Устройство для измерения положения границы раздела двух сред Советский патент 1991 года по МПК G01F23/284 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения положения границы раздела двух сред, в частности несмешивающихся жидкостей, независимо от электрофизических параметров обеих сред.

Цель изобретения - обеспечение независимости результатов измерения от электрофизических параметров обеих сред,

На фиг,1 приведена схема устройства; на фиг,2 - графики зависимости резонансных частот трех отрезков длиной линии от положения границы раздела сред.

На фмг.1 введены обозначения: 1 и 2 - среды, образующие границу раздела, 3 - отрезок коаксиальной длинной линии, ко- роткозамкнутый на нижнем конце и разомкнутый на верхнем конце 4 - отрезок

коаксиальной линии, разомкнутый на нижнем конце и короткозамкнутый на верхнем конце, 5 - отрезок двухпроводной длинной линии, 6 - индуктивное нагрузочное сопротивление, 7 - вторичная аппаратура.

В емкости, содержащей среды , образующие границу разделения, размещены три отрезка длинной линии: два отрезка коаксиальной длинной линии 3 и 4 и отрезок двухпроводной линии 5, который образован наружными проводниками указанных отрезков коаксиальной линии. Отрезки коаксиальной линии и отрезок двухпроводной линии имеют на концах разные нагрузки, которые обеспечивают отличные друг от друга три зависимости соответствующих резонансных частот fi, fa, fa от координаты Z границы раздела сред.

ОГ.А&

о

В частности, этого можно достичь, если один из отрезков коаксиальной линии выполнить короткозамкнутым на нижнем конце и разомкнутым на верхнем конце, другой из отрезков коаксиальной линии - разомкнутым на нижнем конце и короткозамкнутым на верхнем конце, а отрезок двухпроводной линии - нагруженным на одном из концов, например, на нижнем конце на индуктивное сопротивление.

8 устройстве третий отрезок линии - двухпроводной линии образуется при возбуждении системы наружных проводников отрезков коаксиальной линии, как двухпроводной линии,

Все три отрезка линии являются независимыми колебательными системами, характеризуемыми своими резонансными свойствами.

Блок вторичной аппаратуры 7 включает в свой состав три генератора высокой частоты и микроЭВМ. Генераторы могут быть выполнены либо по схеме автогенератора (отрезок длинной линии в цепи частотозада- ющей цепи, либо по схеме перестраиваемого генератора с настройкой на резонанс отрезка длинной линии. Для каждого отрезка длинной линии используется отдельный генератор.

Связь отрезков длинной линии со вторичной аппаратурой 7 осуществляется с помощью проводников, подключенных к верхним торцам отрезков длинной линии.

Устройство работает следующим образом.

На выходах генераторов блока вторичной аппаратуры 7 формируются частоты f i(Z), f2(Z). f3(Z), которые поступают в микроЭВМ. В микроЭВМ осуществляется вычисление соотношения /2/, а затем определяется координата границы раздела сред методом кусочно-линейной аппроксимации зависимости A(Z).

На фиг.2 изображены графики зависимостей резонансной частоты от координаты (Z) границы раздела сред для указанных отрезков линии 3, 4, 5 (им соответствуют кривые 8, 9 и 10). Здесь I - длина каждого отрезка линии; fio, fao, fao - начальные (т.е. при наличии в емкости только одной из сред, образующих границу раздела) резонансные частоты этих отрезков линии; fi, f2, fa - их текущие значения,

Совместное преобразование измеряемых частот fi(Z), f2(Z), fs(Z) во вторичной аппаратуре 7 позволяет достичь независимости результата измерения координаты 2 от электрофизических параметров обеих сред.

Соотношение, которое обеспечивает такую независимость результата измерения, вытекает из рассмотрения выражений для fi(Z),t2(Z)иfs(Z), Есписреды-диэлектрики, a Ei, Ј2 - их диэлектрические проницаемости, то указанные зависимости могут иметь вид: f 1.2,3 1

flO,20,30

t2

1 +(l7-1)1,2,3(Z) (,)

где ,2,3 функция распределения энергии электромагнитного поля вдоль отрезков линии, задаваемые, в частности, подключением тех или иных нагрузок на концах отрезков линии.

Из соотношения /1 / следует, что преобразуя частоты fi, fa, f3 во вторичной аппаратуре 7 согласно соотношению

( flO/f 1 )2/f20/( f2 j2 - 1 P2 ( Z ) - ffl

A(Zh

(fio/fi)2/i3o/(f3)2-i Ш

(z) -Pi(z)

(2)

можно обеспечить требуемую инвариантность результата измерения ZOT величин Ei и Еа.

При наличии хотя бы одной из сред,

являющейся проводником или несовершенным диэлектриком, следует хотя бы один из проводников каждого отрезка линии покрыть диэлектрической оболочкой определенной толщины. При этом обеспечивается требуемая добротность, достаточно высокая по величине, каждого из отрезков линии (резонаторов).

Оптимизируя параметры нагрузочных

сопротивлений отрезков линии 3,4 и 5, можно управлять поведением зависимостей fi(Z) и fa(Z), fs(Z) и, следовательно, функции A(Z). Например, линейный характер зависимости для отрезка двухпроводной линии

обеспечивается выбором соответствующей величины индуктивности на его конце. Формула изобретения Устройство для измерения положения границы раздела двух сред, содержащее

Два подключенный к вторичной аппаратуре отрезка длинной линии, имеющих на концах разные нагрузки, отличающееся тем, что, с целью обеспечения независимости результатов измерений от электрофизических

параметров обеих сред, каждый отрезок длинной линии выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, при этом наружные проводники, отрезков коаксиальной линии

подключенные к вторичной аппаратуре, образуют отрезок двупроводной длинной линии, имеющей на конце нагрузку, отличную от нагрузок отрезков коаксиальной линии.

, /з

- J3O

в7

фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения положения границы раздела двух сред, в частности несмешивающихся жидкостей, независимо от электрофизических параметров обеих сред. Цель изобретения -обеспечение независимости результатов измерения от электрофизических параметров обеих сред. В емкости, содержащей среды 1 и 2, образующие границу раздела, размещены три отрезка длинной линии. Это два отрезка коаксиальной длинной линии 3 и 4 и отрезок двупроводной длинной линии 5, который образован наружными проводниками отрезков коаксиальной линии. Отрезки коаксиальной линии и отрезок двупроводной линии имеют на концах разные нагрузки, которые обеспечивают отличные друг от друга три зависимости соответствующих резонансных частот от координаты границы раздела сред. Блок вторичной аппаратуры 7 аключает в свой состав три генератора высокой частоты и микроЭВМ. 2 ил, U«a I t

ii/t