Прецизійне ультразвукове вимірювання рівня рідини через «товсту» сталеву стінку

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorБогушевич, В. К.
dc.contributor.authorЗамаренова, Л. М.
dc.contributor.authorКотов, Г. М.
dc.contributor.authorСкіпа, М. І.
dc.date.accessioned2022-11-22T10:52:19Z
dc.date.available2022-11-22T10:52:19Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenIssues of the fluid level measurement through a steel wall are considered. When level measuring by signal propagation time, correlation-phase reception of complex signals provides the best accuracy. However, when such signals pass through an elastic wall, distortions of their phase structure occur. These distortions are associated with vibrations of the thickness resonances of longitudinal and transverse waves and with propagation of other nonresonance vibrations in the wall, which are interferences for the useful signal passing through the wall and the fluid layer. Herewith, to ensure the small distortions of the received signal, it is necessary to choose the characteristics of the probing signal “correctly”. Therefor it is necessary to determine regularities of wave propagation of different frequencies through the wall and in the wall. The aim of this study is to determine the mechanisms of the received signal forming, to develop the methods for the optimal probing signal forming, and to determine a possibility of correlation-phase reception using and an achievable measurement accuracy. A scheme for received signal forming is proposed. It considers a signal passing through the wall and the fluid layer; the signals of the thickness resonance vibrations of the longitudinal waves propagating through the wall and the fluid layer; the signals of the thickness resonance vibrations of the transverse waves propagating in the wall, and the signals of the nonresonance vibrations propagating in the wall. The methods for the level estimation of the referred above vibrations (and their signals) based on Lamb’ wave theory are suggested. These methods permit to predict the characteristics and spectra of the received signals. A technique for estimation of the phase structure distortions and correlation coefficient of received signal in accordance with spectral component relationship is proposed. A technique for the forming of the optimal probing signal that provides small distortions of the received signal and high correlation coefficient is propound. The theoretical estimates of the received signal spectra in different frequency ranges are given. Experimental proof of these spectra found. The theoretical estimates of the probing signal parameters providing small phase structure distortions of the received signals are given. Experimental proof of the effectiveness of such signal using found. The theoretical estimates of the ratio of the useful signal to interference in different frequency ranges are given. It is shown experimentally for a plate of 14.5 mm thick that this ratio is large in high- and mid-frequency range (597–791, 395–593 kHz), in that case a qualitative operation of a meter is ensured. This ratio is fewer in low-frequency range (197–395 kHz), but the meter’s operability is hold true. The ratio is small at lower frequencies and operability ensuring is problematic. Experimental measurements show that in the case of optimal signal using the time measurement error for all frequency ranges do not exceed 1 μs, the correlation coefficient is 0.84–0.92 at high-frequency range, 0.78–0.90 at mid-frequency range, and 0.45–0.65 at low-frequency one. Application of correlation-phase reception the complex signals for time (level) measurement through a “thick” steel wall is possible at optimal probing signal parameters; it provides more effective operation and greater measurement accuracy compared to other known methods and devices. One can expect that such high indicators of accuracy and operational efficiency will hold true for a wide range of wall thicknesses, level of fluid and its characteristics.uk
dc.description.abstractukРозглядаються питання вимірювання рівня рідини через «товсту» сталеву стінку. При вимірюванні рівня за часом поширення сигналу найкращу точність забезпечує кореляційно-фазовий прийом складних сигналів. Але при проходженні таких сигналів через «товсту» стінку руйнується їх фазова структура, що пов'язано з хвилями Лемба вищого порядку. При вирішенні задачі сигнал, що приймається, представляється як сума сигналу, який пройшов через стінку та шар рідини, сигналів коливань товщинних резонансів поздовжніх і поперечних хвиль і сигналу нерезонансних коливань, що поширюються в стінці. Запропоновано оцінювання спотворень сигналу, що приймається, за його спектрами та методика формування оптимальних зондуючих сигналів. Експерименти на «товстій», 14,5 мм, сталевій стінці показали, що при використанні оптимальних сигналів для трьох діапазонів частот, 593–790, 395–593 і 197–395 кГц, похибка вимірювання часу не перевищила 1 мкс, а значення коефіцієнта фазової кореляції склали 0,84–0,92, 0,78–0,90 і 0,45–0,65, відповідно.uk
dc.format.pagerangeС. 56-68uk
dc.identifier.citationПрецизійне ультразвукове вимірювання рівня рідини через «товсту» сталеву стінку / Богушевич В. К., Замаренова Л. М., Котов Г. М., Скіпа М. І. // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2020. – Т. 25, № 3(116). – С. 56-68. – Бібліогр.: 12 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.209689
dc.identifier.orcid0000-0001-5875-2801uk
dc.identifier.orcid0000-0003-1538-0176uk
dc.identifier.orcid0000-0002-1655-744Xuk
dc.identifier.orcid0000-0002-8360-0065uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/51178
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2020, Т. 25, № 3(116)uk
dc.subjectвимірювання рівня через стінкуuk
dc.subjectакустичний методuk
dc.subjectхвилі Лембаuk
dc.subjectкореляційно-фазовий прийомuk
dc.subjectпоширення хвильuk
dc.subjectспотворення фази сигналуuk
dc.subjectlevel measurement through walluk
dc.subjectacoustic methoduk
dc.subjectLamb’ wavesuk
dc.subjectphase-correlation receptionuk
dc.subjectwave propagationuk
dc.subjectsignal phase distortionuk
dc.subject.udc534.2:53.082.4uk
dc.titleПрецизійне ультразвукове вимірювання рівня рідини через «товсту» сталеву стінкуuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
MEA_3_2020_p56-68.pdf
Розмір:
3.95 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 25, № 3(116)