RU2017076C1

RU2017076C1 - Device for measuring level of liquid media

Info

Publication number: RU2017076C1
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Мухтаров; В.Р. Грунвальд; В.Э. Шмидт; А.Я. Бакланов; В.И. Вакулин; В.И. Настека
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: properties of microwave electromagnetic waves in waveguide are used, when the waveguide is lowered into liquid medium, which communicates with capillary which have open ends; the capillary is built up into the waveguide along its length. Electromagnetic waves interacts with liquid in capillary, then they reflect from closed end of the waveguide. Level is judged from amplitude of reflected wave. EFFECT: improved precision; improved sensitivity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения уровня различных жидких сред в емкостях. The invention relates to techniques for measuring the level of various liquid media in containers.

Цель изобретения - повышение точности определения уровня жидких сред. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the level of liquid media.

На чертеже представлена структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of a device.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, ферритовый циркулятор 2, волновод 3, детекторную секцию 4, капилляр 5, пластину 6, замыкающую волновод, контейнер 7 с жидкой средой 8. The device comprises a microwave generator 1, a ferrite circulator 2, a waveguide 3, a detection section 4, a capillary 5, a plate 6, a closing waveguide, a container 7 with a liquid medium 8.

СВЧ-генератор 1 и детекторная секция 4 соединены через циркулятор 2 с волноводом 3, в котором помещен капилляр 5. Конец волновода закорочен крышкой 6 и помещен в контролируемую жидкую среду 8, ограниченную величиной емкости. The microwave generator 1 and the detector section 4 are connected through a circulator 2 to a waveguide 3 in which a capillary is placed 5. The end of the waveguide is shorted by a cover 6 and placed in a controlled liquid medium 8, limited by the size of the capacitance.

Устройство работает следующим образом. Непрерывные колебания СВЧ-генератора 1 через циркулятор 2 поступают в волновод 3, в котором при взаимодействии с контролируемой жидкостью в капилляре 5 часть энергии СВЧ-сигнала поглощается как при зондировании, так и при отражении от короткозамкнутого конца волновода волны. Отраженная волна поступает через циркулятор 2 на детекторную секцию 4, где производится измерение уровня СВЧ-сигнала. The device operates as follows. Continuous oscillations of the microwave generator 1 through the circulator 2 enter the waveguide 3, in which, when interacting with the controlled liquid in the capillary 5, part of the microwave signal energy is absorbed both during sounding and reflection from the short-circuited end of the waveguide. The reflected wave enters through the circulator 2 to the detector section 4, where the level of the microwave signal is measured.

Величина напряженности электрического поля, определяющей величину амплитуды электромагнитной волны в волноводе уровнемера в любой точке оси z, может быть описана уравнением:
E_z= E_o˙e^βz(1) где z - координата по направлению распространения волны в волноводе;
E_z - напряженность в данной точке;
Е_о - напряженность поля для z = 0;
β - коэффициент затухания.The magnitude of the electric field, which determines the magnitude of the amplitude of the electromagnetic wave in the waveguide of the level gauge at any point on the z axis, can be described by the equation:
E _z = E _o ˙e ^βz (1) where z is the coordinate along the direction of wave propagation in the waveguide;
E _z is the tension at a given point;
E _o - field strength for z = 0;
β is the attenuation coefficient.

На отрезке волновода от 0 до z на длине l коэффициент затухания чрезвычайно мал, так как он определяется затуханием в воздухе и в пустом диэлектрическом капилляре (β_возд≈β_{диэлек.}≈0,001...0,0001).In the segment of the waveguide from 0 to z at a length l, the attenuation coefficient is extremely small, since it is determined by the attenuation in air and in an empty dielectric capillary (β _air ≈β _dielectric. ≈0.001 ... 0.0001).

На отрезке волновода от z до z₁ на длине l₁ коэффициент затухания электромагнитной волны большой, так как эта часть диэлектрического капилляра заполнена поглощающей жидкостью ( β_ж≈ 2...5). Коэффициент поглощения воздуха и диэлектрического капилляра 5, очень незначителен, т.е. β_ж>>β_возд.+β_{диэлект.кап.} и затуханием в части волновода, где капилляр пуст, пренебрегаем.On the waveguide segment from z to z ₁ at a length l _1, the attenuation coefficient of the electromagnetic wave is large, since this part of the dielectric capillary is filled with an absorbing liquid (β _w ≈ 2 ... 5). The absorption coefficient of air and dielectric capillary 5 is very small, i.e. β _W >> β _air. + β _dielectric and attenuation in the part of the waveguide, where the capillary is empty, is neglected.

Таким образом, при распространении электромагнитной волны вдоль волновода с капилляром 5 затухание будет значительным только в той части, где имеется капилляр 5, заполненный жидкостью, уровень которой соответствует уровню жидкости в волноводе. Thus, when an electromagnetic wave propagates along a waveguide with capillary 5, the attenuation will be significant only in that part where there is a capillary 5 filled with a liquid whose level corresponds to the liquid level in the waveguide.

E_z=E_o˙e^-βж^˙l1 (2)
Выражение (2) будет соответствовать значению амплитуды зондирующей электромагнитной волны, дошедшей до короткозамыкающей пластины 6, расположенной на конце волновода 3.E _z = E _o ˙e- ^β w ^˙l 1 (2)
Expression (2) will correspond to the value of the amplitude of the probing electromagnetic wave that has reached the short-circuiting plate 6 located at the end of the waveguide 3.

Волна, отразившись от этой пластины, вновь уходит в волновод. Ее амплитуда в точке z равна
E_omp=(E_o˙e^-βж^˙l1)˙e^-βж^˙l1
E_omp=E_z˙e^-βж^˙l1=(E_o˙e^-βж^˙l1)e^-βж^˙l1=E_oe^-2βж^l.
Следовательно, амплитуда отраженной волны будет обратно пропорциональна уровню жидкости в капилляре (т.е. в резервуаре). Капилляр 5 волновода нижним концом сообщается с жидкой средой у дна емкости, а верхний его конец выводится в начале волновода, при этом капилляр и емкость являются сообщающимися сосудами.The wave, reflected from this plate, again goes into the waveguide. Its amplitude at z is
E _omp = (E _o ˙e- ^β w ^˙l 1) ˙e ^-β w ^˙l 1
E _omp = E _z ˙e ^-β Ж ^˙l 1 = (E _o ˙e ^-β Ж ^˙l 1) e ^-β Ж ^˙l 1 = E _o e ^-2β Ж ^l.
Consequently, the amplitude of the reflected wave will be inversely proportional to the liquid level in the capillary (i.e., in the reservoir). The capillary 5 of the waveguide with its lower end communicates with the liquid medium at the bottom of the tank, and its upper end is displayed at the beginning of the waveguide, while the capillary and capacity are communicating vessels.

Детектора секция 4 является регистратором амплитуды и в зависимости от ее величины градуируется в единицах уровня. The detector section 4 is an amplitude recorder and, depending on its magnitude, is graduated in level units.

Claims

DEVICE FOR DETERMINING THE LIQUID OF MEDIUM MEDIA, containing a receiving-emitting unit connected to a waveguide mounted along the direction of change of the level of the measured medium, characterized in that, in order to improve accuracy, the waveguide is made in the form of a pipe with an open end dielectric capillary along the length, one end which is connected to the receiving-emitting unit, and the second end of the waveguide is made short-circuited.