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

ел

С

Применение: изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня различных веществ, например нефтепродуктов, в содержащих их емкостях. Сущность изобретения состоит в том, что в качестве информативных параметров измерительных каналов устройства, реализуемых на основе двух отрезков длинной линии, использованы собственные (резонансные) частоты f 1 и f2 отрезков линии, а также фазовые сдвиги &р и &pi возбуждаемых и принимаемых на входе отрезков линии электромагнитных волн фиксированной частоты, отраженных от их концов. При совместном преобразовании таких информативных параметров можно определить уровень вещества в емкости независимо от диэлектрической проницаемости. 1 з п. ф-лы, 2 ил.

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

Известно устройство, обеспечивающее при измерении уровня независимость результатов от влияния различных возмущающих воздействий. Здесь для достижения инвариантности к этим воздействиям имеются два измерительных канала, один из которых - измерительный - построен на основе отрезка длинной линии, а другой представляет собой сосредоточенную электрическую емкость, располагаемую у дна емкости и позволяющую определить текущее значение диэлектрической проницаемости контролируемого вещества. Недостатком является в таком устройстве невысокая точность измерения, обусловленная получением информации о диэлектрической проницаемости в

одной точке, что не я вляется мерой среднего ее значения по высоте бака.

Известно также устройство, в состав которого входят два отрезка длинной линии, имеющие на концах разные нагрузки. Другие их концы подсоединены к входам соответствующих вторичных преобразователей, выходы которых соединены с входом блока обработки информации, выход которого подключен к индикатору. Недостатком этого устройства также является невысокая точность измерения, главным образом, в области малых значений уровня, близких к его нулевому значению.

Целью изобретения является повышение точности определения уровня вещества.

Сущность изобретения состоит в следующем.

При поступлении вещества в бак или опорожнении бака в точке с нулевым значе 1

О

ся N

ю

нием уровня вещества (у дна бака) скачкообразно изменяется длина заполняемой части одного или двух отрезков длинной линии, используемых в качестве чувствительных элементов. Такое изменение дины осущест- вляется путем изгиба концевой части длины отрезка линии под прямым углом. В качестве информативных параметров измерительных каналов, реализуемых на основе двух отрезков длинной линии, могут быть исполь- зованы собственные (резонансные) частоты f 1 и fa отрезков линии, а также фазовые сдвиги у /У/% возбуждаемых и принимаемых на входе отрезков линии электромагнитных волн фиксированной частоты, отраженных от их концов. При совместном преобразова- нии таких информативных параметров можно определить уровень z вещества в емкости независимо от диэлектрической проницаемости е вещества.

При измерении собственных частот fi и f2 результат их совместного преобразования имеет наиболее простой вид в случае, если обеспечено в отрезках линии равномерное распределение вдоль их длины энергии электромагнитного поля. Достичь этого можно при подключении на одном из концов отрезка линии сосредоточенной индуктивности достаточно большой величины. При этом зависимость собственных частот fi и fa от уровня z имеет следующий вид:

f.((i) wfcc. i+(Ј-Df±f -;/2(2)

Здесь 201 и Zo2 - длины горизонтальных участков отрезков линии, I - длина каждого отрезка линии, fio и f2o - начальные (при z .0) значения fi и h соответственно.

В результате совместного преобразования (1) и (2) определяем уровень вещества

- . -, J i

Z01 - Z02, . -((Т )

I +Zo24fff2

Ј - --.

I +Zo1xf1o -.WffJb 1ч 1 l+Zo2 1)/($ 1j 1

Данное соотношение является инвариантом по отношению к в . При покрытии хотя бы одного из проводников отрезков линии диэлектрической оболочкой можно при этом обеспечить инвариантность не только к величине Ј , но и к другим электрофизическим параметрам (тангенсу угла диэлектрических потерь, проводимости)

при определении уровня несовершенных диэлектрических или проводящих веществ. В частности, длина горизонтального участка одного из отрезков линии может быть равна нулю, т.е. z02 0. Тогда соотношение (3) упрощается, принимая вид

Zo1

, Z01sf Q/fl - 1

;&/Ј -1

(4)

-1

При измерении фазовых сдвигов fatp} и btpi в отрезках линии, имеющих на концах вертикальной части длины горизонтальные участки длиной z0i и z02, их зависимость от уровня z имеет следующий вид:

Д01 :

4yrF(l - z) 4rrF(z + Zoi)VЈ

+

(5)

4яР( - z) + ФгР(г + Zo2) (6)

wС

где F - фиксированная частота электромагнитных волн, на которой производят измерение фазовых сдвигов волн, с - скорость света.

В результате совместного преобразования (5) и (6) с исключением из результата определения уровня z величины е получаем

2о1(Дй2 -2Affp) -Zo2(Apl -2Ар0) (Zo1 - Zo2)

(7)

0

45

50

ц,-

Здесь введено обозначение &р0 - 2я Fl/c. В частном случае z02 0 будем иметь

z0i( - 2Доо),

z Ьр -Ьр1- 2ZVoz0i/l ()

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 - вариант схемы устройства, где длина горизонтального участка одного из отрезков длинной линии равна нулю.

Здесь введены обозначения: 1 - контролируемое вещество, 2 и 3 - отрезки длинной линии, 4 и 5 - горизонтальные участки на концах отрезков линии, 6 и 7 - вторичные преобразователи, 8 - блок обработки сигналов, 9 - индикатор.

Устройство работает-следующим образом. В емкости с контролируемым веществом 1 располагают отрезки длинной линии 2 и 3. Они в точке z 0 имеют горизонтальные участки 4 и 5, заполняемые веществом в момент поступления вещества в емкость.

При этом происходит скачкообразное заполнение части длины каждого отрезка линии веществом и, как следствие, скачкообразное изменение собственной частоты электромагнитных колебаний отрезков линии или фазового сдвига возбуждаемой и принимаемой волн (в зависимости от используемых информативных параметров). Измерение этих информативных параметров производят, применяя вторичные преобразователи 6 и 7, подключенные к соответствующему отрезку линии. Выходные сигналы этих преобразователей (пропорциональные fi и h или &р и txpi) поступают в блок обработки сигналов 8, где осуществляется их совместное преобразование согласно соотношениям (3), (4), (7) или (8). Один из отрезков линии (на фиг. 2 это отрезок 3) может не иметь горизонтального участка. Выход блока обработки сигналов 8 подключен к индикатору 9.

Устройство обеспечивает высокую точность измерения уровня вещества принциФиг. /

пиально во всем диапазоне его изменения, в том числе и при его малых значениях. Это важно, в частности, при определении остатков топлива в баках транспортных средств.

Формула изобретени я

одного из отрезков длинной линии равна нулю.

Фаг. 2