Способ определения положения границы раздела двух сред Советский патент 1976 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для автоматического измерения положения границы раздела двух сред (в том числе для измерения уровня жидких и сьшучих сред). Известен способ измерения уровня среды в сосуде, состоящий в посылке электрического импульса вдоль электромагнитной линии задержки, вертикально установленной в сосуде так, чтобь она частично была погружена в среду в сосуде (указанная среда вызьшает изменение импеданса линии ниже уровня среды в сосуде), и приеме и выделеиии отраженного импульса, появляющегося на верхнем конце линии задержки, вызванного отражением импульса, распространяющегося вниз по линии, благодаря изменению импенданса линии задержки ниже уровня в сосуде, а также посылке нового импульса вдоль линии задержки при каждом получении и выделении отраженного импульса, появляющегося на верхнем конце линии задержки, и измерегши частоты следования импульсов, которая является мерой уровня среды в сосуде 1. Этот способ характеризуется небольшой точностью измерения, зиачительной нелинейностью зависимости выходного сигнала от уровня контролируемой среды и имеет ограниченную область применения. ЦеЛь изобрете1шя - повышение точиосга измерения, устранение нелинейности зависимости измеряемого временного параметра электрических колебаний от положения границы раздела контролируемых сред. Для этого по предлагаемому способу в качестве зондирующего сигнала используют электромагнитную волну, изменяют знак зондирующей волны на противоположный после каждого приема отраженной волны и измеряют длительность полупериода полученных симметричных прямоугольных колебаний. На фиг. 1 приведены временные диаграммы сигналов в чувствительном элементе при ишользовании в качестве зондирующего сигнала крутого фронта плектромагнитной волны (электрического препарата); на фиг. 2 - форма иапряжения на входе чувствительного элемента. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - первая зондирующая электромапштная волна (перепад напряжения положительного знака), 2 - отраженная электромагнитная волна, 3 - переломленная волна, 4 - вторая зондирующая волна отрицательного знака, посланная после приема

олны 2, 5 - вторая отраже шая волна, 6 - вторая ереломленная волна, 7 - третья зондирующая олна положительного знака, посланная после риема волны 5.

Необходимым условием получеш1я информации с положением границы р здёлэ двузс CJjea, является изменение волнового сопротивления увствительного элемента на границе раздела, т.е. различие электромагнитных параметров- контролируемых сред.

Пусть волновое сопротивление чувствительного элемента изменяется по закону, приведенному на верхнем графике фиг. 1, .TReVI волновое сопротивление первого участка, Wj волновое сопротивление второго участка. Электромагнитную волну 1 полояо1тельного знака с крутым фронтом подают в момент времени t на вход чувствительного элемента (со стороны участка, имеющего большее волновое сопротивление W). При t входной участок линии нашнает заряжаться. В момент t фронт волны 1 подходит к границе. раздела двух сред и происходит перераспределение энергии волны, которое можно представить как расщепление зондирующей волны 1 на отраженную 2 и преломленную 3.

Так как , коэффициент отрюкения отрицателен и полярность отраженной волны 2 противоположна зондирующей 1. Поэтому при t,, происходит частичный разрйд входного участка, линии. В момент tj отраже1шая волна 2 возвращается к входу, и в чувствительный Элемент посылают, новую зондирующую волну 4, уже отрицательного знака.

При распространении, этой волны линия еще больше разряжается (t,). В момент ts часть этой волны отражается от границы раздела с переменой знака и начинается частичньш заряд входного участка линии ().

В момент t4 .отраженная волна 5 возвращается к входу, в .чувствител)ьньй элемент посьшают новую зонди1)ую1Цую волну положительной полярности 7, .к линия снова начинает заряжаться до максимального уровня (.).

В интервале времени 1д напряжение на входе линии равно максимальному значению, а при Ь :. i i2- минимальному. Таким образом, на входе чувствительного элемента образуется последовательность симметричных импульсов напряжения, nq форме--близких- к-п15ямругол)Иым (см.фиг. 2).

Величины временных интервалов

.

прямо пропорциональны длине входного участка чувствительного элемента и используются в качестве меры положения границы разделения двух

сред.

Формула изобретения

Способ определения положения границы раздела двух сред, при котором вдоль отрезка длинной линии, продольная ось которого пересекает границу раздела сред, посылают электрический зондирующий сигнал, принимают сигнал, от Гаженный от неоднородности, вызванной различием импедансрв частей указанного отрезка, заполненных контролируемыми средами, посылают очередной зондирующий сигнал после, каждого приема отраженного

и измеряют времеиной параметр, электрических колебаний, служащий мерой положения (ы раздела контролируемых сред, отличающийся тем, что, с целью повышеиия точиости, в качестве зоидирукндего сигнала использзют электромагнитную волну, изменяют зиак зондирующей волны на противоположный после каждого приема отраженной волны и измеряют длительность полупериода полученных симметричных прямоугольных колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США№ 3695107, кл, 73-290 от 11.08.72. (прототип)