Разработка и исследование ультразвуковых уровнемеров с улучшенными характеристиками

• Автор: Ганькин, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 239 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УРОВНЕМЕРОВ С
УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ
1.1. Классификация первичных преобразователей уровнемеров
1.2. Виды сигналов, используемые в ультразвуковых уровнемерах
1.3. Типовые структурные схемы ультразвуковых уровнемеров
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УРОВНЕМЕРОВ
2.1. Расширение диапазона показаний импульсных ультразвуковых уровнемеров с низкочастотными акустическими преобразователями
2.2. Снижение погрешности измерения времени пробега ультразвукового
сигнала
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ И АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УРОВНЕМЕРОВ ИМПУЛЬСНОГО ТИПА
3.1. Требования к ультразвуковому уровнемеру, работающему в составе системы контроля технологических процессов
3.2. Ультразвуковой уровнемер с расширенными пределами измерения
3.3. Ультразвуковой уровнемер с малой погрешностью измерения времени
пробега ультразвукового сигнала
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
УРОВНЕМЕРОВ
4.1. Исследование влияния нестабильности параметров передающего тракта на диапазон измерения
4.2. Анализ дополнительных погрешностей импульсных ультразвуковых уровнемеров
4.3. Исследование систематической составляющей погрешности косвенного
измерения объема жидкости
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ УРОВНЕМЕРОВ
5.1. Приемная часть уровнемера с малой погрешностью измерения уровня жидкости
5.2. Передающая часть уровнемера с расширенным диапазоном измерения 154 Основные результаты и выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ПУТИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УРОВНЕМЕРОВ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ П1. ЗАДАНИЯ НА МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ П2. ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ОТ ДЕФОРМАЦИИ РЕЗЕРВУАРА
ПРИЛОЖЕНИЕ ПЗ. ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ЗАВИСИМОСТИ
ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЕМА РЕЗЕРВУАРА ОТ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ П4. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМЕРА
ПРИЛОЖЕНИЕ П5. ИНФОРМАЦИЯ О ВНЕД РЕНИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ П6. ВНЕШНИЙ ВИД РАЗРАБОТАННОГО УРОВНЕМЕРА23 £
ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время системы автоматического управления производственными процессами, системы измерения и контроля различных параметров и системы автоматического сбора данных приобретают все большее значение. Ежегодный прирост рынка средств автоматизации технологических процессов составляет 4.3 % в год [79]. Автоматизация управления является одной из важнейших тенденций в современной технике. Применение высокопроизводительных однокристальных микроЭВМ в составе первичных преобразователей привело к появлению нового поколения так называемых "интеллектуальных" ("smart sensors") датчиков. "Интеллектуальные" датчики на основе микроконтроллеров обладают более высокой точностью, стабильностью, низким потреблением, малыми габаритами и большими функциональными возможностями, к числу которых относятся цифровая обработка сигнала, представление выходной информации в форме, не требующей дополнительной обработки и возможность построения систем сбора данных на основе вычислительной сети.
Средства измерения уровня жидкости применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства для измерения, контроля и регулирования параметров технологических процессов, испытаниях машин, оборудования и различной аппаратуры, при количественном учете. Доля измерений уровня жидкости от общего объема измерений в промышленности составляет около 10% [85]. Несмотря на большое число методов измерения этих параметров, потребность в высокоточных датчиках чрезвычайно велика и, очевидно, будет возрастать по мере развития производства. Повышение точности и обеспечение единства измерений относится к числу актуальных задач метрологии. Одновременно, высокоточное измерение этих параметров необходимо для экономической отчетности и экономии ресурсов.

показана на рис. 1.5,г. Фронт ударного импульса определяется быстрым процессом разряда емкости С]. Амплитуда первого полупериода колебаний может составлять 300-ь500 В, однако эффективно действующая амплитуда спектральной составляющей на рабочей частоте значительно меньше (в 5-Й О раз) ввиду несоответствия спектра импульса и полосы пропускания пьезорезонатора. ГЗИ описанного типа отличается простотой и надежностью. Главным достоинством его является то, что излучение акустических колебаний происходит на резонансной частоте пьезорезонатора, что улучшает условия приема отраженного сигнала, недостаток - низкая энергетическая эффективность.
ГЗИ по схеме рис. 1.5,6 формирует зондирующий импульс с колоколообразной огибающей либо с огибающей вида зіпх/х. Он содержит генератор синусоидальных колебаний Г и модулятор М, к которому подводится напряжение огибающей иогиб- При указанной форме огибающей импульс на выходе ГЗИ (рис. 1.5,д) характеризуется узким спектром.
ГЗИ по схеме рис. 1.5,в содержит генератор синусоидальных колебаний Г и электронный ключ Кл. Ключ замыкается на промежуток времени, соответствующий целому числу периодов генератора Г. Данный тип ГЗИ находит широкое применение в связи с простотой устройства и высокой эффективностью, особенно в УЗ-уровнемерах с большим диапазоном измерения (до десятков метров).
Более сложные сигналы используются реже, что связано с узкой полосой пропускания, температурной и временной нестабильностью фазочастотной характеристики широко применяемых на практике пьезорезонаторов АП. В то же время, успехи в создании новых высокостабильных пьезоматериалов открывают возможности применения новых для УЗ-уровнемерной техники методов, связанных, например, с использованием сигналов с внутриимпульсной модуляцией.