Устройство для измерения уровня вещества Советский патент 1991 года по МПК G01F23/284 G01F23/296 

т,5 -Ш...Я I

t I f

W

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения уровня различных веществ. Цель изобретения - повышение точности измерений. Контролируемое вещество 1 зондируют волнами, модулированными по частоте, принимаемые отраженные волны вследствие их временной задержки при прямом и обратном распространении имеют в любой момент времени частоту, отличную от частоты зондирующих волн. Здесь имеет место многократное последовательное прохождение волнами прямого и обратного пути, что дает возможность многократно повысить точность измерения Излученные генератором 2 частотно-модулированные волны через направленный ответвитель 3 поступают на передающую антенну 4, излученные ею волны принимаются приемной антенной 5i, которая соединена с передающей антенной 4g. Эта антенна направляет принятые антенной 5iволны в сторону контролируемого веществз 1. Операция приема-излучения повторяется многократно, для чего схема содержит N передающих и N приемных антенн. Волна с последней приемной антенны подается на смеситель б, на другой вход которого подается опорный сигнал с генератора и далее на регистратор 2 ил. (Л О ю ел

У/Г

/ft /ft ff/

Фиг.2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения уровня различных веществ, может быть применено для измерения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства, уровня жидких и сыпучих веществ независимо от их электрофизических параметров.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 (а,6) приведены графики временной зависимости частоты f(t) зондирующей и принимаемой волн; на фиг,2 - схема устройства.

Устройство содержит контролируемое вещество 1, генератор 2 частотно-модулированных колебаний, направленный ответ- витель 3, передающие антенны 41,42,...,4ы,

приемные антенны 5i,525м, смеситель 6

частот, регистратор 7.

Устройство работает следующим образом,

Контролируемое вещество 1 зондируют волнами (электромагнитными, акустическими), модулированными по частоте по несимметричному (фиг.1,а) или симметричному (фиг, 1,6) пилообразному закону в пределах диапазона ее девиации A f . Принимаемые отраженные волны вследствие их временой задержки при прямом и обратном распространении имеют в любой момент времени t частоту, отличную от частоты зондирующих волн (см. фиг.1 ,а,б, пунктирные линии). Отличие (разность) этих частот - частота биений fe - выражается следующей формулой

, 2kNAfFM,,,

fe z, (1)

где FM 1/Тм - частота модуляции;

к 1 и k 2, соответственно, для несимметричной и симметричной частотной модуляции;

Тм - период модуляции;

с - фазовая скорость волн.

Здесь имеет место многократное последовательное прохождение волнами прямого (до объекта) и обратного пути, в результате чего они проходят эффективное расстояние 7эфф NZ, где N соответствует числу зондирований объекта (поверхности контролируемого вещества). Такое эффективное удаление этой поверхности от антенн фактически дает возможность многократно повысить точность измерения. Фиксированная величина погрешности Д7 определения уровня есть

AZ -r,r

(2)

что в N раз меньше, чем в случае однократного зондирования.

Источником частотно-модулированных волн является генератор частотно-модулированных колебаний 2, соединечный через

основное плечо направленного ответвителя 3 с передающей антенной At. Излученные ею волны принимаются приемной антенной 51, которая соединена с передающей антенной 4i. Эта антенна вновь направляет принятые антенной 5т волны в сторону контролируемой поверхности 1. Операция приема-мзлучения повторяется многократно, для чего схема содержит N передающих и N приемных антенн, причем первая передающая антенна 4i подсоединена (через направленный ответвитель) к генератору 3, а последняя приемная антенна 5ы подключена к одному из двух входов смесителя частот 6, на другой вход которого через боковое

плечо направленного ответвителя 3 подается опорный сигнал с генератора 2. Промежуточные приемные антенны и соответствующие каждой из них передающие антенны попарно соединены друг с другом: 5i

и 42, 52 и 4з,,.5ы-1 и в результате происходит переизлучение принимаемых волн в каждой паре соединенных между собой антенн. Это приводит к суммарной временной задержке t3N, зависящей как от измеряемого расстояния (уровня} Z. так и от числа М зондирований: ta, rflet3 2Z/C- время задержки при однократном зондировании,

При проведении измерений должен

быть обеспечен прием отраженных волн только соответствующей приемной антенной. Это может быть достигнуто при применении антенн с узкой диаграммой направленности или (и) при возможности

при исключающем взаимовлияние расположении антенн над поверхностью контролируемого вещества.

Реализация устройства может быть осуществлена с применением электромагнитных волн различных диапазонов частот (СВЧ, оптического диапазонов), акустиче ских волн и соответствующих этим волнам и диапазонам частот функциональных элементов схемы.

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня вещества, содержащее генератор частотно- модулированных колебаний, направленный ответвитель, передающую и приемную ан- тенны, смеситель частот и регистратор, при

чем выход генератора подсоединен через основное плечо направленного отверстия ответвителя к передающей антенне, а через боковое плечо к первому входу смесителя частот к выходу которого подключен регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно содер/ ft

Y S

Ч

Ч

Тп

Фиг. 1,а

жит дополнительно не менее одной пары передающей и соответствующей ей приемной антенны, причем приемная антенна предыдущей пары соединена с передающей антенной последующей пары, а последняя приемная антенна подключена к второму входу смесителя частот.

/

/

;

Ь/2

Фиг. 1,5

Тм