183757. lajstromszámú szabadalom • Szintjelző készülék
1 18 3 757 2 A találmány tárgya szintjelző készülék, amelynek hangimpulzust kibocsátó és a hangimpulzust felfogó mérőérzékelője, hanggenerátora, ütemadója, analóg jelfeldolgozója és vezérlője van. A tartályszintmérés egyik ismert módszere a visszhangos távolságmérés elvén alapul. A hang terjedési sebessége a levegőben csupán a hőmérséklettől függő, egyébként állandó érték. A visszhangos távolságmérés esetében olymódon járnak el, hogy egy hanggenerátor által rövid ideig tartó hangimpulzust adnak ki. Ennek a mérendő felületről visszaverődött visszhangját mérőérzékelővel érzékelik. A kibocsátás és az érzékelés időpontja között eltelt időtartam felét a hang terjedési sebessége alapján távolságra számítják át, ami a hangvisszaverő felület távolságát adja (170307. ljsz. magyar, 4,130,018. és 4,175,914. ljsz. USA szabadalmi leírások). A hang terjedési sebessége a levegőben a hőmérséklettől függő érték, ezért az ismert megoldások hőmérséklet korrekciót alkalmaznak. Ennek egyik módja, hogy a mérendő tartály terében hőmérsékletérzékelőt helyeznek el, amely egy, a hőmérséklettől függő értéket továbbit a készülékbe, ahol megfelelő áramkörök gondoskodnak a kívánt pontosságú hőmérséklet-korrekció megvalósításáról. A hőmérséklet-korrekció másik ismert módja referencia-reflektor alkalmazása, amely a hangsugárzótól ill. az érzékelőtől pontosan meghatározott távolságban van elhelyezve. A mérés a referencia-reflektorról és a mérendő felszínről visszaverődött jelek futási idejét hasonlítja össze ; a készülék az időkülönbözet és a referencia-reflektor távolsága alapján határozza meg a felszín távolságát. A visszhangos mérés hátrányos sajátossága, hogy a mérhető távolság-tartomány viszonylag szűk és ezért egy meghatározott hosszúságnál kisebb távolságok mérésére nem alkalmas. Ennek oka abban rejlik, hogy a kiadott hangimpulzust követően a hangforrás utórezgéseket végez, amelyek zavaróan hatnak a mérés kiértékelésénél. Mivel a jelfeldolgozáshoz nagymértékű erősítés szükséges, a zavaró utórezgések is nagymértékben felerősödnek. A visszhang érzékelése csak azután kezdhető meg, miután a csillapított zavaró utórezgés amplitúdója az alá a küszöbérték alá csökkent, amely a helyes működést már nem befolyásolja. Rossz visszaverő képességű, hangelnyelő vagy a hangot szétszóró anyaghalmazokat tartalmazó tartályok esetében a felfogott visszhang jelének nagymértékű erősítése szükséges; ennek folytán a zavaró hangrezgés időtartama jelentősen meghosszabbodik. A zavaró hangrezgés időtartama az a minimális időtartam, amely alatt a visszhang fogadását le kell tiltani. Tekintve, hogy a felfogott visszhang jelének annál nagyobb erősítésére van szüksége, minél nagyobb a visszaverő felület és a mérőérzékelő közötti távolság, a letiltás időtartamának nagyobb távolság esetén nagyobbnak kell lennie. A nagy letiltási időtartam azonban a kisebb távolságok mérésének lehetőségét kizárja. Ezért ahhoz, hogy a közel üres tartály szintje érzékelhető legyen, a letiltási időt olymértékben kell megnövelni, hogy a tartály felső 30—40%-a a mérhető távolságtartományból kiesik. Az ismert módszer esetében ezen a hibán olymódon lehet segíteni, hogy a letiltás időtartamát kézi beavatkozással változtathatóvá teszik. Az üzembehelyezéskor a mérési tarto2 mányt — a tartály alakjától és méreteitől, valamint a tárolt anyag akusztikus tulajdonságaitól függően—olymódon állítják be, hogy a mérés az üres tartály közelébe eső szinteken megfelelő legyen, miáltal a tartály felső tartománya a mérésből kiesik. Ha azonban a mérési tartományt használat közben a tartály felső tartományába tolják el a letiltási időnek kézi beavatkozás útján való rövidítésével, akkor a tartály alsó része esik ki a mérési tartományból; ezért ezt a korrekciót nem alkalmazzák. Találmányunk célja olyan készülék kidolgozása, amelynél a letiltás időtartama a tartály szintjének változása esetén önműködően változik, vagyis nagy mérési távolság esetén növekszik, kis mérési távolság esetén csökken, miáltal lehetővé válik a nagypontosságú szintmérés a szintingadozás teljes tartományán belül. Felismertük, hogy a kitűzött cél elérhető, ha a kiadott hangimpulzus által keltett csillapodó zavaró hangrezgés amplitúdójának jelét komparátorban összehasonlítjuk a jelnek azzal a küszöbértékével, amely a készülék helyes működését már nem zavarja és az összehasonlítás eredményének előjelétől függően a letiltási időtartamot addig csökkentjük vagy növeljük, amíg a zavaró hangrezgés amplitúdójának jele és a küszöbérték közötti különbség zérussá válik. A találmány szerinti szintjelző készülék lényege, hogy analóg jelfeldolgozója automatikus erősítésszabályozással rendelkező szelektív erősítőből, ehhez lineáris kapun át csatlakozó komparátorból és ehhez egyenirányítón át csatlakozó integrátorból áll. Az integrátor, valamint ütemadó feszültség-idő átalakítóhoz csatlakozik, amelynek kimenete összegképzővel és monostabil multivibrátorral áll kapcsolatban. Ez utóbbi a lineáris kapuhoz csatlakozik. A szelektív erősítő lineáris kapun át komparátorhoz és ez összegképzőhöz van csatlakoztatva. Az összegképző a lineáris kapuhoz kapcsolódik. A monostabil multivibrátorhoz lineáris kapun át csatlakozó komparátor alapjele kisebb az összegképzőhöz lineáris kapun át csatlakozó komparátor alapjelénél. A találmány szerinti készülék egy példaképpeni kiviteli alakját ábrázoló rajzon: az 1. ábra a kiadott hangimpulzust, a 2. ábra a jelfeldolgozás eredményeként kapott jeleket, a 3. ábra a tartály függőleges metszetét, a 4. ábra az ismert alapkapcsolást és végül az 5. ábra a találmány szerinti készülék kapcsolását ábrázolja. A T0 időtartamon át kiadott hangimpulzust a Tz időtartamú zavaró utórezgés követi (1. ábra). Az analóg jelfeldolgozó kimenetén jelenik meg (2. ábra) a kiadott hangimpulzus T0 időtartamú felerősített jele, valamint a felerősített csillapodó zavaró utórezgés, amely Tj időtartam eltelte után csillapodik az amplitúdónak arra a K küszöbértékére, amelyet a készülék jelfeldolgozás szempontjából már nem érzékel; ugyancsak itt jelenik meg T3 idő eltelte után a felerősített visszaverődött jel is. A jelfeldolgozás visszhangnak érzékel minden olyan jelet, amelynek amplitúdója nagyobb, mint A amplitúdó. A találmány szerint A amplitúdó nagyobb mint K küszöbérték választással az analóg jelfeldolgozó kimenőjelét a hangimpulzus kibocsátásának helyén, T0 időtartam eltelte 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
