Исследование и разработка новых принципов построения ультразвуковых измерителей уровня нестационарных сред
Диссертация
Актуальность работы. Для измерения уровня жидкостей в открытых и закрытых резервуарах жирокое при-шенение 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… Читать ещё >
Содержание
- В в е д е н и е-.к '
- Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
- 1. 1. Анализ ультразвуковых методов измерения уровня яидкости
- 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. НВ
- 2. 2. Результаты численного моделирования
- 2. 3. Экспериментальные исследования .6Н
- 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 работавшего в нестационарных условиях. b
- 3. 3. Описание цепей измерения ультразвукового микропроцессорного измерителя уровня и их экспериментальные исследования. 8в
- 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
- 4. 2. Характеристики погреиностей измерителя.10^
- 4. 3. Случайные погрешности .{OS
- 4. 3. 1. Погрешность из-за нестабильности параметров электронных блоков измерителя
- 4. 3. 2. Погрешность, вызванная рассеиванием от нестационарной поверхности
- 4. 3. 3. Погрешность эталонного канала .ИЗ
- 4. 3. 4. Погрешность фиксации момента прихода ультразвукового импульса
- 4. 3. 5. Погрешность округления. результатов измерений .№
- 4. 3. 6. Погрешность дискретизации временного интервала. .W
- 4. 4. Дифракционная погрешность. .m
- 4. 5. Суммарная погрешность измерителя уровня
- 4. В
- Выводы
Список литературы
- Бобровников Г. Н., Качков А. Г. Методы измерения уровня. М. МашиностроениеД977.166с.
- Технические средства диагностирования:" Справочник/
- В.В.Клюев и др.- Под общ. ред. В. В. Клюева. М. Машиностроение, 1989. — 672 с.
- Современные методы и приборы автоматического контроля и регулирования технологических процессов. М. Материалы семинара. Московский дом научно-технической пропаганды им. Дзержинского, 1988.-173с.
- Яковлев Л. Т. Уровнемеры. М. Машиностроение, 1964. -192с.
- Колесников Н.В., Кудряшов М. И., Сивой В. И. Контрольуровня жидкости на судах, Л.Судостроение, 1969, 192с.
- Техническое задание на научно-исследовательскую работу «Исследование и разработка принципов построения ультразвуковых микропроцессорных датчиков уровня».Каунас, 1987, 6с. '
- А.с. 540 151 (СССР). Ультразвуковой дискретный уровнемер / Беляева И, С., Горбаткин В. Б., Свицин А. А. Опубл. в Б.И. 1976.1. N 47.
- Патент 4 144 517 (США). Method and device for aeasuring the depth of the bottom under a water surface, кл. С 01 F 23/28.
- Бабиков 0, И. Ультразвуковые приборы контроля. Л." •/.' Машиностроение, 1985. 80 с.
- Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е, Акустические методы измерения расстояний и управления. -М.: Энергоиздат, 1981. 208
- Исследование по создании ультразвукового. измерителяуровня электролита для автоматических линий гальванических «покрытий: Отчет/ Каунасский политехнический институт, Рук. работы В.Домаркас. Каунас, 1985. 85с.
- Ультразвук. Малая энциклопедия. Глав.ред. И. П. Голямина. -М.: Советская энциклопедия, 1979. 400 с.
- Горбатов А.А., Рудашевский г, е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде. М. Энергия.1973. 143 с.
- Патент 3 431 774 СФРГ). Устройство для измерения уровня жидкостей кл. е 01 F 23/28.
- А.с. 497 481 (СССР). Ультразвуковой уровнемер с цифровым отчетом /В.В.Башмаков и др. Опубл. в Б.И. 1975. Бюллетень N 48.
- Бабиков О.И. Контроль уровня с помощью ультразвука. Л. «Энергия», 1971, 79 с.
- А.с. 1 448 211 (СССР). Акустический измеритель расстояний/ Раманаускас И. Ю. Опубл. в Б.И., 1988, N 48.
- Островский Л.А., Сутин A.M. Нелинейные акустические методы диагностики газовых пузырьков в жидкости. В кн. Ультразвуковая диагностика. Горький: ИПФ АН СССР, 1983. .с.139−150.
- А.с. 1 377 715 (СССР). Способ контроля физических параметров жидких сред. Н. И. Бражников. Опубл. в Б.И. 1988, N8.
- А.с. 1 083 075 (СССР). Резонансный уровнемер / Е. К. Запядеев, Г. К. Порошенко. Опубл. в Б.И. 1984. Билл. N 12.
- Гладкий А.В., Ривелис Е. А. 0 построении целевых функций в задачах проектирования одного класса систем обработки данных// Электронное моделирование 1987. Т.9. 6. с 98−99.
- А.с. 1 160 244 (СССР). Способ компенсации погрешностей акустического измерителя расстояний и устройство для егоосуществления. Раманаускас И. Ю. Опубл. в Б.И. 1985. N 21.
- А.с. 1 364 889 (СССР). Ультразвуковой уровнемер. Азимов А. А., Зусман С. Д. Опубл. в Б.И. 1988, N 1.
- А.с. 1 270 575 (СССР). Резонансный уровнемер. КориненкоГ. И, и др. Опубл. в Б.И. 1986, N 42.
- А.с. 1 413 433 (СССР). Дистанционный уровнемер. Тян Хак Су и др. Опубл. в Б.И. 1988, N 28.
- Патент 4.464.738 (США). Акустический измеритель расстояний.
- А.с. 1 462 113 (СССР). Способ непрерывного измерения уровня жидких сред. Бражников Н. И. Опубл. в Б.И.1989, N 8.
- А.с. 1 471 078 (СССР). Способ контроля уровня сред в резервуаре. Курьякова Е. И., Бражников Н. И. Опубл. в1. Б.И. 1989, N 13.
- А.с. 1 471 079 (СССР). Устройство для измерения уровня текучей среды. Чимирис Ю. В., Черноталов К. Н. Опубл. в Б.И. 1989. N 13.
- Фемаре S.K., Деом А.Ультразвуковой уровнемер для измерения уровней зрголей в резервуарах 1 и 2 ступеней ракетоносителя. ВЦП г. Москва, Перевод Л-45 266. Дата перевода 22.10.85.
- Патент 50−15 371 (Япония). Гидроакустическое устройство для измерения высоты волн, кл.01 9/66. Опубл. 1975.
- Патент 2.100 429 (Англия). Apparatus for discriiination against spurious elastik wave (l.g.ultrasonic) pulses in the detection of disturbed liquid interfaces.? 01 F23/28.1 1982.
- Р.-И.Ю.Кажис, Л. В. Мажейка, С. П. Паллаг. Исследование рассеяния ограниченных волновых пучков от гармонической поверх-¦ности-- Научные-труды высших учебиых-заведений-Лит-GGP.
- Радиоэлектроника. -В. 1988. 24(3). CI 1−20.
- Кажис Р.-И.В., Мажейка Л. Ю., Паллаг С. П. Статистические характеристики сигнала, отраженного от нестационарнойповерхности // Научные труды высших учебных заведений Лит.ССР. Ультразвук.-В. 1990. N 22.
- Малышев В.И. Исследование и разработка средств акустической локации для измерения уровня жидкости и сыпучих материалов. -Автореферат. Канд. дисс. М. ГосНИИМаш. 1972. -22 с.
- Онищенко Ю.А. Выбор метода исследования согласующих устройств при приеме нестационарных сигналов Элементы прием-но-усилительных устройств. Таганрог. Таган. радиотехический институт. 1982. Вып.1. С.91−95.'
- Бражников Н.И. Ультразвуковые методы .-М. Энергия. 1965.-249 с.
- Астраханкин В.А., Назаров Н. Н., Герченко Г.В.
- К вопросу об измерении скорости распространения ультразвука в нефтях Поволжья, в сб. МОПИ «Применение ультразвука к исследованию вещества». Москва, 1961. вып.14. С. 77.
- Бабиков 0. И, Ультразвуковые методы физико-химического анализа.- ЦИНТИ Злектропром. Москва. 1962.
- Ahuja A.S. Wave equation in propagation parameters for Sound propagation in suspensions. -1973 Л.Appl.Phys. 44,1. P.4863−4868. Nov.
- Chow 3.C.F., Attenuation of acoustic waves in dilute emulsion and SuspenSions.-J.Acoust.Soc.Aaer., 1964.36, P.2395−2401.
- Акустика морских осадков. Под ред. Л.Хемптона. Пер. с англ. -М. Мир. 1977. 536 с.
- Lord Rayleigh. On incidence of aerial and electric waves upon Siall obstacles in the form of ellipsoids or ellipticcylinders and on the pessage of electric waves thraugh a circular aperture in a conducting Screen.- Phil.Mag., 1987, 44. P. 28−52.
- Carhart R.R., Epstein P. S., The absorption of
- Sound in suspensions and eiulsions. 3.AcouSt.Soc.Aaer., 1953, P1553−556.
- Candel M.S. A review of Nuaerica1 Methods in Acoustic Wave propagation .- Aeroacoustic Proceedingsof an International Syaposiua of Stanford University, 1986.
- P.339−409. August 22−26. New-York.
- Бреховских Л.М., Годин O.A. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. — 416 с.
- Петровский B.C. Нестационарные задачи гидроакустики.- Л. Судостроение. 1988. 264 с.
- Вегдшап P.G. Phys.Rev. 1946,70.Р.486−492. 1946.
- Пекерис Л.Е. Распространение звука взрывов в мелкой воде : Сб. статей «Распространение звука в океане «. -М.: Илл. 1951.
- Вегшап A., Guathrie A.N. 3.Acoust.Soc.Aier.1972,51. P.994.
- Толстой И., Клей К. С. Акустика океана. -М.:Мир.1969. 302 с.
- Акустика океана /Под ред. Де Санто Пер. с англ. М.: Мир. 1982.318 с .
- Di Napoli P.R., Deavenport R.L. Coiputer Models of under water acoustic propagation. Tech.Rpt. P.5867. New London. Conn. 1978.
- Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах: пер с англ. М.: Мир. 1981. 302 с.42<�Э
- Fortuin L. Survey of literature of reflection and Scattering of sound waves at the Sea SurfaSe. 3.Acoust.Бос.Ашег. 1970, 47. 5. Part.1. P.1209−1228.
- Басс Ф.Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности . М.: Наука .1972. 430 с.
- Курьянов Б.Ф. Рассеяние звука на шероховатой поверхности с двумя типами неровностей .- Акуст.я. Н 3. 1962. С.325−333
- Петровский B.C. Анализ нестационарных акустическихлпроцессов. Теретические основы .- М.: Изд- во стандартов, 1987. 224 с.
- Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.:Наука. 1967.
- Исакович М.А. Рассеяние звуковых волн на малых неоднородностях в волноводе. Акуст.ж. 1957. N1. 1957. С.37−45.
- Фрейлихер В.Д., Фукс И. М. Метод функций Грина для уравнений Гельмгольца с возмущенными граничными условиями.
- Изв.вузов. Радиофизика. 1970. 13. N1. С.98−105.
- Чернов Л.А. Волны в случайно-неоднородных средах. -М.: Наука. 1975. 165 с.
- Басс Ф.Г., Фрейлихер В. Д., Фукс И. М. Среднее поле точечного источника в волноводе с шероховатыми стенками .
- Изв.вузов. Радиофизика. 1969. 12. N 10. С.1521−1531.
- Фрейлихер В.Д., Фукс И. М. Затухание среднего поля в волноводе на критической частоте. Изв.вузов. Радиофизика, 1970.13. N 1. С.128−132.
- Басс Ф.Г., Фрейлихер В. Д., Фукс И. М. Распростравнение волн в волноводе со статистически неровными стенками.-Труды 9 всесоизной конференции по*распространении радиоволн .
- Харьков. 1969. 4.1. С.198−215.
- Chow P.L. Maestrello L. Statistical estiHation of1. Ъ0correlation for nonstationary aircraft noise. J.Acoust. Soc. Ашег. Uol.70. N 3.Sept. 1981. P.735−739.
- Norma T.D., Liv C.H. Point Source sioving above a finite iipedance reflecting plane-experiient and theory. 3.Acoust. Soc. Aser. Uol.63. N 4. 1978. P.1069−1073.
- Релей Дж.В. Теория звука. Т.1 и 2.- Пер. с англ. М.: Гостехиздат. 1955. -476 с .
- Petit R.,• Cadilhac М.С. R.Acad.Sci.Paris. 262 В. 1966. P.468.
- Milar R.F. -Proc.СаиЬ.Phil 1.Soc.1969, 65.773−791.1969. P.217−225. 1971.
- Milar R.F. -Radio Sci. N 8. 1973. P.785−796.
- Lippian W.A.- 3.Opt.Soc.Aier.1953, N 43. P.408.
- De Santo Joh.A. Scattering from a sinusoid: derivation of linear equation for the lied aiplitudes.- J.Acoust.Soc.Аш 1975. -57. N 5. P.1195−1198.
- Twersky. On scattering and reflection of sound by rough surfaces. 3.Acoust.Soc.AH. 1983. N 73. P.85−94.
- Watterman P.O. J.Acoust.Soc.An. 1975, N 57. P.791−802.
- Тапперт Ф.Д. Метод параболического уравнения- В кн.: Распространение волн и подводная акустика / Пер. с англ. -М.:Мир, 1980.
- Brock Н.К., Buchal R.H., Spofford Н.С.
- Modifying the sound speed profile to iiprove the accuracy of the parabolic-equation technique. -Л.Acoust.Soc.An. 1977.» v.62, N 3, P.543−552.
- Попов А.В. Коротковолновая асимтотика нормальных волн нерегулярного волновода.-Радиотехника и электроника, 1977, т.22, N 8, с.1577−1582.
- Попов А.В. К расчету поля в иироком нерегулярномволноводе.-М.: Наука, 1976, с.24−29.
- Краснушкин П.Е. 0 волнах изогнутых в трубах.-Уч.зап. МГУ, 1945, т.75. Физика, кн.2, ч.2, с. 9.
- Боровиков В.А. Поля в плавно нерегулярных волноводах и задача о вариации адиабатического инварианта, — М., 1978. (Пр принт ИПМ им. М.В, Келдыша АН СССР, N 99).
- Twersky. Reflection and scattering of Sound by corre lated rough surfaces. -J.Acoust.Soc.Ai. 1983, 73. P.85−94.
- Кендалл M., Стюарт А. Теория распределений.- M.: Наука, 1966.-588 с.
- Кендалл М., Стюарт А. Статистические выводы и связи.-М.: Наука,-1973,-543 с.
- Закс Л. Статистическое оценивание .-М.: Статистика. 1976.-598 с.
- Винокуров В, И. Морская радиолокация,-Л: Судостроение1986,-256 с.
- Кажис Р.И. Ультразвуковые информационно-измерительные системы.-Вильнюс.: Мокслас. 1986.-216 с.
- Кажис Р., Кундротас К., Паллаг С., Структурная схема измерителя уровня.-Тезисы докладов республиканской конференции «Ультразвуковые измерения и диагностика в технике и медицине»,
- Кажис Р.Й., Паллаг С. П. Ультразвуковой микропроцессорный измеритель уровня -Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в судостроении в новых условиях хозяйствования»,— Ленинград.: Судостроение, 1987.С.51.
- Kazys R Л., Pallag S.P. Ultrasonic control of the petroleua products transportation and storage.-2 -nd Internatio nal conference. Moscow, 14−18 october 1991, P.229−232.
- Pallag S.P., Kazys И.Л. Measurement of the noise connected uith various fluid consuuption in ship pipelines. 9-th International conference on noise control engineering. Krakow 24−27 September, 1992.
- Кашис P.И.В., Тамулис П. В. Об особенностях ультразвуковых динамических измерений .-Научные труды высших учебных заведений Лит.ССР. Ультразвук, 1982, N 14. С.82−83.
- Рабинович С.Г. Погрешности измерений.-Л.: Энергия, 1978.-262с.
- Колесников fl.E. Ультразвуковые измерения .-М.: Издательство стандартов, 1970.-227 с.
- Селиванов М.Н., Фридман fl.E., Кудряшова Х. Ф. Качество измерений : Метрологическая справочная книга. -Л.: Лениздат, 1987. -295с.
- Исследование и разработка автоматизированой ультразвуковой системы измерения температуры потоков высокотемпературных газов на базе микро ЭВМ и исследование ее метрологических характеристик. Отчет НИР по теме N2P-4598.
- Гос.per.N 01.85.31 984. Каунас, 1986.
- Цветков З.И. Методы электрических измерений. -Л.: Знергоатомиздат. 1990. -288с.
- Тойберт П. Оценка точности результатов измерений.-М.: Знергоатомиздат. 1988. -88с.
- Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. -Л.: Энергия. 1968.-248с.
- Розенберг В.Я. Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессов и полей .-В кн.: Сборник докладов 1 Всесоюзного симпозиума. 4.1. Новосибирск, 1968.
- Володарский В.Я., Розенберг В. Я., Рубичев Н. А. Влияние на точность измерения несоответствия исследуемого обьекта приписн ваомой ему модели .- Измерительная техника., 1969, N7, с, 18−20.
- Бартон Д., Вард Г. Справочник по радйо-локационным измерениям .- М.: Сов. радио, 1976. -392 с.
- Гитис М.Б., Химунин А. С. 0 Дифракционных эффектах в ультразвуковых измерениях .-Акустический журнал.1968. Т. вып 4.
- Seki Н., Cranato A., Truell R. Difraction effectsin tne ultrasonic field of a piston sourse and their impotance in the accurate aeasureaent of attenuation.-3.AcouSt.Soc.Aaer. 1956. U.28. N 2. P.586.
- Илгунас В., Кубилюнене 0., Янертас А. Прецизионный интерферометр для измерения скорости ультразвука в диапазоне частот 1−12 Мгц, -Акустический журнал. 1964. Т. Х. Вып.1.
- Мс Skifflin Н.Л., Eipirical Study of the effect of difraction on velosity. of propagation of high-frequency, ultrasonic wave.- J.AcouSt.Soc.Aaer. 1960, v.32,N 11.
- Электрические измерения неэлектрических величин/ Под ред. П. В. Новицкого. П.: Энергия, .1975. — 576с.•. '.•.*:' «-. >.">¦
- СОГЛАСОВАНО Зам, .проректора по/ручной работе• *>•1. УТЕрадАЮ-Главный хонотДОрстор.. ' -«/йДО ИТ по направлению1. П. Сумвук1.. -*,">• { t— ————r-s/y j ¦¦ -V • 1. V 4 ' •1. АКТ
- ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧН041ССЭД0ВАТЕЛЬСК0Й РАБОТЫ (ШР)ек*бря1. Г 1"> — • • >1. Жг,
- Научно-исследовательской работыИсследовать^ и- разработать прин1. Снаименование) ципм построения ультразвуковых микропроцессорных намеритамей уровнявыполненной08!?*04* научно-хсслед. лаборатории удьтраавуковой
- С наименование. подразделения)-иам"ритдеьной техники «
- Каунасского политехнического института им. Антанаса Снечкусарезультаты внедреныв Научно-производственномнаименование предт^риятияТмерительной техники г. Калининградt Моск.обж.1. МШш. хоздог,№Щ^4834 461−13 ххэЯсхЗвдкШР 21−87
- QpOK выполнения Hft*» 01.87-^31.12.19 891. Объем ШР215, тыс.руб.
- Прием звука от движущегося источника (поверхности)1 1- гп- 111 ¦ 1 tгл m1. Рис Л .51.приемиики звукового давления, V -скорость движения поверхно ти