Способ определения уровня вещества Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного измерения уровня различных веществ, в частности нефти и нефтепродуктов в содержащих их емкостях.

Известны способы определения уровня веществ, обеспечивающие достижение независимости результатов от влияния различных возмущающих факторов. Здесь для этой цели используют два измерительных канала, один из которых построен на базе отрезка длинной линии, а другой представляет собой электрическую емкость, размещаемую у дна емкости.

Такие способы не обеспечивают, однако, высокую точность при наличии вертикального градиента свойств вещества, наличия примесей в веществе и др.

Известен также способ определения, предназначенный для контроля диэлектрических веществ. Этот способ заключается в возбуждении электромагнитных колебаний

в двух отрезках длинной линии, имеющих на концах разные нагрузки. Измеряя собственные частоты электромагнитных колебаний этих отрезков линии в зависимости от уровня вещества в емкости, можно обеспечить достижение инвариантности результатов измерения уровня к влиянию различных дестабилизирующих факторов при совместном преобразовании данных собственных частот. Возбуждение колебаний на разных частотах можно осуществлять в том же отрезке линии с измененным распределением энергии электромагнитного поля по продольной координате. Здесь также имеет место невысокая точность измерения, которая заведомо снижена вследствие аппроксимации зависимости собственной частоты от уровня вещества с некоторой погрешностью.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет дополнительного

VJ

О

о

CJ

ел

OJ

определения диэлектрической проницаемости контролируемого вещества.

Сущность способа состоит в следующем.

В отрезке длинной линии, размещенном вертикально в емкости с контролируемым веществом, возбуждают электромагнитные колебания. Измеряя собственную частоту электромагнитных колебаний этого отрезка линии, можно определить уровень вещества. Для повышения точности измерения за счет достижения независимости результатов от диэлектрической проницаемости вещества производят дополнительное измерение собственной (резонансной) час- тоты того же или иного отрезка длинной линии с измененным законом распределения энергии электромагнитного поля вдоль него (них). При этом предварительно производят определение (измерение или вычис- ление по известным расчетным соотношениям для отрезков линии) значений собственных частот fi и f2 указанных двух или одного отрезков линии длиной I для совокупности значений ei,E2,...Јn диэлектрической проницаемости. Это производят, например, для разомкнутого на нижнем конце и короткозамкнутого на нижнем конце четвертьволновых отрезков линии. Для них на фиг. 1,а и фиг. 1,6, соответственно, приведены графики зависимости приведенных значений FI и F2 собственных (резонансных) частот (при этом Fi 1 - fi/fio, F2 1 - f2/t2o) от относительного значения уровня ч z/l. На практике значение может быть рааным, например 16, что обеспечивает малую погрешность дискретного отсчета уровня. Так, при изменении диэлектрической проницаемости е на 30% и наличии в постоянном запоминаю- щем устройстве (ПсУ), куда записывают предварительно перед началом измерений, полученную иифгрм цию, данных зависимостей FI и F2 для 16 значений е , погрешность не превышает 1%. Затем приступают непосредственно к измерениям текущего значения уровня г. Измеряют значения собственных (резонансных) частот fi и f2 для реального значения уровня. Для этих измеренных значений собственных частот опре- деляют совокупность значений уровня при каждом значении Ј из вышеуказанной совокупности. После этого для промежуточных значений е производят на каждом участке между ее соседними значениями интерполяцию этих значений. Таким образом, получают две функции: для fi - функцию

Х1( Ј ) Щ И ДЛЯ Т2 ФУНКЦИЮ Х2(Ј)

0

5 0 0 5 0

5

0

5

5

(фиг. 2). Наконец, после этого находят одинаковые для собственных частот f 1 и f2 значения уровня z и диэлектрической проницаемости Ј (на фиг. 2 это точка пересечения на графике кривых). Эта точка () есть по существу решение уравнения xi(e) Х2(е ) относительно е е ; зная к , находят х xi( е) - Х2( Ј).

На фиг. 3 приведена в качестве примера схема устройства, реализующего данный способ.

Реализацию осуществляют с применением двух отрезков длинной линии 1 и 2, размещенных в емкости с контролируемым веществом 3. Отрезки линии четвертьволновые, один из них (отрезок линии 1) коротко- замкнут на нижнем конце, а другой (отрезок линии 2) - разомкнут на нижнем конце, т.е. эти отрезки линии идентичны, но расположены встречно по отношению друг к другу. Отметим, что нагрузки отрезков линии могут быть в общем случае произвольными реак- тивностями, а не только вышеупомянутыми. В данной схеме оба отрезка линии включены в частотозадающие цепи соответствующих автогенераторов 4 и 5. Выходные сигналы автогенераторов 4 и 5 - частоты, определяемые собственными (резонансными) частотами данных отрезков длинной линии. Они поступают в блок обработки 6. Сюда же подаются информативные сигналы из ПЗУ 7, где хранится информация о предварительно определенных значениях приведенных собственных частот, найденных для совокупности значений диэлектрической проницаемости вещества для указанных двух отрезков длинной линии. С блока обработки 6 его выходные сигналы, несущие текущую информацию о значениях z и С, , поступают на индикатор 8 для регистрации.

Отметим, что реализация данного способа может быть осуществлена на базе одного отрезка длинной линии с коммутацией его нагрузочных сопротивлений. В этом случае могут быть получены такие же четвертьволновые отрезки линии, которые описаны выше, но реализованные в одном отрезке линии. В соответствии с нагрузками такого отрезка линии в нем имеют место разные требуемые распределения энергии поля вдоль него.

С использованием текущих измеряемых значений собственных (резонансных частот отрезков линии и данных в ПЗУ можно измерять, таким образом, значения уровня вещества в емкости, которые не зависят от Е , а также и само значение Ј , которое несет, в частности, информацию о сортности вещества, например нефтепродукта, уровень которого определяют.

Формула изобретения 1. Способ определения уровня вещест- ва, при котором возбуждают электромагнитные колебания в отрезке длинной линии, измеряют собственную частоту колебаний fi длинной линии, возбуждают электромагнитные колебания с измененным распреде- лением энергии электромагнитного поля по продольной координате, измеряют собственную частоту колебаний f2 ДЛИННОЙ ЛИНИИ и производят совместную обработку полученных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет дополнительного одновременного определения диэлектрической проницаемости, перед измерением fi и f2 определяют значения собственных частот, соответствующих распределениям энергии электромагнитного поля по последовательности значений уровня в диапазоне измерений для нескольких известных значений диэлектрической проницаемости, при совместной обработке измеренных значений fi и f2 регистрируют совокупность значений уровня при каждом из нескольких значений диэлектрической проницаемости и интерполируют значения уровня для промежуточных значений диэлектрической проницаемости, а об уровне и диэлектрической проницаемости судят по их одинаковым значениям для собственных частот fi и

f2.

2. Способ поп. 1,отличающийся тем, что возбуждение электромагнитных колебаний с измененным распределением энергии электромагнитного поля производят в другом или в том же самом отрезке длинной линии.

Применение: относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного определения уровня и диэлектрической проницаемости различных веществ, содержащихся в емкостях. Сущность изобретения состоит в том, что в отрезках или одном отрезке длинной линии с разным распределением энергии поля по продольной координате предварительно определяют значения собственных частот по значениям уровня Z для совокупности известных значений диэлектрической проницаемости е , затем для измеренных значений собственных частот fi и fa определяют совокупность значений Z при каждом значении е из указанной совокупности ее значений, для промежуточных значений Ј производят интерполяцию значений Z и находят одинаковые для этих собственных частот fi и f2 значения Z и Б . 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Ј

а

W х

О

гЛ

1,0 X

Фиг.1

,М

€л Ј