Электронный журнал «Техническая акустика» ISSN 1819-2408

А. Н. Громов

Моделирование процесса измерения уровня жидкости акустическим методом, учитывающим факторы среды

язык: русский

получена 21.01.2007, опубликована 04.05.2007

Скачать статью (PDF, 400 кб, ZIP), используйте команду браузера "Сохранить объект как..."
Для чтения и распечатки статьи используйте «Adobe Acrobat© Reader» версии 4.0 или выше. Эта программа является бесплатной, ее можно получить на веб-сайте компании Adobe© (http://www.adobe.com/).

АННОТАЦИЯ

Для измерения уровня веществ в емкостях широко используются ультразвуковые уровнемеры, которые работают по методу акустической локации. Измерение, выполненное таким прибором, содержит методическую погрешность, если среда на пути распространения акустической волны неоднородна. Причем, погрешность измерения невозможно оценить, так как характеристики среды вдоль оси емкости не известны.
В статье предложен метод измерения уровня жидкости, построенный на использовании теории решения обратной задачи Штурма-Лиувилля по двум спектрам, который свободен от недостатков локационного способа. Суть его в следующем. Движение акустического возмущения описывается уравнением акустики для плоскослоистой среды, содержащим неизвестные зависимости скорости звука и плотности от вертикальной координаты. По результатам измерения можно получить некоторые свойства решений уравнения и определить неизвестные коэффициенты, найти промежуток, на котором оно порождено, и определить искомый уровень. Безусловное преимущество предложенного метода состоит в том, что многообразие факторов, связанных с характеристиками среды, по которой распространяется волна, учитывается автоматически.
Приводятся результаты численного моделирования процесса измерения уровня для метода, основанного на теории решения обратной задачи Штурма-Лиувилля по двум спектрам. Для численного моделирования использован экспоненциальный профиль скорости звука, который относится к числу «решаемых». Наличие аналитических зависимостей позволяет сравнительно просто вычислить исходные данные, которые при натурном моделировании получаются как результат измерения. Показана работоспособность предложенного метода, алгоритмов его реализации и возможность их применения в интеллектуальных приборах, оснащенных микропроцессорным вычислителем.

Ключевые слова: измерение уровня, акустический метод, ультразвуковые измерения, задача Штурма-Лиувилля, неоднородная среда, численное моделирование

16 страниц, 2 иллюстрации

Как сослаться на статью: А. Н. Громов. Моделирование процесса измерения уровня жидкости акустическим методом, учитывающим факторы среды. Электронный журнал "Техническая акустика", http://ejta.org, 2007, 10.

ЛИТЕРАТУРА

1. Громов А. Н. Метод измерения уровня, учитывающий физические свойства среды на пути распространения акустического сигнала. Cборник трудов XI сессии Российского Акустического Общества, 2001, т. 2, с. 262–265.
2. Бардышев В. И., Громов Ю. И., Громов А. Н., Овчаренко А.Т., Римский-Корсаков А. В. Резонансный акустический уровнемер. Акуст. журн., 2000, т. 46, №3, с. 320–324.
3. Римлянд В. И., Кондратьев А. И., Калинов Г. А. О точности измерения уровня жидкости в резервуарах акустическим эхо-методом. Акуст. журн., 2001, т. 47, №4, с. 564–566.
4. Клюев М. С., Клюев С. П., Краснобородько В. В. О погрешностях акустического измерения уровня жидкости и методах их снижения. Акуст. журн., 1999, т. 45, №6, с. 825–831.
5. Кабатчиков В. А. Ультразвуковой уровнемер. Патент РФ на изобретение №2064666, 1996.
6. Nyce D. S., Togneri M. G., Bulkowski R. S. Magnetostrictive position sensing probe with waveguide referenced to tip for determining fluid level in a container. US Patent №5848549, 1998.
7. Римлянд В. И., Калинов Г. А. Акустический тракт автоматизированной системы измерения уровня жидкости в резервуарах. Сборник трудов XI сессии российского акустического общества, 2001, т. 2, с. 265–274.
8. Викторов В. А. Резонансный метод измерения уровня, М.: Энергия, 1969.
9. Бобровников Г. Н., Катков А. Г. Методы измерения уровня, М.: Машиностроение, 1977.
10. Хамидуллин В. К. Ультразвуковые контрольно-измерительные устройства и системы. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1989, 249 с.
11. Stapleton et al. Ultrasonic liquid measuring device for use in storage tanks containing liquids having a non-uniform vapor density. US Patent №5085077, 1992.
12. Либерман В. В., Личков Г. Г. Радарные уровнемеры. Прошлое, настоящее, будущее. Промышленные АСУ и контроллеры, 2006, №8.
13. Левитан Б. М. Обратные задачи Штурма-Лиувилля. М.: Наука, 1984.
14. Романов В. Г. Обратные задачи математической физики. М.: Наука, 1984.
15. Бреховских Л. М., Годин О. А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989.
16. Прудников А. П., Брычков Ю. А., Маричев О. И. Интегралы и ряды. М.: Наука, 1981.
17. Аристов П. А., Громов А. Н., Курносов Н. М., Скрыпников С. Н., Хасиков В. В. Аппаратно-программное обеспечение нового поколения интеллектуальных полевых приборов технологии Fieldbus Foundation. Датчики и системы, 2001, №11, с. 10–14.

Анатолий Николаевич Громов окончил механико-математический факультет Московского Государственного университета имени М.В.Ломоносова в 1971 г. В настоящее время старший преподаватель кафедры прикладной математики Одинцовского Гуманитарного Университета. Научные интересы: теоретическая акустика, численные методы. e-mail: an_gromov(at)rambler.ru