非接触式超声波液位计测量和固体检测装置百分比

一个接口，粘度和百分比悬挂的固体超声检测系统，包括一个适用于容器壁外部的传感器，意味着激活传感器，从而通过容器壁传输超声波脉冲，跨越容器内容，并反映出来关闭反转脉冲，并反映反射脉冲，并依赖于反射脉冲衰减的范围，以显示容器中两种分层不易混淆液体之间的界面位置和/或用于指示容器中悬浮液的粘度和/或固体固体。

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美国。氯。公开了一种界面，粘度和悬浮固体超声检测百分比系统，包括适于固定在容器壁外部的换能器，用于激励换能器的装置，使得超声波脉冲通过容器壁，穿过容器内容物，并从相对的容器壁反射回传感器，并且响应于反射脉冲，并且取决于反射脉冲的衰减程度，用于指示两个分层之间的界面的位置。容器中不混溶的液体和/或用于指示容器中悬浮液的粘度和/或固体百分比。

背景技术迄今为止，已经提出超声波液位计用于指示容器中的分层不混溶液体之间的界面。所提出的一种方法可称为超声回波方法，其中换能器放置在容器的底部，用于将超声波振动束引向液/液界面。在美国示出并描述了这种装置。拍。1956年12月25日发布给Rod等人的2,775,748。超声波脉冲的发送和接收之间经过的时间，以及遍历介质中脉冲的已知速​​度，给出了脉冲行进的距离，因此确定相对于换能器的接口电平。

还提出了超声波液位计来测量液体粘度和悬浮固体的百分比。所有这些装置还需要处理液体接触换能器的声音发射面。

在任何现有技术的装置中，特别是在安装和维护方面会产生许多问题。在一般工艺工业中对材料的增加，流动，腐蚀，磨损，温度和压力要求，严重限制了这种工艺液体接触装置的使用。由于容器中液体的温度和密度的变化，声音传播速度的变化也会产生误差。当所涉及的距离相对较小时，由于回声装置固有的不准确性而产生进一步的误差，如实际尺寸的容器的情况。

内容本提供一种液/液界面，粘度和百分比悬浮固体超声检测系统，其中换能器安装成与处理液不接触。换能器适于安装在容器壁的外侧，因此不受工艺条件的影响。

该系统包括比较装置，用于检测超声波脉冲的衰减程度，该超声波脉冲通过容器壁，穿过容器的内部尺寸并从容器壁反射回换能器。比较技术的使用提供了高度精确的测量，允许检测衰减的微小差异，并允许提供易于调节的标准比较电压，从而可以容易地调节系统以适应不同的处理液和/或悬浮液。

具体实施方式液/液界面检测如图1所示，提供容器1，其上安装有换能器2。容器1包含两种具有不同粘度的分层不混溶液体3A和3B。

提供信号处理系统4，用于激励换能器2并处理从其接收的信号。

当液体3A和3B之间的液/液界面低于容器1中的线AA所示的换能器水平时，信号处理系统4适于选择性地激励输出装置5.输出装置5包括继电器6，其用于接通可见装置7可以包括喇叭，蜂鸣器，闪光灯或任何其他传统的可见和/或声音警报器或装置或这些装置的任何组合。装置8可包括泵，阀等。

换能器2可以包括任何传统的超声脉冲发射 - 接收换能器，优选地，但不限于：盘形式的压电装置，其被粘合，夹紧，保持或以其他方式固定到容器1的外壁表面。

当通电时，换能器2以穿过容器壁的线AA所示的水平在容器上传送超声波脉冲，使得箭头9所示的路径越过容器的内部尺寸。脉冲在10处被相对的容器壁反射并且返回到换能器2.如果壁10被管道等阻挡，则可以在容器1中设置反射壁（未示出）。

信号处理系统4包括脉冲振荡器11，其可以是任何常规设计，用于以适当的重复率在线路12上产生信号。这些信号中的每一个由引线12和13施加到换能器2，其中信号被转换成相应的超声脉冲。

在将反射脉冲返回到换能器2'时，脉冲被转换成电脉冲，该电脉冲的大小根据脉冲在容器1中通过的材料而减小。材料的粘度越大，衰减越大。脉冲从中穿过。该脉冲由引线13在其第一输入端施加到两个输入端和门14，第二输入端在引线15上接收检查信号，其目的将在下文中更具体地描述。

输出和门14由引线16施加到接收放大器17，以提供具有衰减幅度的输出信号，该幅度取决于特定液体3A或3B的粘度，超声脉冲通过该粘度。接收器放大器17的输出由引线18施加到差分放大器19的第一输入端。差分放大器19还在第二输入端施加标准电压电平，其幅度等于通过底部液体的反射脉冲的幅度。 3A。

当液体3A处于换能器水平AA以使超声波脉冲通过液体3A时，差分放大器19不提供输出。当顶部液体3B处于水平AA以使声波脉冲通过时，反射脉冲将衰减到不同程度，并且差分放大器19提供输出信号，从而指示液/液界面低于AA水平。该输出信号由引线20施加到继电器6，继电器6用于接通指示装置7和/或过程控制装置8。

应当理解，可以校准系统以通过调节标准电压来检测液/液界面何时高于AA水平，以对应于通过顶部液体3B的反射脉冲。在这种情况下，当底部液体3A处于水平AA时，差分放大器将提供输出信号，从而检测到液体/液体界面高于AA水平。

通过使用脉冲振荡器11方便地产生标准电压电平。脉冲振荡器11的输出通过引线21馈送到可变衰减器22.可变衰减器22允许将脉冲电平调节到在点处校准的选定标准电平。安装对应于响应于穿过容器1中的液体3A或3B的超声波脉冲而产生的电脉冲。可变衰减器22的输出经由引线23馈送到延迟器24并且引线25馈送到差分放大器19。延迟24确保在产生接收器放大器17输出时标准电平电压可用。

如上所述，检测信号由引线15施加到门14上。该检查信号仅在经过大约等于电和声脉冲穿过脉冲振荡器11的路径所需的经过时间之后施加。在图12和13中示出了换能器2，两个方向上的容器1的路径，以及引线13到达门14.检查信号被施加足够长的时间长度以适应这些脉冲的传输时间的微小变化。在所有其他时间，由于没有检查信号，门14被阻挡。以这种方式，传输到换能器2的脉冲与系统中出现的其他寄生信号一起不被传输到差分放大器19，以可能激活装置7或8。

通过引线12和26将振荡器11的输出施加到延迟触发器27的输入来产生检查信号。延迟触发器27将其对输入信号的响应延迟一段时间，该时间段对应于所需的时间段。用于电和声脉冲穿过上文所述的路径。

参考图1。在图2中，示出了修改的输出设备5'作为图2的替代输出设备5。在该实施例中，差分放大器19的输出可以由导体20'馈送到具有指针29的电压计28.在这种情况下，调节可变衰减器22，使得当在接口之间的接口时，差分放大器19具有平衡输入。液体3A和3B处于AA水平。在这种情况下，指针29提供零读数，如图所示。

当较高粘度的液体处于AA水平时，反射脉冲被更大程度地衰减，从而在指针29逆时针移动的情况下在仪表28上产生负读出。当液/液界面位于换能器2的区域中时，界面从AA级的放置程度将由读出的幅度表示。

当较低粘度的材料处于AA级时，反射的脉冲衰减到较小的程度，从而在指针29顺时针移动的情况下在仪表28上产生正读出。从换能器水平的位移程度再次通过正读出的大小反映出来。

如果与材料3A和3B不同的材料在容器1中，则反射脉冲将衰减到不同程度。然而，通过调节可变衰减器22可以容易地适应这种变化。

固体和/或粘度指示百分比本次公布的系统还可用于提供容器中包含的悬浮液（未示出）的液体粘度和/或固体百分比的指示。粘度和/或悬浮固体百分比越大，反射脉冲的衰减越大。

在确定悬浮固体百分比时，图1的信号处理系统4包括：除了在这种情况下，用于输入到差分放大器19的所选标准电压被调整为对应于零或参考百分比固体指示。使所选择的电压等于响应于通过不含或具有已知悬浮颗粒值的液体的超声脉冲而产生的脉冲。然后，差分放大器19的输出将具有随着悬浮液中固体百分比变化而变化的输出。

在固体确定百分比中，来自信号处理系统4的输出被应用于修改的指示器（图3中所示的副5）。指示器装置5“包括具有指针29的仪表28'。假设所选择的标准电压被调整为对应于零百分比实线指示器1，然后当差分放大器19的输出为零时，指针29'处于零百分比读数，如图所示。随着固体百分比增加，差分放大器的输入变得越来越多当固体百分比增加时，通过容器传输的脉冲衰减得更大，这反过来导致差分放大器19的输出增加，并且响应于此，指针29'顺时针移动以提供视觉指示。容器中的固体百分比。在仪表28'上提供适当的指示百分比标记。

在确定粘度时，图4的信号处理系统4包括：除非在这种情况下，用于输入到差分放大器19的所选标准电压被调节为与参考粘度指示相对应，所以可以再次使用图1所示的电压。使所选择的电压等于响应于通过选择作为参考的已知粘度的液体的超声波脉冲而产生的脉冲。然后，差分放大器19的输出将具有随粘度变化而变化的输出。

在粘度确定中，信号处理系统4的输出应用于图1和2中所示类型的仪表。除了标记是粘度标记并且指针被调整以指示当差分放大器的输出为零时的参考粘度时，除了图2和图3之外。

虽然本次公布具有检测液/液界面和检测悬浮液中粘度和固体百分比的特定应用，但本次公布还具有在容器中指示容器中选定液位存在或不存在的能力。没有液体/液体界面，只有液体/空气界面。在这种情况下，超声波脉冲通过空气或液体传输。当通过空气时，脉冲基本上完全衰减。只有当脉冲通过液体传输时，反射脉冲才会产生处理系统4的输出信号。当对系统进行这样的使用时，可以消除可变衰减器22和延迟器24，因为液体和空气之间的衰减的巨大差异不需要使用比较技术。因此，当通过差分放大器19发送信号以激励继电器6和指示器7时，指示已经检测到液位高于AA水平。

图1和2中的所有元件 图1,2和3在本领域中是公知的，并且为了简洁起见将不再描述。

尽管仅详细说明和描述了本次公布的一个实施例，但应清楚地理解，本次公布不限于此。在不脱离本次公布的精神和范围的情况下，可以对部件的设计和范围进行各种改变。

我要求：

1，一种非接触式超声波液体检测系统，用于检测液体的超声波衰减特性的变化，该系统包括液体的粘度，固体百分比和/或界面水平条件等物理特性的变化，所述系统包括容器，其适于容纳一定量的液体并具有由与液体接触的内表面限定的第一壁和与所述内表面并置的液体不接触的外表面，用于产生超声频率的电信号的装置超声波换能器装置可操作地连接到所述发生装置并固定到所述第一壁的所述外表面上。与所述容器中的液体保持非接触关系，

2.如权利要求1所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述容器和换能器装置相对于彼此定向，使得所述超声信号路径通常是水平的，因此通常平行于在所述液体中发生的任何重力诱导的液体 - 液体界面条件。

3.如权利要求1所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述换能器装置包括压电装置，所述压电装置具有固定到所述第一壁的所述外表面上的有源元件，其脉冲传播轴垂直于所述反射表面。

4.如权利要求1所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述第一壁和所述反射表面的所述内表面和外表面彼此平行，并且所述换能器装置的定向使其脉冲传播轴基本垂直于所述表面。

5.如权利要求4所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述容器具有与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间容纳液体的内表面。

6.如权利要求5所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述容器和所述换能器装置相对于彼此定向，使得所述路径不穿过由容器中的液体形成的任何液体/液体和/或液体 - 气体界面。只有在所述外表面处的换能器第一壁界面，在所述第一壁的所述内表面处的第一壁液界面和在所述反射表面处的液体 - 第二壁界面横向于所述路径设置。

7.如权利要求1所述的超声波液位计系统，其中所述比较装置包括可变衰减器装置，其可操作地连接到所述信号发生装置，用于将从所述发生装置接收的信号转换成所选择的标准信号，并且装置可操作地连接到所述可变衰减器装置用于组合。所述回波信号和所述标准信号产生表示所述回波和所述标准信号的给定特性差异的输出信号。

8.如权利要求7所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述容器包括导管，所述导管包含在所述脉冲路径之间并横向于所述脉冲路径延伸的液柱。

9.如权利要求7所述的超声波液位计系统，其特征在于，所述容器具有相对设置的大致垂直的侧壁，所述侧壁具有分别形成所述第一壁内表面和所述反射表面的内表面，所述换能器装置具有垂直相邻延伸的发送和接收脉冲路径表面区域。所述第一壁的外表面在所选水平面之上和之下，所述容器包含至少两种具有不同超声衰减特性并在其间限定水平界面的分层流体，所述比较装置可操作以产生具有幅度和极性依赖性的输出信号。根据所述界面是在所述选定水平之上还是之下，以及所述界面在所述传感器装置的所述区域中与所述界面垂直间隔的程度