Общая характеристика работы актуальность темы

второй главе 
представлены результаты проведенных исследований и 
разработки нового ультразвукового уровнемера как основного измерительного 
элемента системы ГГД мониторинга. Изложены расчеты его основных элемен-
тов и составных частей. Описаны функциональные схемы и принципы их рабо-
ты. 
В разделе 2.2. предложен новый способ измерения уровня жидкости, прин-
цип действия которого основан на измерении интервала времени прохождения 
УЗК импульса в звукопроводе от границы раздела жидкость - воздух до прием-

---

7 
ного преобразователя (рис. 1.). В качестве акустического излучателя использу-
ется пьезокерамический цилиндр, кооксиально охватывающий металлический 
волновод. Возбуждение пьезокерамики происходит электрическим импульсом 
синхронно с запуском «счетчика времени». 
1
2
3
4
5
6
Lс
т
Lу
р
Lи
зм
7
8
9
i
RS-485
10
Рис.1. Упрощенная схема ультразвукового уровнемера с автоматической калибровкой 
Для обеспечения энергией и синхронизации процесса излучения акустиче-
ского импульса используется металлический стержень – волновод 5, который с 
проводом 6 образует замкнутый виток вторичной обмотки понижающего 
трансформатора 2. Одновременно этот виток является первичной обмоткой 
трансформаторов, расположенных в поплавке. Электрическая цепь вторичной 
обмотки понижающего трансформатора 2 может быть выполнена на основе ме-
таллических конструкций резервуара или специального провода 6. Для сква-
жинных уровнемеров для этой цели используется защитная труба, которая, од-
новременно, обеспечивает свободное перемещение поплавка вдоль металличе-
ского волновода в скважине. Переменный ток вторичной обмотки трансформа-
тора 2 наводит ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, расположенного 
внутри корпуса поплавка. В электронном блоке поплавка 8 сигналы «накачки» 
питания и синхронизации разделяются во времени. Накопленная энергия ис-
пользуется для импульсного питания электронного блока поплавка. 
Включение питания электронной схемы выполняется через определенное 
время 
T
зад
после окончания сигнала «накачки». Изменение 
T
зад
и времени фор-
мирования синхроимпульса допускает раздельное управление несколькими 
акустическими излучателями. Для увеличения точности измерений на нижнем 
конце волновода установлен дополнительный акустический излучатель 10, ко-
торый обеспечивает непрерывную автоматическую калибровку. Измерение 
уровня основывается на подсчете количества импульсов частоты опорного ге-
нератора
N
кал
и
N
i
., которые заполняют соответственно интервалы времени от 
момента формирования акустического импульса на торце волновода и от аку-
стического излучателя, расположенного на границе раздела сред, до приемного 
1
– микропроцессор, 
2 – понижающий 
трансформатор, 
3 – приемник УЗК, 4 – схема форми-
рования момента прихода акустиче-
ского импульса, 5 - металлический 
волновод, 6 - провод вторичной об-
мотки, 7 - поплавок, 8 - электронная 
схема формирования акустического 
импульса, 9 - акустический излуча-
тель поплавка. 10 - дополнительный 
акустический излучатель. 

---

8 
преобразователя. Предполагая, что длина волновода 
L
экв
постоянна, уровень 
жидкости рассчитывается по формуле 
кал
i
ЭКВ
i
N
N
L
L
1
. Предложенный спо-
соб измерения практически не зависит от средней температуры волновода, ко-
лебаний атмосферного давления, плотности воды, точности и долговременной 
нестабильности частоты опорного генератора. Данный ультразвуковой 
уровнемер может применяться как в стационарных системах измерения уровня 
жидкости в резервуарах, так и при измерении уровня подземных вод в наблю-
дательных скважинах. 
В разделе 2.1.1 проведены анализ и обоснование частоты сигнала«накачки», 
проведен расчет формы ферритовых сердечников трансформаторов с точки 
зрения минимизации массогабаритных размеров поплавкового акустического 
излучателя. Описана работа функциональной схемы электронной блока по-
плавка, которая обеспечивает формирование акустического импульса необхо-
димой амплитуды и высокую точность синхронизации. 
Проведенные исследования амплитудно-частотных характеристик излуча-
ющего пьзокерамического цилиндра показали наличие двух резонансов и сте-
пень влияние протектора на его частотные свойства (рис.2.).