Способ измерения уровня Советский патент 1982 года по МПК G01F23/284 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

1

Изобретение относится к радиоволновым способам измерения уровня и может быть использовано в сельском хозяйстве для контроля положения машин и их рабочих органов относительно поверхности почвы.

Известны радиоволновые способы измерения уровня сред путем воздействия на них электромагнитными волнами и последующей регистрации распределения поля стоячей волны 1 .

Недостатками указанных устройств являются необходимость механических перемеще-, НИИ измерительных устройств, волноводной системы и высокая предельная погрешность определения текущего значения контролируемого уровня,равная Л/4 или Х/2, где .А. - длина волны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения уровня по напряженности поля между соседними экстремумами стоячей волны 2.

В известном способе в интервале между соседними экстремумами, расположенными на расстоянии Л/4 друг от друга, имеются участки линейных зависимостей между напряженностью поля Е и уровнем h.

Недостатком известного способа яв.-1ЯС1ся то, что крутизна упомянутых участков зависит от свойств контролируемой среды, а конкретно - пропорциональна модулю коэффициента отражения И/ волн от поверхности уровня, что приводит к оншбкам в измерении уровня сред, параметры которых изменяются в технологическом процессе.

Цель изобретения - повышение точности определения уровня за счет исключения влияния изменений модуля коэффициент;:

10 отражения.

Поставленная цель достигается тем. что в способе измерения уровня сред путем воздействия на них электромагнитными во.чнами и последующей регистрации напряженности поля стоячей волны, изменяют длину вол15ны, сравнивают напряженность поля стоячей волны с напряженностью поля в отсутствии облучаемой среды, определяют длину волны, при которой упомянутые напряженности совпадают, и по результату судят

20 об уровне.

На фиг. 1 даны кривые 1 и 2, которые изображают зависимость напряженности Е поля стоячей волны от уровня h в еднницах л при двух значениях модулой коэф(|j;iiUi€i,TOH (Л ряжения, соответственно, /з i / и /За (/3i/ больше /За/); на фиг.2 - крииыс Г, 6 зяБисимости E(h) при четырех значениях Х (возрастающих с номером кривых) и соответствующих им, величинах напряженностей Е™ЕО отсутствии отражаюн1ей среды, кривой 7 - зависимость Е(Л) |ри фиксированном значении h,равном ho, кривой 8 зависимость ЕО (Л ); на фиг. 3 - б;1ок-схема уровнемера, реализующего предлагаемый способ. Уровнемер (фиг. 3) содержит задающий генератор 9, измерительный преобразовател) 10, приемно-передающую антенну II; поверхность 12 уровня, функциональные преобразователи 13 и 14, устройство 15 сравнения. При облучении поверхности среды нормальными к ней волнами распределение напряженности поля стоячей волны в зависимости от уровня имеет вид (фиг. 1). С увеличением h кривые Е (ИД) осциллируют с затуханием вокруг значения напряженноети ЕО. которая была бы в отсутствии отражающей среды. Для обширного класса сред на частотах вьине 100 МГц изменения электрических свойств сказываются на из.менении /3/, в то время как фаза коэффициента отражения t изменяется незначительно. Кроме того, во .многих случаях tf близко к Я. Например, для почвы на частоте 500 МГц в диапазоне изменения полевой влажности 10 -300/0 /3/ изменяется от 0,4 до 0,6, а cf от 176° до 178°. В результате непостояпства электрических свойств среды Е зависит не только от h, но и от /3/, что ограничивает область применения прототипа средами, для которых значение /3/ постоянно,в частности для зеркального отражателя /2/ 1, или изменяется незначительно. Предлагае.мый способ измерения основан на однозначной связи .между положениями уровня и длиной волны в случае равенства папряжеппостей E(ho/io) Eodo)(1) Эта связь имеет вид ho Ao( 4Г)- Т 0.1,2,.., В случае, если cf изменяется мало ho КАо(2) где К -- константа. Для сред, у которых tp близко к л, эта константа не зависит от свойств среды. Пусть значение уровня составляет ho (фиг. 2). Тогда при непрерывно.м увеличении Я изменяется картина распределения поля стоячей волны, последовательно изображенная кривы.ми 3 --6; поле стоячей волны Е(А) в точке ho - - по кривой 7; значение ЕО (А) - по кривой 8. Для некоторой длины волны АО достигается равенство (1). В этом случае АО определяет искомый уровень ho в масштабе (2), Натуральное число h, входящее в К, опрСлТеляется из конструктивных соображений. Однозначное определение уровня осуществляется в интервале Л/4. Необходимое для этого относительное изменение длины волны раво 1/п. При больщих h малые из.менения Л приводят к значительно.му смещению распределения поля, тогда как ЕО меняется мало,а дисперсия свойств практически отсутствует. Устройство по предлагаемому способу (фиг. 3) работает следующим образо.м. Под воздействием периодического, например пилообразного напряжения U(t) задающего генератора 9, изменяется длина волны Л(1) измерительного преобразователя 10, приемно-передающая антенна 11 которого облучает поверхность среды 12 с уровне.м h. В результате на выходе из.мерительного преобразователя 10 формируется сигнал в виде сложной функции времени t (t) . Одновременно напряжение генератора 9 подается на функсшональные преобразователь 13, воспроизводящий функцию X(t), и преобразователь 14, на выходе которого формируется сигнал в функции t f((t) . Сигналы преобразователей 10 и 14 сравниваются в устройстве 15. В момент to, когда упомянутые сигналы равны, устройство 15, воздействуя на функциональный преобразователь 13, фиксирует значение Л (to), которое при градуировке 2 определяет величину уровня h. Функции .(t) и ЕО (Л ) определяются экспериментально для конкретного измерительного преобразователя, в частности при больших п, когда необходимые изменения А малы, можно осуществить линейную зависимость A(t), а ЕО - считать константой. Предлагаемый способ позволяет контролировать уровень сред в интервале его изменения шириной А /4 независимо от /3/, при условии, что ср изменяется .мало. Например, при длине волны 0,6 м (частоте 500 МГц) диапазон измерения составляет 15 см, что достаточно для копирования профиля поверхности почвы рабочими органами корнеклубнеуборочных и почвообрабатывающих машин, сощниками сеялок и в ряде других случаев. Формула изобретения Способ измерения уровня, основанный на излучении электромагнитных волн в направлении контролируемого материала и последующей регистрации напряженности поля стоячей волны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения влияния непостоянства коэффициента отражения, изменяют длину волны, сравнивают напряженность поля стоячей волны с напряженностью поля в отсутствии облучаемой среды, определяют длину волны, при

которой упомянутые напряженности совпадают, и по результату судят об уровне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР № 433353, кл. G 01 F 23/28, 1971.

2. Брандт А. А. Исследования диэлектриков на сверхвысоки.ч частотах.М., Физметгиз, 1963, с. 310 (прототип).

Е :

0,5

0.25

П/А

0,75 Фиг 1

: $S § :§:$% $ фиг, J