CS273553B1 - Method of transparent liquid's level height's change measuring - Google Patents

Description

(57) Předmět řešení je určen k velmi přesnému měření změny výšky hladiny průhledné kapaliny pomocí měrného laserového paprsku monochromatického světla. Dosud používané způsoby měření neumožňují měřit výšku hladiny kapaliny s přesností vyšší než - 0,05 mra. Zařízeni k měření výšky hladiny podle dosud používaných metod v některých případech deformují tvar hladiny čidlem, nebo mají pohyblivé mechanické díly, které snižují přesnost měření, zvyšují poruchovost a rychleji se opotřebovávají. Způsob měření využívá rozdílných optických vlastností kapaliny o prostředí nad kapalinou a umožňuje měřit změnu výšky hladiny ka-, paliny bez deformace tvaru hladiny. Měrný laserový paprsek monochromatického světla prochází kolmo hladinou kapaliny a je měřen fázový posun monochromatického světla měrného leserového paprsku, ke kterému dojde změnou optické dráhy při změně výšky hladiny kapaliny.

e*

0Ί

CS 273

CS 273553 31

Vynález se týká způsobu měření změny výšky hladiny průhledné kapaliny pomocí měrného laserového paprsku monochromatického světla, zejména pro velmi přesné měření změny výšky hladiny menší než 1 mm.

Měření změny výšky hladiny kapaliny je v současnosti prováděno například pomocí hladinoměru s plovákem na invarovém drátě, navíjeném na buben. Měřena je délka odvinutí drátu při dosednutí plováku na hladinu. Jinou využívanou metodou je stanovení polohy šroubu s maticí a jehlovým čidlem při jeho kontaktu o elektricky vodivou kapalinou. Dosud používané metody měření výšky hladiny mají nevýhodu v tom, že vlastní čidlo narušuje tvar hladiny kapaliny ve svém okolí vlivem smáčení. Mechanické části hlačinomírů jsou náročné na přesnost výroby, na údržbu a podléhají opotřebení, které má vliv na přesnost měření.

Monochromatičnost laserového paprsku využívá metoda měření fázového posunu monochromatického světla při změně polohy plováku s odražečem. Tato metoda je přesnější než ostatní, ale rovněž u ní dochází k deformaci tvaru hladiny kapaliny. Obdobně je tomu i při měření změny kapacity kondenzátoru při jeho ponořování do kapaliny, přičemž ae využívá rozdílnosti prostředí nad kapalinou o kapaliny jako dielektrika.

Skutečnosti, že laserový paprsek je velmi úzký, a rozdílných hodnot indexu lomu prostředí nad kapalinou a kapaliny využívá metoda šikmého odrazu paprsku na hladině, přičemž je měřena odchylka paprsku způsobená změnou výšky hladiny. Odrazu vln od hladiny využívá metoda, jejíž podstatou je měření časového úseku mezi vysláním s přijetím od hladiny odraženého zvukového signálu.

Všechny dosud používané metody měření mají buc! omezenou přesnost měření do í 0,05 mm, nebo dochází při jejich užití k deformaci hladiny v okolí vlastního čidla.

Uvedené nedostatky odstraňuje předložený způsob měření výšky hladiny průhledné kapaliny pomocí měrného laserového paprsku monochromatického světla podle vynálezu, jehož podstatou je, že se měří fázový posun monochromatického světla měrného laserového paprsku způsobený změnou optické dráhy měrného laserového paprsku pocházejícího kolmo plochou hladiny průhledné kapaliny při změně výšky hladiny průhledné kapaliny při změně výšky hladiny průhledné kapaliny.

Fázový posun monochromatického světla měrného paprsku, způsobený zněnou optické dráhy při změně výšky hladiny, je měřen v celých násobcích základní měrné jednotky, kterou je obvykle jedna osmina vlnové délky monochromatického světla měrného paprsku v prostředí nad kapalinou.

Způsob měření umožňuje například zařízení složené z laserového interferometru a zpětného odrážeČe, upravené tak, že nad hladinou kapaliny je umístěn laserový interferometr a pod hladinou kapaliny je upevněn zpětný odrážeč tak, že měrný paprsek monochromatického světlo vyslaný laserovým interferometrem dopadá kolmo no hladinu kapaliny, prochází kapalinou a odráží se ve zpětném odrážeči.

Prochází znovu kolmo hladinou kapaliny a vstupuje do laserového interferometru.

Označíme vlnovou délku monochromatického světla laserového paprsku v prostředí nad kapalinou a v kapalině A g· Fázový posun monochromatického světla měrného paprsku při změně výšky hladiny kapalinyH je kde je počet měrných jednotek vzdálenosti pro prostředí nad kapalinou, = Λ ^/5. Obdobnou měrnou jednotkou ^2 “ 2^^{8 1ζβ Ζθνέ8ΐ} P^ro kapalinu. Když vyjádříme měřenou změnu výšky hladiny

H jako násobek měrné délky nebo Lg

H = N^.L^/2 = N₂.L₂/2 a protože platí ^Nlf = ¾ - ^N1

CS 273553 Bl potom

Nj ⁼ N^ · Jt g/ ( JL j — Λ 2 * Měřená změna výšky hladiny kapaliny je tedy o ¹

2(—--1) .

ít 2 (I)

Způsob měření podle vynálezu umožňuje měřit výšku hladiny průhledné kapaliny bez narušení tvaru hladiny. Nepoužívá žádné pohyblivé mechanické díly, nevyžaduje tedy náročnou údržbu a nesnižuje se přesnost měření opotřebením.

Příklad

Je třeba určit změnu výšky hladiny vody v nádobě, přičemž prostředím ned hladinou vody je vzduch. Vlnová délka monochromatického světla měrného laserového paprsku ve vzduchu, získaná například nezávislým měřením, je Jl j, = 0,6336.10^-6 mm a ve vodě % 2 ~ 0,4764.10^-6 mm. Údajem laserového interferometru jsou celé násobky měrné jednotky L-j. = yb ]/θ = 0,0792.10^-6 mm. Pokud naměří laserový interferometr při zvýšení hladiny vody N_lf = 302751 měrných jednotek, potom podle rovnice (X) je změna výšky hladiny moderátoru Δ H = 3,02751.10⁵ . 0,0792.10^-6/(2.((0,6336.10^/0,4764.10^-6) - 1)) = 0 0363 mm.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT- VYNÁLEZU

   Způsob měření změny výšky hladiny průhledné kapaliny pomocí měrného laserového paprsku monochromatického světla, vyznačující se tím, že se měří fázový posun monochromatického světla měrného laserového paprsku způsobený změnou optické dráhy měrného laserového paprsku procházejícího kolmo plochou hlediny průhledné kapaliny při změně výšky hladiny průhledné kapaliny.