Способ измерения количества вещества в металлической емкости Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения объемов металлических полостей произвольной формы количества (объема, массы) содержащихся в таких полостях веществ, занимающих произвольное положение в объеме бака в том числе имеющих многосвязную конфигурацию Области применения данных технических решений включает в частности измерения в условиях невесомости и на транспортных средствах, когда нет четкой горизонтальной границы раздела сред, т е когда задачу измерения количества нельзя свести к задаче измерения уровня вещества в баке.

Предлагаемый способ может быть реализован в применением электромагнитных волн ВС- и СВЧ-диапазонов частот

Известны способы измерения количества вещества, содержащегося в какой-либо емкости, и реализующие их свойства, заключающиеся в рассмотрении этой емкости как объемного резонатора и измерении его собственной (резонансной) частоты электромагнитных колебаний Так можно определить объемы полостей баков-резонаторов, уровень веществ, частично заполняющих полости бака. Однако, при изменении геометрии баков, произвольности расположения в них контролируемых веществ эти способы и устройства могут оказаться неприменимы, т е имеет место большая погрешность измерения, обусловленная неопределенностью расположения контролируемого вещества, произвольностью формы бака. Эти известные способы и устройства могут быть неприменимы при изменении контролируемого параметра (количества) в широких пределах, приводящего к появлению (возбуждению) иных, последующих, типов колебаний кроме рабочего типа колебаний.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым способу и устройству являются спогоб и реализующее его устройство, описанные в 1 и принятые в качестве прототипов. Способ-прототип заключается втом, что в металлическом баке,

(Л

С

:-vi

4

о

-ч

jO СЛ

рассматриваемом в качестве объемного резонатора, возбуждают электромагнитные колебания при девиации их частоты в фиксированных пределах (fi.fa), при которых в баке имеют место резонансные явления. Определяя число возбуждаемых в резонаторе последовательно и типов колебаний (ре- зонансов) при девиации частоты, можно по величине этого числа судить о количестве (объеме, массе) произвольно распределенного в объеме бака-резонатора вещества, в частности жидкости. При этом результат измерения не зависит (с допустимой погрешностью) от расположения жидкости в баке. Устройство-прототип содержит объемный резонатор, к которому подсоединены генератор модулированных по частоте электромагнитный колебаний и последовательно соединенные детектор и регистратор числа резонансных импульсов.

Эти способ и реализующее его устройство не обладают, однако, высоким быстродействием и сложны в осуществлении. Ограниченное быстродействие зависит от периода девиации частоты генератора (порядка 100 мс), что в реальных условиях, характеризуемых динамикой вещества в баке, не является приемлемым и приводит к появлению погрешности измерения.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель в предлагаемом способе измерения количества вещества в металлическом баке, при котором возбуждают электромагнитные колебания в служащем объемным резонатором баке при девиации частоты этих колебаний в фиксированном диапазоне и регистрируют число возбуждаемых типов колебаний, достигается тем, что возбуждение колебаний осуществляют при девиации частоты одновременно не менее чем в двух поддиапазонах, являющихся частями указанного фиксированного диапазона частот.

В данном способе девиацию частоты в поддиапазонах можно осуществлять в направлении возрастания и убывания частоты.

Достижение поставленной цели осуществляется совокупностью признаков, изложенных в формуле изобретения.

Существенными отличительными признаками в этой совокупности являются, во- первых, возбуждение колебаний в баке в поддипазонах частоты, являющийся частями исходного фиксированного диапазона, во-вторых, возбуждение этих колебаний в баке одновременно по мере девиации частоты в указанных поддиапазонах, в третьих, содержание в схеме устройства дополнии

тельно не менее одного генератора частот- но-модулироанных колебаний, подключенного к объемному резонатору.

Эти отличительные признаки обуслав5 ливают новые свойства предлагаемых способа и устройства, а именно:

возможность подсчета общего числа регистрируемых импульсов за более короткое время;

10 возможность применения генераторов с малым диапазоном частотной модуляции; возможность девиации частоты в поддиапазонах одновременно как в направлении возрастания, так и убывания частоты; 15 обеспечение высокой точности измерения при динамике контролируемого вещества в полости бака, а также при изменении в процессе измерения объем-а металлического бака.

20 Перечисленные свойства обеспечивают положительный эффект, сформулированный в цели изобретения. Авторам не известны технические решения, содержащие такую же совокупность отличительных при25 знаков и проявляющие при этом те же свойства, что и предлагаемые технические решения, т.е. предлагаемые способ и устройство по мнению автора, соответствуют критике существенные отличия.

30 Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем.

Согласно предлагаемому способу исходный диапазон дивиации частоты делят на меньшие поддиапазоны. Для во.чбужде35 ния колебаний в этих поддиапазонах существуют на практике малогабаоитные, компактные и недорогие генераторы частотно-модулированных колебаний.

Если в способе-прототипе частота коле40 баний изменяется со временем монотонно, то при этом по мере девиации частоты в резонаторе последовательно возбуждаются колебаний на разных типах с присущей этому способу амплитудно-частотной характе45 ристикой (АЧХ). Спектр возбуждаемых колебаний в резонаторе сгущается по мере возрастания частоты. Число возбуждаемых в диапазоне частот колебаний(резонансных импульсов), несет информацию о количест50 ве вещества в баке независимо от его расположения в нем или об объеме полого бака переменной конфигурации.

В предлагаемом способе возбуждение колебаний в баке осуществляют в поддиапа55 зонах одновременно. Этим достигается существенное повышение быстродействия (в два и более раз). В отличие от способа-про- тотипа регистрация детектируемых типов колебаний (резонансных импульсов) происходит не монотонно по мере возрастания

частоты, а в соответствии с графиком временной зависимости частоты в поддиапазонах. При этом частотную модуляцию в поддиапазонах можно осуществлять как в одном направлении, так и в разных направлениях, Последовательность возбуждаемых в баке-резонаторе типов колебаний определяется на стадии синтеза измерительныхустройств, в том числе и при проведении предварительных экспериментов с испытуемым баком. Формула изобретения Способ измерения количества вещества в металлической емкости, при котором

0

возбуждают в емкости электромагнитные колебания, осуществляют частотную модуляцию в фиксированном диапазоне частот и определяют число резонансных импульсов, по которому судят о количестве вещества, отличающийся тем, чго. с целью повышения быстродействия, при частотной модуляции разбивают фиксированный диапазон не менее, чем на два поддиапазона, а частотную модуляцию во всех поддиапазонах осуществляют одновременно.

Применение предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для определения количества (объема) вещества при его произвольном распределении внутри бака, например, в условиях невесомости Сущность изобретения заключается в том что в баке- резонаторе возбуждают электромагнитные колебания при девиации частоты одновременно не менее чем в двух поддиапазонах, являющихся частями исходного фиксированного диапазона частот. Устройство для осуществления способа содержит в своем составе не менее двух генераторов частотно-модулированных колебаний, соединенных с объемным резонатором