RU2029920C1

RU2029920C1 - Device for determining fluid level in reservoir

Info

Publication number: RU2029920C1
Authority: RU
Inventors: М.Н. Александров; Ю.Д. Жуков; Б.Н. Гордеев; В.А. Половников
Original assignee: Николаевский кораблестроительный институт им.С.О.Макарова
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: device has at least tree sensors 1, pulse generator 2, pulse receiver 3, amplifier 4, digital-analog converter 5, computing unit 6, and indicator 7. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для определения положения границы двух несмешиваемых жидкостей с различной диэлектрической проницаемостью уровня и объема жидкостей в емкостях произвольной формы. The invention relates to techniques for measuring non-electric quantities and can be used to determine the position of the boundary of two immiscible liquids with different dielectric constant level and volume of liquids in containers of arbitrary shape.

Известны устройства для измерения уровней и границ разделения среды (авт.св. N 1527505). Known devices for measuring levels and boundaries of the separation of the medium (ed. St. N 1527505).

Известно также устройство для измерения параметров хранения уровня и температуры, жидкостей и газов различной плотности в резервуаре (Франция N 2624968), содержащее чувствительный элемент в виде линии задержки, генератор и приемное устройство. It is also known a device for measuring the storage parameters of level and temperature, liquids and gases of various densities in a tank (France N 2624968), containing a sensing element in the form of a delay line, a generator and a receiving device.

Недостатками этих устройств являются сложность алгоритма работы схемы, сложность изготовления чувствительного элемента и недостаточная точность измерений. The disadvantages of these devices are the complexity of the algorithm of the circuit, the complexity of manufacturing a sensitive element and the lack of measurement accuracy.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, чувствительный элемент, детектор, усилитель, соединительную линию, при этом чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников (коаксиальных линий). Этот прибор работает по принципу радиоинтерферометрии. Closest to the proposed device is a device containing a sinusoidal voltage generator, a sensing element, a detector, an amplifier, a connecting line, while the sensitive element is made in the form of two conductors isolated from each other (coaxial lines). This device works on the principle of radio interferometry.

К основным недостаткам устройства следует отнести прежде всего измерение уровня только в электропроводящих средах, нелинейность, сложность настройки и эксплуатации, зависимость от температуры, сложную настройку при изменении физических свойств жидкости. The main disadvantages of the device include, first of all, level measurement only in electrically conductive media, nonlinearity, difficulty in setting up and operating, temperature dependence, difficult adjustment when changing the physical properties of the liquid.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров контролируемых сред, повышение точности и надежности устройства, упрощение конструкции, изготовления и эксплуатации всего цикла измерений. The aim of the invention is to expand the range of measured parameters of controlled environments, improving the accuracy and reliability of the device, simplifying the design, manufacture and operation of the entire measurement cycle.

Для этого чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходу высокочастотного импульсного генератора и входу приемника, выход которого подключен к усилителю, который через канал связи подключен к вычислительному устройству, выход которого соединен с индикатором, на котором отображаются данные, показывающие основные параметры уровня границ разделения и объемов несмешиваемых жидкостей с различными диэлектрическими свойствами. For this, the sensitive element is made in the form of two conductors isolated from each other, connected to the output of a high-frequency pulse generator and the input of the receiver, the output of which is connected to an amplifier, which is connected through a communication channel to a computing device, the output of which is connected to an indicator on which data is displayed, showing the main parameters of the level of separation boundaries and volumes of immiscible liquids with various dielectric properties.

С целью обеспечения возможности измерения объемов уровней, разделов несмешиваемых сред в динамических условиях (при колебаниях поверхностей сред) устройство содержит не менее трех чувствительных элементов, расположенных параллельно друг другу и рассредоточенных по объему измеряемой емкости. In order to ensure the possibility of measuring volumes of levels, sections of immiscible media in dynamic conditions (with fluctuations in the surfaces of media), the device contains at least three sensitive elements located parallel to each other and dispersed throughout the volume of the measured capacitance.

Принцип работы устройства заключается в следующем. The principle of operation of the device is as follows.

Два изолированных друг от друга и от внешней среды проводника опускаются в резервуар с несмешиваемыми жидкостями на всю высоту. В эти проводники посылается высокочастотный импульс напряжения. В местах изменения волнового сопротивления проводников (определяется диэлектрическими параметрами внешней среды), посланный импульс отражается. Отраженные импульсы, принимаемые на входе линии, распределены во времени. Время запаздывания отраженного сигнала по отношению к посланному пропорционально расстоянию до неоднородности волнового сопротивления (границы раздела двух сред):
L = 1/2 v t , где L - расстояние от выхода генератора до границы перехода;
v - скорость распределения импульсов в проводниках;
t - время запаздывания отраженного сигнала по отношению к посланному.Two conductors isolated from each other and from the external environment are lowered into the reservoir with immiscible liquids to the full height. A high frequency voltage pulse is sent to these conductors. In places where the wave impedance of the conductors changes (determined by the dielectric parameters of the external environment), the sent pulse is reflected. The reflected pulses received at the input of the line are distributed in time. The delay time of the reflected signal with respect to the sent signal is proportional to the distance to the inhomogeneity of the wave resistance (interface between two media):
L = 1/2 vt, where L is the distance from the generator output to the transition boundary;
v is the distribution velocity of the pulses in the conductors;
t is the delay time of the reflected signal with respect to the sent one.

Коэффициент 1/2 учитывает двойной путь посланного и отраженного сигнала. Количество отраженных импульсов определяется количеством границ раздела сред с различными диэлектрическими свойствами. Coefficient 1/2 takes into account the double path of the sent and reflected signal. The number of reflected pulses is determined by the number of interfaces between media with different dielectric properties.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается тем, что содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходу высокочастотного импульсного генератора и входу приемника, выход которого подключен к усилителю, который через канал связи подключен к вычислительному устройству, выход которого соединен с индикатором, на котором отображаются данные уровня, границ разделения и объемов несмешиваемых жидкостей с различными диэлектрическими свойствами. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized in that it contains a sensitive element made in the form of two conductors isolated from each other, connected to the output of a high-frequency pulse generator and the input of the receiver, the output of which is connected to an amplifier, which is connected to the computational channel through a communication channel a device whose output is connected to an indicator that displays data on the level, separation boundaries and volumes of immiscible liquids with different dielectric their properties.

А в условиях колебания поверхностей сред устройство содержит не менее трех чувствительных элементов, расположенных параллельно друг другу и рассредоточенных по объему измеряемой емкости, и позволит учитывать (рассчитывать) динамические параметры поверхности жидкости. Поэтому это устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". And under conditions of fluctuation of the surfaces of the media, the device contains at least three sensitive elements located parallel to each other and dispersed throughout the volume of the measured capacitance, and will allow you to take into account (calculate) the dynamic parameters of the liquid surface. Therefore, this device meets the criterion of "novelty." Comparison of the invention not only with the prototype, but also with other technical solutions, allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для определения объемов уровней и границ разделения сред; на фиг.2 - расположение во времени посланных и отраженных импульсов соответственно. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for determining the volume levels and boundaries of the separation of media; figure 2 - location in time of the sent and reflected pulses, respectively.

Устройство содержит чувствительный элемент 1 в виде двух изолированных друг от друга проводников, один конец которого подключен к выходу импульсов высокочастотного генератора 2 и входу приемника 3, другой конец опущен в резервуар 8 произвольной формы с несмешиваемыми жидкостями. К выходу приемника 3 подключен усилитель 4, выход которого через каналы 5 связи (аналого-цифровой преобразователь) подключен к блоку вычислений 6, к выходу которого подключен индикатор 7. Канал связи представляет собой быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, блок вычислений может быть реализован на любой ПЭВМ, в которой реализован аналого-цифровой преобразователь. Подробно канал 5 связи и блок вычислений 6, рассмотрены в книге Фигурнова В.Э. IBM РС для пользователя, М: Финансы и статистика, 1991, с. 280. The device contains a sensing element 1 in the form of two conductors isolated from each other, one end of which is connected to the output of the pulses of the high-frequency generator 2 and the input of the receiver 3, the other end is lowered into the tank 8 of arbitrary shape with immiscible liquids. An amplifier 4 is connected to the output of the receiver 3, the output of which through communication channels 5 (analog-to-digital converter) is connected to the computing unit 6, the indicator 7 is connected to its output. The communication channel is a high-speed analog-to-digital converter, the computing unit can be implemented on any PC in which an analog-to-digital converter is implemented. In detail, the communication channel 5 and computing unit 6 are considered in the book by V. Figurnov. IBM PC for the user, M: Finance and Statistics, 1991, p. 280.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Для определения уровня жидкости и границы раздела сред чувствительный элемент 1 опускают в резервуар с контролируемыми средами. Импульс, посланный высокочастотным генератором 2, одновременно принимается приемником 3. На индикаторе это импульс U_o (фиг.2). От этого импульса отсчитываются все остальные координаты по индикатору 7. Первый отраженный импульс U_i (фиг.2) показывает, время t прохождения импульса по чувствительному элементу до поверхности жидкости в резервуаре. В масштабе это определит расстояние от места посылки импульса (выхода генератора) до поверхности жидкости.To determine the liquid level and the interface of the media, the sensitive element 1 is lowered into the tank with controlled environments. The pulse sent by the high-frequency generator 2 is simultaneously received by the receiver 3. On the indicator, this is the pulse U _o (figure 2). From this pulse, all other coordinates are counted by indicator 7. The first reflected pulse U _i (Fig. 2) shows the time t of the pulse passing through the sensitive element to the surface of the liquid in the tank. On a scale, this will determine the distance from the place of sending the pulse (generator output) to the surface of the liquid.

Второй отраженный импульс U определяет время t прохождения импульса по чувствительному элементу до границы раздела двух жидкостей II и III от поверхности жидкости. В масштабе это определяет расстояние от места включения генератора до границы раздела сред. Параметр t определяет время прохождения импульса от поверхности жидкости до границы разделения сред. В масштабе это определяет расстояние от поверхности жидкости до границы разделения сред. The second reflected pulse U determines the time t of the pulse passing through the sensitive element to the interface between two liquids II and III from the surface of the liquid. On a scale, this determines the distance from the place where the generator is turned on to the interface. The parameter t determines the propagation time of the pulse from the surface of the liquid to the interface between the media. On a scale, this determines the distance from the surface of the liquid to the interface between the media.

Блок вычислений 6 по импульсам U_o, U₁, U₂,..., U_n (где N - число и порядковый номер разделов сред считая от разделения воздух-жидкость) рассчитывает все параметры хранения жидкостей: объем, высоту, количество слоев раздела. Верхний уровень каждой из несмешиваемых жидкостей определяется по формуле
h_i = 1/2v(t) - t_i, где i = 1...N, а ее объем по формуле
v_i = F(h_i; h) , где F - тарировочная функция.The unit of calculations 6 for pulses U _o , U ₁ , U ₂ , ..., U _n (where N is the number and serial number of media sections counting from the air-liquid separation) calculates all parameters of the storage of liquids: volume, height, number of layers of the section . The upper level of each of the immiscible liquids is determined by the formula
h _i = 1 / 2v (t) - t _i , where i = 1 ... N, and its volume by the formula
v _i = F (h _i ; h), where F is the calibration function.

Суммарный объем определяется как сумма
V=

V_i, i=1...N ..The total volume is defined as the sum
V =

V _i , i = 1 ... N ..

Предлагаемое устройство наибольший эффект может дать при применении в нефтехранилищах, стационарных и особенно автономных, где возможно попадание посторонних жидкостей. The proposed device can have the greatest effect when used in oil storage facilities, stationary and especially autonomous, where foreign liquids may enter.

Погрешность отсчета составляет не более 0,5%. The reading error is not more than 0.5%.

Claims

A DEVICE FOR DETERMINING A LIQUID LEVEL IN A RESERVOIR, containing a sensitive element made in the form of two conductors isolated from each other, connected to the output of the generator and the input of the receiver, the output of which is connected to the input of the amplifier, and an indicator, characterized in that at least two sensitive elements located at different levels and connected to the output of the generator and the input of the receiver, and serially connected analog-to-digital Converter and the computing unit connected to the input indicator pa, wherein the input analog-to-digital converter connected to the amplifier output and the transmitter and receiver pulse executed.