非接觸式超聲波液位計測量和固體檢測裝置百分比

一個接口，粘度和百分比懸掛的固體超聲檢測系統(tǒng)，包括一個適用于容器壁外部的傳感器，意味著激活傳感器，從而通過容器壁傳輸超聲波脈沖，跨越容器內(nèi)容，并反映出來關(guān)閉反轉(zhuǎn)脈沖，并反映反射脈沖，并依賴于反射脈沖衰減的范圍，以顯示容器中兩種分層不易混淆液體之間的界面位置和/或用于指示容器中懸浮液的粘度和/或固體固體。

密歇根州密歇根州一家公司，2010年1月27日，Ser。No. 794,105 Int。氯。001s 9/66美國。氯。公開了一種界面，粘度和懸浮固體超聲檢測百分比系統(tǒng)，包括適于固定在容器壁外部的換能器，用于激勵換能器的裝置，使得超聲波脈沖通過容器壁，穿過容器內(nèi)容物，并從相對的容器壁反射回傳感器，并且響應(yīng)于反射脈沖，并且取決于反射脈沖的衰減程度，用于指示兩個分層之間的界面的位置。容器中不混溶的液體和/或用于指示容器中懸浮液的粘度和/或固體百分比。

背景技術(shù)迄今為止，已經(jīng)提出超聲波液位計用于指示容器中的分層不混溶液體之間的界面。所提出的一種方法可稱為超聲回波方法，其中換能器放置在容器的底部，用于將超聲波振動束引向液/液界面。在美國示出并描述了這種裝置。拍。1956年12月25日發(fā)布給Rod等人的2,775,748。超聲波脈沖的發(fā)送和接收之間經(jīng)過的時間，以及遍歷介質(zhì)中脈沖的已知速​​度，給出了脈沖行進(jìn)的距離，因此確定相對于換能器的接口電平。

還提出了超聲波液位計來測量液體粘度和懸浮固體的百分比。所有這些裝置還需要處理液體接觸換能器的聲音發(fā)射面。

在任何現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，特別是在安裝和維護(hù)方面會產(chǎn)生許多問題。在一般工藝工業(yè)中對材料的增加，流動，腐蝕，磨損，溫度和壓力要求，嚴(yán)重限制了這種工藝液體接觸裝置的使用。由于容器中液體的溫度和密度的變化，聲音傳播速度的變化也會產(chǎn)生誤差。當(dāng)所涉及的距離相對較小時，由于回聲裝置固有的不準(zhǔn)確性而產(chǎn)生進(jìn)一步的誤差，如實際尺寸的容器的情況。

內(nèi)容本提供一種液/液界面，粘度和百分比懸浮固體超聲檢測系統(tǒng)，其中換能器安裝成與處理液不接觸。換能器適于安裝在容器壁的外側(cè)，因此不受工藝條件的影響。

該系統(tǒng)包括比較裝置，用于檢測超聲波脈沖的衰減程度，該超聲波脈沖通過容器壁，穿過容器的內(nèi)部尺寸并從容器壁反射回?fù)Q能器。比較技術(shù)的使用提供了高度精確的測量，允許檢測衰減的微小差異，并允許提供易于調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)比較電壓，從而可以容易地調(diào)節(jié)系統(tǒng)以適應(yīng)不同的處理液和/或懸浮液。

具體實施方式液/液界面檢測如圖1所示，提供容器1，其上安裝有換能器2。容器1包含兩種具有不同粘度的分層不混溶液體3A和3B。

提供信號處理系統(tǒng)4，用于激勵換能器2并處理從其接收的信號。

當(dāng)液體3A和3B之間的液/液界面低于容器1中的線AA所示的換能器水平時，信號處理系統(tǒng)4適于選擇性地激勵輸出裝置5.輸出裝置5包括繼電器6，其用于接通可見裝置7可以包括喇叭，蜂鳴器，閃光燈或任何其他傳統(tǒng)的可見和/或聲音警報器或裝置或這些裝置的任何組合。裝置8可包括泵，閥等。

換能器2可以包括任何傳統(tǒng)的超聲脈沖發(fā)射 - 接收換能器，優(yōu)選地，但不限于：盤形式的壓電裝置，其被粘合，夾緊，保持或以其他方式固定到容器1的外壁表面。

當(dāng)通電時，換能器2以穿過容器壁的線AA所示的水平在容器上傳送超聲波脈沖，使得箭頭9所示的路徑越過容器的內(nèi)部尺寸。脈沖在10處被相對的容器壁反射并且返回到換能器2.如果壁10被管道等阻擋，則可以在容器1中設(shè)置反射壁（未示出）。

信號處理系統(tǒng)4包括脈沖振蕩器11，其可以是任何常規(guī)設(shè)計，用于以適當(dāng)?shù)闹貜?fù)率在線路12上產(chǎn)生信號。這些信號中的每一個由引線12和13施加到換能器2，其中信號被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超聲脈沖。

在將反射脈沖返回到換能器2'時，脈沖被轉(zhuǎn)換成電脈沖，該電脈沖的大小根據(jù)脈沖在容器1中通過的材料而減小。材料的粘度越大，衰減越大。脈沖從中穿過。該脈沖由引線13在其第一輸入端施加到兩個輸入端和門14，第二輸入端在引線15上接收檢查信號，其目的將在下文中更具體地描述。

輸出和門14由引線16施加到接收放大器17，以提供具有衰減幅度的輸出信號，該幅度取決于特定液體3A或3B的粘度，超聲脈沖通過該粘度。接收器放大器17的輸出由引線18施加到差分放大器19的第一輸入端。差分放大器19還在第二輸入端施加標(biāo)準(zhǔn)電壓電平，其幅度等于通過底部液體的反射脈沖的幅度。 3A。

當(dāng)液體3A處于換能器水平AA以使超聲波脈沖通過液體3A時，差分放大器19不提供輸出。當(dāng)頂部液體3B處于水平AA以使聲波脈沖通過時，反射脈沖將衰減到不同程度，并且差分放大器19提供輸出信號，從而指示液/液界面低于AA水平。該輸出信號由引線20施加到繼電器6，繼電器6用于接通指示裝置7和/或過程控制裝置8。

應(yīng)當(dāng)理解，可以校準(zhǔn)系統(tǒng)以通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓來檢測液/液界面何時高于AA水平，以對應(yīng)于通過頂部液體3B的反射脈沖。在這種情況下，當(dāng)?shù)撞恳后w3A處于水平AA時，差分放大器將提供輸出信號，從而檢測到液體/液體界面高于AA水平。

通過使用脈沖振蕩器11方便地產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓電平。脈沖振蕩器11的輸出通過引線21饋送到可變衰減器22.可變衰減器22允許將脈沖電平調(diào)節(jié)到在點(diǎn)處校準(zhǔn)的選定標(biāo)準(zhǔn)電平。安裝對應(yīng)于響應(yīng)于穿過容器1中的液體3A或3B的超聲波脈沖而產(chǎn)生的電脈沖�？勺兯�減器22的輸出經(jīng)由引線23饋送到延遲器24并且引線25饋送到差分放大器19。延遲24確保在產(chǎn)生接收器放大器17輸出時標(biāo)準(zhǔn)電平電壓可用。

如上所述，檢測信號由引線15施加到門14上。該檢查信號僅在經(jīng)過大約等于電和聲脈沖穿過脈沖振蕩器11的路徑所需的經(jīng)過時間之后施加。在圖12和13中示出了換能器2，兩個方向上的容器1的路徑，以及引線13到達(dá)門14.檢查信號被施加足夠長的時間長度以適應(yīng)這些脈沖的傳輸時間的微小變化。在所有其他時間，由于沒有檢查信號，門14被阻擋。以這種方式，傳輸?shù)綋Q能器2的脈沖與系統(tǒng)中出現(xiàn)的其他寄生信號一起不被傳輸?shù)讲罘址糯笃?9，以可能激活裝置7或8。

通過引線12和26將振蕩器11的輸出施加到延遲觸發(fā)器27的輸入來產(chǎn)生檢查信號。延遲觸發(fā)器27將其對輸入信號的響應(yīng)延遲一段時間，該時間段對應(yīng)于所需的時間段。用于電和聲脈沖穿過上文所述的路徑。

參考圖1。在圖2中，示出了修改的輸出設(shè)備5'作為圖2的替代輸出設(shè)備5。在該實施例中，差分放大器19的輸出可以由導(dǎo)體20'饋送到具有指針29的電壓計28.在這種情況下，調(diào)節(jié)可變衰減器22，使得當(dāng)在接口之間的接口時，差分放大器19具有平衡輸入。液體3A和3B處于AA水平。在這種情況下，指針29提供零讀數(shù)，如圖所示。

當(dāng)較高粘度的液體處于AA水平時，反射脈沖被更大程度地衰減，從而在指針29逆時針移動的情況下在儀表28上產(chǎn)生負(fù)讀出。當(dāng)液/液界面位于換能器2的區(qū)域中時，界面從AA級的放置程度將由讀出的幅度表示。

當(dāng)較低粘度的材料處于AA級時，反射的脈沖衰減到較小的程度，從而在指針29順時針移動的情況下在儀表28上產(chǎn)生正讀出。從換能器水平的位移程度再次通過正讀出的大小反映出來。

如果與材料3A和3B不同的材料在容器1中，則反射脈沖將衰減到不同程度。然而，通過調(diào)節(jié)可變衰減器22可以容易地適應(yīng)這種變化。

固體和/或粘度指示百分比本次公布的系統(tǒng)還可用于提供容器中包含的懸浮液（未示出）的液體粘度和/或固體百分比的指示。粘度和/或懸浮固體百分比越大，反射脈沖的衰減越大。

在確定懸浮固體百分比時，圖1的信號處理系統(tǒng)4包括：除了在這種情況下，用于輸入到差分放大器19的所選標(biāo)準(zhǔn)電壓被調(diào)整為對應(yīng)于零或參考百分比固體指示。使所選擇的電壓等于響應(yīng)于通過不含或具有已知懸浮顆粒值的液體的超聲脈沖而產(chǎn)生的脈沖。然后，差分放大器19的輸出將具有隨著懸浮液中固體百分比變化而變化的輸出。

在固體確定百分比中，來自信號處理系統(tǒng)4的輸出被應(yīng)用于修改的指示器（圖3中所示的副5）。指示器裝置5“包括具有指針29的儀表28'。假設(shè)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)電壓被調(diào)整為對應(yīng)于零百分比實線指示器1，然后當(dāng)差分放大器19的輸出為零時，指針29'處于零百分比讀數(shù)，如圖所示。隨著固體百分比增加，差分放大器的輸入變得越來越多當(dāng)固體百分比增加時，通過容器傳輸?shù)拿}沖衰減得更大，這反過來導(dǎo)致差分放大器19的輸出增加，并且響應(yīng)于此，指針29'順時針移動以提供視覺指示。容器中的固體百分比。在儀表28'上提供適當(dāng)?shù)闹甘景俜直葮?biāo)記。

在確定粘度時，圖4的信號處理系統(tǒng)4包括：除非在這種情況下，用于輸入到差分放大器19的所選標(biāo)準(zhǔn)電壓被調(diào)節(jié)為與參考粘度指示相對應(yīng)，所以可以再次使用圖1所示的電壓。使所選擇的電壓等于響應(yīng)于通過選擇作為參考的已知粘度的液體的超聲波脈沖而產(chǎn)生的脈沖。然后，差分放大器19的輸出將具有隨粘度變化而變化的輸出。

在粘度確定中，信號處理系統(tǒng)4的輸出應(yīng)用于圖1和2中所示類型的儀表。除了標(biāo)記是粘度標(biāo)記并且指針被調(diào)整以指示當(dāng)差分放大器的輸出為零時的參考粘度時，除了圖2和圖3之外。

雖然本次公布具有檢測液/液界面和檢測懸浮液中粘度和固體百分比的特定應(yīng)用，但本次公布還具有在容器中指示容器中選定液位存在或不存在的能力。沒有液體/液體界面，只有液體/空氣界面。在這種情況下，超聲波脈沖通過空氣或液體傳輸。當(dāng)通過空氣時，脈沖基本上完全衰減。只有當(dāng)脈沖通過液體傳輸時，反射脈沖才會產(chǎn)生處理系統(tǒng)4的輸出信號。當(dāng)對系統(tǒng)進(jìn)行這樣的使用時，可以消除可變衰減器22和延遲器24，因為液體和空氣之間的衰減的巨大差異不需要使用比較技術(shù)。因此，當(dāng)通過差分放大器19發(fā)送信號以激勵繼電器6和指示器7時，指示已經(jīng)檢測到液位高于AA水平。

圖1和2中的所有元件 圖1,2和3在本領(lǐng)域中是公知的，并且為了簡潔起見將不再描述。

盡管僅詳細(xì)說明和描述了本次公布的一個實施例，但應(yīng)清楚地理解，本次公布不限于此。在不脫離本次公布的精神和范圍的情況下，可以對部件的設(shè)計和范圍進(jìn)行各種改變。

我要求：

1，一種非接觸式超聲波液體檢測系統(tǒng)，用于檢測液體的超聲波衰減特性的變化，該系統(tǒng)包括液體的粘度，固體百分比和/或界面水平條件等物理特性的變化，所述系統(tǒng)包括容器，其適于容納一定量的液體并具有由與液體接觸的內(nèi)表面限定的第一壁和與所述內(nèi)表面并置的液體不接觸的外表面，用于產(chǎn)生超聲頻率的電信號的裝置超聲波換能器裝置可操作地連接到所述發(fā)生裝置并固定到所述第一壁的所述外表面上。與所述容器中的液體保持非接觸關(guān)系，

2.如權(quán)利要求1所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述容器和換能器裝置相對于彼此定向，使得所述超聲信號路徑通常是水平的，因此通常平行于在所述液體中發(fā)生的任何重力誘導(dǎo)的液體 - 液體界面條件。

3.如權(quán)利要求1所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述換能器裝置包括壓電裝置，所述壓電裝置具有固定到所述第一壁的所述外表面上的有源元件，其脈沖傳播軸垂直于所述反射表面。

4.如權(quán)利要求1所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壁和所述反射表面的所述內(nèi)表面和外表面彼此平行，并且所述換能器裝置的定向使其脈沖傳播軸基本垂直于所述表面。

5.如權(quán)利要求4所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述容器具有與所述第一壁并置的第二壁，所述第二壁具有限定所述反射表面并在其間容納液體的內(nèi)表面。

6.如權(quán)利要求5所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述容器和所述換能器裝置相對于彼此定向，使得所述路徑不穿過由容器中的液體形成的任何液體/液體和/或液體 - 氣體界面。只有在所述外表面處的換能器第一壁界面，在所述第一壁的所述內(nèi)表面處的第一壁液界面和在所述反射表面處的液體 - 第二壁界面橫向于所述路徑設(shè)置。

7.如權(quán)利要求1所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其中所述比較裝置包括可變衰減器裝置，其可操作地連接到所述信號發(fā)生裝置，用于將從所述發(fā)生裝置接收的信號轉(zhuǎn)換成所選擇的標(biāo)準(zhǔn)信號，并且裝置可操作地連接到所述可變衰減器裝置用于組合。所述回波信號和所述標(biāo)準(zhǔn)信號產(chǎn)生表示所述回波和所述標(biāo)準(zhǔn)信號的給定特性差異的輸出信號。

8.如權(quán)利要求7所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述容器包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包含在所述脈沖路徑之間并橫向于所述脈沖路徑延伸的液柱。

9.如權(quán)利要求7所述的超聲波液位計系統(tǒng)，其特征在于，所述容器具有相對設(shè)置的大致垂直的側(cè)壁，所述側(cè)壁具有分別形成所述第一壁內(nèi)表面和所述反射表面的內(nèi)表面，所述換能器裝置具有垂直相鄰延伸的發(fā)送和接收脈沖路徑表面區(qū)域。所述第一壁的外表面在所選水平面之上和之下，所述容器包含至少兩種具有不同超聲衰減特性并在其間限定水平界面的分層流體，所述比較裝置可操作以產(chǎn)生具有幅度和極性依賴性的輸出信號。根據(jù)所述界面是在所述選定水平之上還是之下，以及所述界面在所述傳感器裝置的所述區(qū)域中與所述界面垂直間隔的程度