УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ Российский патент 1995 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для определения положения границы двух несмешиваемых жидкостей с различной диэлектрической проницаемостью уровня и объема жидкостей в емкостях произвольной формы.

Известны устройства для измерения уровней и границ разделения среды (авт.св. N 1527505).

Известно также устройство для измерения параметров хранения уровня и температуры, жидкостей и газов различной плотности в резервуаре (Франция N 2624968), содержащее чувствительный элемент в виде линии задержки, генератор и приемное устройство.

Недостатками этих устройств являются сложность алгоритма работы схемы, сложность изготовления чувствительного элемента и недостаточная точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, чувствительный элемент, детектор, усилитель, соединительную линию, при этом чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников (коаксиальных линий). Этот прибор работает по принципу радиоинтерферометрии.

К основным недостаткам устройства следует отнести прежде всего измерение уровня только в электропроводящих средах, нелинейность, сложность настройки и эксплуатации, зависимость от температуры, сложную настройку при изменении физических свойств жидкости.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров контролируемых сред, повышение точности и надежности устройства, упрощение конструкции, изготовления и эксплуатации всего цикла измерений.

Для этого чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходу высокочастотного импульсного генератора и входу приемника, выход которого подключен к усилителю, который через канал связи подключен к вычислительному устройству, выход которого соединен с индикатором, на котором отображаются данные, показывающие основные параметры уровня границ разделения и объемов несмешиваемых жидкостей с различными диэлектрическими свойствами.

С целью обеспечения возможности измерения объемов уровней, разделов несмешиваемых сред в динамических условиях (при колебаниях поверхностей сред) устройство содержит не менее трех чувствительных элементов, расположенных параллельно друг другу и рассредоточенных по объему измеряемой емкости.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Два изолированных друг от друга и от внешней среды проводника опускаются в резервуар с несмешиваемыми жидкостями на всю высоту. В эти проводники посылается высокочастотный импульс напряжения. В местах изменения волнового сопротивления проводников (определяется диэлектрическими параметрами внешней среды), посланный импульс отражается. Отраженные импульсы, принимаемые на входе линии, распределены во времени. Время запаздывания отраженного сигнала по отношению к посланному пропорционально расстоянию до неоднородности волнового сопротивления (границы раздела двух сред):
L = 1/2 v t , где L - расстояние от выхода генератора до границы перехода;
v - скорость распределения импульсов в проводниках;
t - время запаздывания отраженного сигнала по отношению к посланному.

Коэффициент 1/2 учитывает двойной путь посланного и отраженного сигнала. Количество отраженных импульсов определяется количеством границ раздела сред с различными диэлектрическими свойствами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается тем, что содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходу высокочастотного импульсного генератора и входу приемника, выход которого подключен к усилителю, который через канал связи подключен к вычислительному устройству, выход которого соединен с индикатором, на котором отображаются данные уровня, границ разделения и объемов несмешиваемых жидкостей с различными диэлектрическими свойствами.

А в условиях колебания поверхностей сред устройство содержит не менее трех чувствительных элементов, расположенных параллельно друг другу и рассредоточенных по объему измеряемой емкости, и позволит учитывать (рассчитывать) динамические параметры поверхности жидкости. Поэтому это устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для определения объемов уровней и границ разделения сред; на фиг.2 - расположение во времени посланных и отраженных импульсов соответственно.

Устройство содержит чувствительный элемент 1 в виде двух изолированных друг от друга проводников, один конец которого подключен к выходу импульсов высокочастотного генератора 2 и входу приемника 3, другой конец опущен в резервуар 8 произвольной формы с несмешиваемыми жидкостями. К выходу приемника 3 подключен усилитель 4, выход которого через каналы 5 связи (аналого-цифровой преобразователь) подключен к блоку вычислений 6, к выходу которого подключен индикатор 7. Канал связи представляет собой быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, блок вычислений может быть реализован на любой ПЭВМ, в которой реализован аналого-цифровой преобразователь. Подробно канал 5 связи и блок вычислений 6, рассмотрены в книге Фигурнова В.Э. IBM РС для пользователя, М: Финансы и статистика, 1991, с. 280.

Устройство работает следующим образом.

Для определения уровня жидкости и границы раздела сред чувствительный элемент 1 опускают в резервуар с контролируемыми средами. Импульс, посланный высокочастотным генератором 2, одновременно принимается приемником 3. На индикаторе это импульс U_o (фиг.2). От этого импульса отсчитываются все остальные координаты по индикатору 7. Первый отраженный импульс U_i (фиг.2) показывает, время t прохождения импульса по чувствительному элементу до поверхности жидкости в резервуаре. В масштабе это определит расстояние от места посылки импульса (выхода генератора) до поверхности жидкости.

Второй отраженный импульс U определяет время t прохождения импульса по чувствительному элементу до границы раздела двух жидкостей II и III от поверхности жидкости. В масштабе это определяет расстояние от места включения генератора до границы раздела сред. Параметр t определяет время прохождения импульса от поверхности жидкости до границы разделения сред. В масштабе это определяет расстояние от поверхности жидкости до границы разделения сред.

Блок вычислений 6 по импульсам U_o, U₁, U₂,..., U_n (где N - число и порядковый номер разделов сред считая от разделения воздух-жидкость) рассчитывает все параметры хранения жидкостей: объем, высоту, количество слоев раздела. Верхний уровень каждой из несмешиваемых жидкостей определяется по формуле
h_i = 1/2v(t) - t_i, где i = 1...N, а ее объем по формуле
v_i = F(h_i; h) , где F - тарировочная функция.

Суммарный объем определяется как сумма
V=V_i, i=1...N ..

Предлагаемое устройство наибольший эффект может дать при применении в нефтехранилищах, стационарных и особенно автономных, где возможно попадание посторонних жидкостей.

Погрешность отсчета составляет не более 0,5%.

Сущность изобретения: устройство содержит не менее трех чувствительных элементов 1, импульсный генератор 2, импульсный приемник 3, усилитель 4, аналогово-цифровой преобразователь 5, блок 6 вычислений, индикатор 7. 1-2-3-4-5-6-7. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенный к выходу генератора и входу приемника, выход которого соединен с входом усилителя, и индикатор, отличающееся тем, что в него введены не менее двух чувствительных элементов, расположенных на разных уровнях и подключенных к выходу генератора и входу приемника, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычислений, подключенный к входу индикатора, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя, а генератор и приемник выполнены импульсными.