600 кГц толщина четвертьволнового слоя такой смазки равна 0,8 мм, что сложно обеспечить в переносном устройстве при различных погодных условиях, влияющих на густоту смазки, состоянии внешней поверхности стенки цистерны с учетом ее кривизны и непостоянном усилии прижима рабочей поверхности ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя к стенке цистерны. Увеличение толщины согласующего слоя позволит улучшить согласование пьезоэлектрического преобразователя со стенкой цистерны.To measure the liquid level by the ultrasonic method, the choice of the operating frequency is important, higher frequencies decay quickly in the medium, and lower ones have a longer wavelength and, therefore, lower the measurement accuracy. The optimal range is hundreds of kilohertz, so for a frequency of 600 kHz, the wavelength in water and other liquids is about 2.5 mm. The speed of sound in the contact greases used is from 1800 to 2200 m / s; therefore, for a working frequency of 600 kHz, the thickness of the quarter-wave layer of such a grease is 0.8 mm, which is difficult to ensure in a portable device under various weather conditions that affect the grease density and condition the external surface of the tank wall, taking into account its curvature and the unstable force of pressing the working surface of the ultrasonic piezoelectric transducer to the tank wall. Increasing the thickness of the matching layer will improve the coordination of the piezoelectric transducer with the wall of the tank.
Так как, толщина согласующего слоя 2 больше толщины слоя контактной смазки 3 и выбрана из условий оптимального подавления переотраженной в согласующем слое 2 ультразвуковой волны и допустимого затухания основной, прошедшей через него ультразвуковой волны, и составляет 1/4, 3/4, 5/4, 7/4, 9/4 длины ультразвуковой волны в материале согласующего слоя 2, а их акустические импедансы близки, то частота реверберации f=1/(2(h1/c1+h2/c2)), где h1 - толщина согласующего слоя 2, h2 - толщина контактной смазки 3, c1 - скорость звука в согласующем слое 2, c2 - скорость звука в контактной смазке 3, возникающих между рабочей поверхностью пьезоэлектрического элемента 13 и стенкой 4 цистерны, определяется только толщиной согласующего слоя 2 и слабо зависит от толщины контактной смазки 3. При этом высокочастотные искажения формы импульса отсутствуют, а низкочастотные искажения имеют малую амплитуду, поскольку затухают в согласующем слое большей толщины, чем слой контактной смазки, что вместе с обеспечением стабильности усилия прижима повышает надежность приема и передачи ультразвуковой волны, что является основным требованием при неинвазивном измерении уровня жидкости ультразвуковым методом.Since the thickness of the matching layer 2 is greater than the thickness of the contact lubricant 3 layer and is selected from the conditions of optimal suppression of the ultrasonic wave reflected in the matching layer 2 and the allowable attenuation of the main ultrasonic wave passing through it, it is 1/4, 3/4, 5/4 , 7/4, 9/4 of the ultrasonic wavelength in the material of the matching layer 2, and their acoustic impedances are close, then the reverberation frequency f = 1 / (2 (h 1 / c 1 + h 2 / c 2 )), where h 1 - the thickness of the matching layer 2, h 2 - the thickness of the contact lubricant 3, c 1 - the speed of sound in the matching layer 2, c 2 - the speed of sound in contact grease 3 arising between the working surface of the piezoelectric element 13 and the tank wall 4, it is determined only by the thickness of the matching layer 2 and weakly depends on the thickness of contact grease 3. In this case, high-frequency distortions of the pulse shape are absent, and low-frequency distortions have a small amplitude, since they attenuate matching layer of a greater thickness than the contact lubricant layer, which, together with the stability of the pressing force, increases the reliability of the reception and transmission of ultrasonic waves, which is the basis th requirement for non-invasively measuring the level of liquid by an ultrasonic method.
Источники информации:Information sources:
1. Лепендин Л.Ф. Акустика: Учеб. Пособие для втузов. Москва: Высшая школа. 1978 г, с.182.1. Lependin L.F. Acoustics: Textbook. Manual for technical colleges. Moscow: High School. 1978, p. 182.
2. US 2009/0019929 А1, МПК 8 G01F 23/296, 22-01-20092. US 2009/0019929 A1, IPC 8 G01F 23/296, 01-22-2009
3. RU 2178551, МПК 7 G01F 23/296, 20-01-20023. RU 2178551, IPC 7 G01F 23/296, 20-01-2002
4. Ультразвуковой портативный уровнемер УУП1-П1, рекламный проспект, ООО «НДЛТД», Украина, http://www.nd-ltd/com/UUPl/htme - прототип.4. Ultrasonic portable level gauge UUP1-P1, brochure, LLC "NDLTD", Ukraine, http: //www.nd-ltd/com/UUPl/htme - prototype.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009113798/22U RU86001U1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009113798/22U RU86001U1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU86001U1 true RU86001U1 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009113798/22U RU86001U1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU86001U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108731773A (en) * | 2018-05-03 | 2018-11-02 | 江苏方天电力技术有限公司 | A kind of ultrasonic level gage probe fixing device |
| CN115655416A (en) * | 2022-10-20 | 2023-01-31 | 国网浙江省电力有限公司超高压分公司 | Test probe and auxiliary oil level gauge of oil-immersed transformer |
-
2009
- 2009-04-13 RU RU2009113798/22U patent/RU86001U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108731773A (en) * | 2018-05-03 | 2018-11-02 | 江苏方天电力技术有限公司 | A kind of ultrasonic level gage probe fixing device |
| CN115655416A (en) * | 2022-10-20 | 2023-01-31 | 国网浙江省电力有限公司超高压分公司 | Test probe and auxiliary oil level gauge of oil-immersed transformer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12449320B2 (en) | Electromagnetic ultrasonic double-wave transducer | |
| JPH0373823A (en) | Improved torsional wave motion fluid sensor and apparatus | |
| WO2006122016A1 (en) | A method and apparatus for fluid density sensing | |
| US8919193B2 (en) | Ultrasonic liquid level detector | |
| CN108955787B (en) | Measuring device | |
| CN2781367Y (en) | Line fecusing PVDF piezoelectric film altrusonic probe | |
| AU2008297648A1 (en) | Acoustic thickness measurements using gas as a coupling medium | |
| RU86001U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL BY THE ULTRASONIC METHOD THROUGH THE LOWER WALL OF THE TANK | |
| WO2013013395A1 (en) | Device and method for measuring liquid level | |
| TWM382483U (en) | Measurement device for the stored amount of an enclosed container | |
| CN107687892B (en) | A kind of test device and method of sonic transducer low frequency sensitivity | |
| RU2303243C1 (en) | Ultrasound level meter | |
| GB2427273A (en) | Fluid level sensor using Rayleigh-Lamb waves | |
| CN2413273Y (en) | Ultrasonic oil-water interface detector | |
| SU1749717A1 (en) | Ultrasonic level indicator | |
| RU2069314C1 (en) | Method of measurement of flow rate of liquids with variable level and liquid flowmeter | |
| JP2004177190A (en) | Ultrasonic sludge interface meter | |
| CN120651160B (en) | Metal sheet thickness measurement method based on mixed system zero group velocity Lamb wave technology | |
| JP2021113682A (en) | Wall thickness measurement device and wall thickness measurement method of subject | |
| RU90554U1 (en) | PRIMARY MEASURING TRANSMITTER OF SOUND SPEED SENSOR IN LIQUID | |
| RU53001U1 (en) | ELECTRONIC-ACOUSTIC LIQUID MEASUREMENT DEVICE | |
| RU33221U1 (en) | Ultrasonic device for measuring the liquid level in the tank | |
| Khasani et al. | Development of measurement method of steam-water two-phase flow system using single frequency waves | |
| RU191059U1 (en) | UNDERWATER DEPTH METER | |
| RU2262084C1 (en) | Resonance acoustical level meter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120414 |