Исследование и разработка новых принципов построения ультразвуковых измерителей уровня нестационарных сред

• Автор: Паллаг, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1992
• Место защиты: Каунас
• Количество страниц: 136 с. : ил.

В В В Д Є Н И в;.,

. Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРООЛЕИН.

1.1 Анализ ультразвуковых методов измерения уровня жидкости

1.2 Анализ особенностей распространения ультразвуковой волны

1.3 Анализ методов расчета

1.4 Определение направления исследований

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖЕНИЯ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ ОГРАНИЧЕННЫХ

ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ОТ НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

2.1 Разработка математической модели

2.2 Результаты численного моделирования

2.3 Экспериментальные исследования

2.4 Анализ статистических характеристик отраженных сигналов .6?
2.5 Выводы
Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО •
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ УРОВНЯ
3.1 Синтез структурной схемы измерителя
3.2 Вопросы реализации ультразвукового измерителя уровня работащего в нестационарных условиях
3.3 Описание цепей измерения ультразвукового микропроцессорного измерителя уровня и их экспериментальные исследования
3.4 Структурная схема и принципы работ ультразвукового
микропроцессорного измерителя уровня.:...'
3.5 Выводы
Глава 4. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ
УРОВНЯ.
4.1 Состав полной погрешности измерителя уровня «01
4.2 Характеристики погрешностей измерителя

4.3 Случайные погрешности
4.3.1 Погрешность из-за нестабильности параметров электронных

блоков измерителя ..-№5
4.3.2 Погрешность, вызванная рассеиванием от нестационарной поверхности
4.3.3 Погрешность эталонного канала
4.3.4 Погрешность фиксации момента прихода ультразвукового импульса
4.3.5 Погрешность округления .результатов измерений
А. 4.3.6 Погрешность дискретизации временного интервала
4.4 Дифракционная погрешность
4.5 Суммарная погрешность измерителя уровня,..,
4. В Выводы ...1<21
5 Заключение
Б Список литературы
7 Приложение

Актуальность работы. Для измерения уровня жидкостей в открытых и закрытых резервуарах нирокое при-иенение находят ультразвуковые методы. Значительные трудности возникают при измерениях нестационарных уровней , поскольку нестационарность сопровождается волнением поверхности. При этом отражение волн вместо зеркального приобретает диффузионный характер. что существенно снижает точность и достоверность измерений. Построение надежно работающего уровнемера в таких условия возможно только при известных статистических закономерностях отраженного ультразвукового сигнала.
Основная сложность задачи отражения волн от реальной поверхности заключается в том, что для многих моделей такого класса поверхностей необходимо использовать теории многократного рассеяния. Практическое применение уже разработанных приближенных методов из-за громоздкости алгоритмов и большого объема ■ памяти, необходимого для решения такого класса задач, диктует необходимость совершенствования уже существующих методов или создания новых, с учетощ особенностей решаемой задачи.
Таким образом, учитывая требования к быстродействию измерений и к компактности аппаратурного исполнения ультразвуковых измерителей уровня поверхности, необходимо создать методику численного анализа структуры акустических полей, рассеянных реальной поверхностью и разработать ультразвуковые преобразователи, работающие в сложных условиях эксплуатации.
- Ц-е л ь--р-а'б о т'ы - исследование и-разработка принципов
где I, 1 - период» сответственно, крупномасштабных и мелкомасштабных неровностей,^ ,и - угловые частоты колебаний,
- амплитуды крупномасштабной и мелкомасштабной неровностей.
Таким образом предполагается, что на поверхности жидкости существует низкочастотная стоячая волна, на которую накладывается значительно более высокочастотная бегущая волна. Такая ситуация характерна в случае закрытых резервуаров.
Кроме того, предположим,что радиус кривизны крупномасштабных неровностей И значительно больше длины падающей волны , а амплитуды мелкомасштабных колебаний - значительно меньше длины падающей волны. При этом скорости движения точек поверхности значительно меньше скорости ультразвуковой волны. Тогда в точке падения ультразвуковой волны профиль крупномасштабной неровности можно аппроксимировать касательной (рис.2.1), В этом случае анализ отраженного поля можно свести к анализу поля, отраженного только от мелкомасштабной неровности при меняющемся во времени угле падения:
0 = аг с1е12{2$/1- Нт(2'1х/1. (2.2)
Рассмотрим рассеяние плоской волны на двумерной периодической поверхности 5(х). Применяя подход Де Санто выделим из потенциала скорости поле падающей плоской волны Ф„ и рассеянное поле Фр , удовлетворяющее двумерному уравнению Гельмгольца (1.13) и уравнениям (1.12-1,15). Поскольку приемники ультразвука, применяемые при измерениях параметров акустического поля, реагируют на колебательное давление, то в практических задачах обычно оперируют с пространственным распределением давления в среде. Функции Ф(х,гД) и Р(х,гД) связаны