RU2071596C1 - Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation - Google Patents

Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2071596C1
RU2071596C1 SU5030532A RU2071596C1 RU 2071596 C1 RU2071596 C1 RU 2071596C1 SU 5030532 A SU5030532 A SU 5030532A RU 2071596 C1 RU2071596 C1 RU 2071596C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
radiation
liquid
tank
depth
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Федодеев
Original Assignee
Валерий Иванович Федодеев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Иванович Федодеев filed Critical Валерий Иванович Федодеев
Priority to SU5030532 priority Critical patent/RU2071596C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2071596C1 publication Critical patent/RU2071596C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: self-sufficient single-use probe having temporary buoyancy, provided with energy content and emitting radiation and desk which is receiver of radiation and calculator of sought-for values are provided for measurement of depth of reservoirs and level of liquid. For implementation of method probe is thrown into reservoir, time of start of its movement and moments of change of radiation parameter related to reach by probe of level of liquid and/or bottom of reservoir are registered, time intervals spent for fall and submersion of probe and transmission of radiation in medium are found and sought-for values are calculated in compliance with number of changes of radiation parameter by specific formulas. Designs of device for realization of method in general case and in case of examination of reservoir with optically transparent liquids are described in formula of invention. EFFECT: improved authenticity of method, enhanced functional efficiency of device for its implementation. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике дистанционных измерений расстояний в газообразных и жидких средах до границ их раздела и границы раздела с твердой фазой. Оно может найти применение в химической и нефтяной промышленности, в геологии, в горном деле (например, при обследовании вертикальных взрывных скважин) и в других отраслях хозяйства в тех случаях, когда требуются экспрессные единичные измерения глубины резервуаров и уровня жидкостей с помощью портативной переносной аппаратуры с малыми затратами энергии. The invention relates to techniques for remote measurements of distances in gaseous and liquid media to their interfaces and interfaces with the solid phase. It can find application in the chemical and oil industries, in geology, in mining (for example, when examining vertical blast holes) and in other sectors of the economy in those cases where rapid single measurements of tank depth and liquid level are required using portable portable equipment with low energy costs.

Известны способы и устройства для определения уровня жидкостей и сыпучих сред в различных технологических и природных вместилищах (баках, бункерах, скважинах, естественных водоемах и т.п.), для измерения глубины и обследования состояния поверхностей подобных резервуаров, а также для совместного решения таких задач, в частности определения положения забоя скважины и уровня в ней воды или другой жидкости. Указанные способы и устройства подразделяются на два основных вида: контактные, в основу которых положено измерение расстояний с помощью приспособлений, опускаемых (вводимых) в резервуар и имеющих длину, большую или равную его глубине, и бесконтактные (дистанционные), в которых измерительные операции сводятся к регистрации и обработке испускаемого устройством и отраженного от границ раздела фаз (от поверхности жидкости или дна и стенок резервуара) излучения. Known methods and devices for determining the level of liquids and granular media in various technological and natural containers (tanks, bunkers, wells, natural reservoirs, etc.), for measuring depth and examining the surface condition of such tanks, as well as for joint solution of such problems , in particular determining the position of the bottom of the well and the level of water or other liquid in it. These methods and devices are divided into two main types: contact, which is based on measuring distances using devices that are lowered (inserted) into the tank and having a length greater than or equal to its depth, and non-contact (remote), in which measuring operations are reduced to registration and processing of the radiation emitted by the device and reflected from the phase boundaries (from the surface of the liquid or the bottom and walls of the tank).

Например, для измерения уровня жидкости и глубины (положения забоя) скважин используют устройство, обладающее временной плавучестью, пустотелые баллоны с отверстиями и клапаном [1] Это устройство опускают в скважину на тросе, длина которого заведомо больше глубины скважины и контролируется в процессе сматывания с барабана лебедки. В моменты достижения уровня жидкости и, затем, забоя скважины происходит ослабление натяжения троса, что служит сигналом для снятия отсчета длины троса, то есть для определения искомых величин. Подобное устройство позволяет за один спуск его в резервуар (скважину) измерить уровень жидкости и расстояние до дна (забоя). Однако оно обладает и недостатками, такими как громоздкость и сложность контактной системы, включающей спускаемый аппарат, трос, лебедку и т.п. необходимость больших затрат и времени на спуско-подъемные операции и т.д. For example, to measure the liquid level and depth (bottomhole position) of wells, a device with temporary buoyancy is used, hollow cylinders with holes and a valve [1] This device is lowered into the well on a cable whose length is obviously greater than the depth of the well and is controlled during reeling from the drum winches. At the moments when the liquid level is reached and, then, the bottom of the well, the cable tension is weakened, which serves as a signal for taking the cable length count, that is, for determining the desired values. Such a device allows for one descent into the tank (well) to measure the liquid level and the distance to the bottom (bottom). However, it also has drawbacks, such as the bulkiness and complexity of the contact system, including the descent vehicle, cable, winch, etc. the need for large expenditures and time for hoisting operations, etc.

В бесконтактных способах и устройствах для определения уровня жидких и сыпучих сред в резервуарах, измерения глубины и обследования состояния последних применяются различные по своей природе излучения электромагнитные в СВЧ или оптическом диапазоне, акустические и т.п. In non-contact methods and devices for determining the level of liquid and granular media in tanks, measuring depth and examining the state of the latter, electromagnetic radiation of a different nature in the microwave or optical range, acoustic, etc., are used.

Известно, например, акустическое устройство [2] которое позволяет путем измерения интервалов времени от момента посылки зондирующего импульса до момента прихода отраженных сигналов, а также путем анализа формы и полярности этих сигналов определять глубину скважин, наличие и вид дефектов на их стенках. С помощью такого устройства можно без введения в объект измерительных приспособлений, т. е. бесконтактно, весьма быстро и точно решать указанные задачи, однако при этом требуется посылка достаточно мощных зондирующих импульсов, что сопряжено с большими затратами и, как следствием этого, с использованием относительно громоздкой и массивной аппаратуры. Наряду с этим устройство не защищено от помех (случайных акустических импульсов, возникающих в земной коре при разгрузке напряжений) и не позволяет определять глубину скважины при наличии в ней жидкости, так как зондирующее излучение частично отражается от поверхности раздела жидкость/воздух, частично проходит через нее и далее практически полностью поглощается. It is known, for example, an acoustic device [2] which allows by measuring the time intervals from the moment of sending a probe pulse to the moment of arrival of reflected signals, as well as by analyzing the shape and polarity of these signals to determine the depth of the wells, the presence and type of defects on their walls. With the help of such a device, it is possible to solve the indicated problems without introducing measuring devices into the object, that is, contactlessly, very quickly and accurately, but this requires the sending of sufficiently powerful probe pulses, which is associated with high costs and, as a result, using relatively bulky and massive equipment. In addition, the device is not protected from interference (random acoustic impulses that occur in the earth's crust during stress unloading) and does not allow determining the depth of the well in the presence of fluid, since the probe radiation partially reflects from the liquid / air interface, partially passes through it and then almost completely absorbed.

Известные способы и устройства, работающие на принципе локации электромагнитных волн в диапазоне СВЧ [3] имеют гораздо лучшую защиту от помех, т. к. посторонние сигналы в этом диапазоне волн в большинстве случаев отсутствуют. Помехами, например при определении уровней жидкости, могут служить лишь отраженные от неровностей поверхности резервуара волны. К недостаткам таких устройств относится то обстоятельство, что с их помощью можно определять только относительные изменения уровня, если в них не предусмотрены специальные приспособления, в частности калибровочные каскады, как это сделано в [3] Введение калибровочных приспособлений усложняет конструкцию устройств, увеличивают их габариты и массу. Однако, основным фактором, от которого зависят подобные характеристики аппаратуры, является необходимость применения мощного зондирующего излучения. Так же как и акустические, СВЧ-уровнемеры не позволяют определять глубину резервуаров при наличии в них жидкости. Known methods and devices operating on the principle of location of electromagnetic waves in the microwave range [3] have much better protection against interference, since there are no extraneous signals in this wave range in most cases. Interference, for example, when determining liquid levels, can only be reflected from the surface roughness of the reservoir wave. The disadvantages of such devices include the fact that they can only be used to determine relative changes in level if special devices are not provided for them, in particular calibration cascades, as was done in [3]. Introduction of calibration devices complicates the design of devices, increases their dimensions and mass. However, the main factor on which such characteristics of the equipment depend is the need to use powerful probe radiation. As well as acoustic, microwave level meters do not allow to determine the depth of the tanks in the presence of liquid.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ измерения уровня, приведенный в [4] Так же как и в [3] в этом способе применяется принцип локации электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне, но получаемая интерференционная картина изменяется во времени, т. к. используются "обратные" волны, отраженные не границами (дном) резервуара или заполняющей его жидкости, а падающим пассивным отражателем. Число интерференционных экстремумов, возникающих при падении отражателя, пропорционально глубине падения, поэтому данный способ позволяет определить искомое расстояние (глубину, уровень) непосредственно, без калибровочных и т.п. приспособлений. Помехозащищенность такого принципа измерений на много выше, т. к. отраженные от неподвижных границ волны дают неизменную во времени интерференционную картину, не влияющую сколько-нибудь заметно на результаты определения искомых величин. Однако этот способ, как и все другие, описанные выше, сопряжен с большими энергозатратами. Это связано с тем, что при прохождении пути от приемопередатчика до отражающей поверхности и обратно излучение дважды рассеиваются и поглощается и достигает смесителя весьма ослабленным, поэтому для надежного получения интерференционной картины необходимо и многократно усиливать принимаемый сигнал либо увеличивать мощность зондирующего излучения. И то, и другое приводит к увеличению энергопотребления, массы и габаритов аппаратуры. Кроме того, как и другие способы, основанные на эхо-локации, он не позволяет определять глубину резервуаров, содержащих жидкость, т.к. зондирующее частично отражается поверхностью жидкостью, частично в ней поглощается. The closest in technical essence to the described invention is the level measurement method described in [4]. Like in [3], this method applies the principle of electromagnetic radiation location in the microwave range, but the resulting interference pattern changes over time, because “backward” waves are used, reflected not by the boundaries (bottom) of the reservoir or the liquid filling it, but by the incident passive reflector. The number of interference extrema that occur when the reflector falls is proportional to the depth of the fall, so this method allows you to determine the desired distance (depth, level) directly, without calibration, etc. fixtures. The noise immunity of this measurement principle is much higher, because the waves reflected from the fixed boundaries give an invariable interference pattern over time, which does not affect the results of determining the desired quantities. However, this method, like all others described above, is associated with large energy costs. This is due to the fact that when passing the path from the transceiver to the reflecting surface and back, the radiation is scattered twice and absorbed and reaches the mixer very attenuated, therefore, in order to reliably obtain the interference pattern, it is necessary to amplify the received signal or increase the power of the probe radiation many times. Both that, and another leads to increase in energy consumption, the mass and dimensions of the equipment. In addition, like other methods based on echo location, it does not allow determining the depth of reservoirs containing liquid, because the probe is partially reflected by the surface of the liquid, partially absorbed in it.

Целью изобретения в части, касающейся способа, является дистанционное получение информации об уровне жидкости и глубине резервуара в одном измерительном цикле и сокращение затрат энергии и времени на осуществление процедуры определений искомых величин. При этом ставится задача разработать такой способ, можно было бы реализовать с помощью портативных переносных измерительных средств в случае, когда требуются единичные определения глубины и уровня, например, при обследовании вертикальных взрывных скважин. The aim of the invention in terms of the method is to remotely obtain information about the liquid level and the depth of the tank in one measuring cycle and reduce the cost of energy and time for the implementation of the procedure for determining the desired values. At the same time, the task is to develop such a method, it could be implemented using portable portable measuring tools in the case when single definitions of depth and level are required, for example, when examining vertical blast holes.

Поставленная цель достигается тем, что зондирования, включающего запуск (сбрасывание) зонда в направлении дна или граничной поверхности жидкости, прием и обработку излучения, применяют, в отличие от известных решений, не длинномерные мерительные приспособления [1] или отражаемые границами объекта [2, 3] или пассивными отражателями [4] излучения, а обладающий временной плавучестью, снабженный запасом энергии и испускающий излучение автономный зонд одноразового использования. При запуске фиксируют момент начала движения зонда и далее момента изменений параметра испускаемого им излучения, связанных с достижением зондом уровня жидкости и/или дна резервуара. После этого находят интервалы времени, затрачиваемого на падение и погружение зонда и прохождение излучения в среде, и рассчитывают искомую глубину и уровень в соответствии с числом изменений параметра излучения по формулам:
L=X (1)
при изменении параметра излучения один раз (резервуар без жидкости),
L=X+h (2)
при изменении параметра излучения три раза или более (резервуар с жидкостью),

Figure 00000002

при Vu>V,
Figure 00000003

при Vu≈V,
Figure 00000004

где L глубина резервуара;
X уровень жидкости или отметка дна пустого резервуара, отсчитываемые от точки старта зонда;
h высота столба жидкости в резервуаре;
m масса зонда;
mo= βVρo присоединенная масса;
α эмпирический коэффициент, учитывающий аэро- и гидродинамические качества зонда и свойства среды;
b численный коэффициент, зависящий от геометрической формы зонда;
V объем зонда;
ro плотность среды, в которой движется зонд;
ρ средняя плотность вещества зонда;
V скорость движения зонда;
Vн скорость распространения излучения в среде;
g ускорение свободного падения;
T, T1=const время изменения регистрируемого параметра излучения при достижении зондом границ раздела газ/жидкость, газ/твердое тело (T), или жидкость/твердое тело (Т1);
TΣ= tи1-t0;
t0 момент запуска зонда;
tи1 момент регистрации первого изменения параметра излучения, сигнализирующего о достижении зондом уровня жидкости или дна пустого резервуара;
TΣ1= tиз-tи2;
tи2 момент регистрации второго изменения параметра излучения, сигнализирующего о начале погружения зонда в жидкость;
tи3 момент регистрации третьего изменения параметра излучения, сигнализирующего о достижении зондом дна резервуара с жидкостью.This goal is achieved by the fact that sensing, including launching (dropping) the probe in the direction of the bottom or the boundary surface of the liquid, receiving and processing radiation, is used, in contrast to the known solutions, not long measuring devices [1] or reflected by the boundaries of the object [2, 3 ] or passive reflectors [4] of radiation, but having a temporary buoyancy, equipped with a reserve of energy and emitting radiation, a stand-alone disposable probe. At start-up, the moment of the beginning of the probe’s movement and then the moment of the change in the parameter of the radiation emitted by it associated with the probe reaching the liquid level and / or the bottom of the tank is recorded. After that, find the intervals of time spent on the fall and immersion of the probe and the passage of radiation in the medium, and calculate the desired depth and level in accordance with the number of changes in the radiation parameter by the formulas:
L = X (1)
when changing the radiation parameter once (tank without liquid),
L = X + h (2)
when changing the radiation parameter three times or more (reservoir with liquid),
Figure 00000002

for V u > V,
Figure 00000003

at V u ≈V,
Figure 00000004

where L is the depth of the tank;
X fluid level or bottom mark of the empty tank, measured from the starting point of the probe;
h the height of the liquid column in the tank;
m is the mass of the probe;
m o = βVρ o added mass;
α empirical coefficient taking into account the aerodynamic and hydrodynamic qualities of the probe and the properties of the medium;
b is a numerical coefficient depending on the geometric shape of the probe;
V probe volume;
r o the density of the medium in which the probe moves;
ρ is the average density of the probe substance;
V is the speed of the probe;
V n the speed of propagation of radiation in the medium;
g acceleration of gravity;
T, T 1 = const the time of change of the registered radiation parameter when the probe reaches the gas / liquid, gas / solid (T), or liquid / solid (T 1 ) interfaces;
T Σ = t and 1 -t 0 ;
t 0 probe start time;
t and 1 moment of registration of the first change in the radiation parameter, signaling that the probe has reached the liquid level or the bottom of an empty tank;
T Σ1 = t from -t and2 ;
t and 2 the moment of registration of the second change in the radiation parameter, signaling the beginning of immersion of the probe in the liquid;
t and 3 the moment of registration of the third change in the radiation parameter, signaling that the probe reaches the bottom of the reservoir with the liquid.

Совокупность указанных отличительных признаков позволяет получить технические результаты, являющиеся целью изобретения. В частности, дистанционное определение глубины резервуара и уровня жидкости в нем становится возможным благодаря тому, что зонд автономен и запасенная энергия используется для передачи информации о его местоположении с помощью испускаемого излучения. В процессе движения зонд преодолевает весь путь от места старта до дна резервуара независимо от того, есть ли в последнем жидкость, или нет. При этом зонд сигнализирует изменением параметра испускаемого излучения о достижении им в определенные моменты времени границ раздела фаз. Это позволяет определить глубину резервуара и уровень жидкости в рамках одного измерительного цикла. Поскольку зонд движется в резервуаре под действием силы тяжести, затрат энергии на это не требуется. Она расходуется только на испускание зондом излучения, а также на прием и обработку этого излучения на пульте. Поэтому потребление энергии в данном способе существенно меньше чем, например, при использовании контактных устройств со спуско-подъемными операциями, или в эхо-локации. Так как зондирование осуществляется дистанционно, затраты времени на определение искомых величин существенно меньше, чем в контактных способах, и приближаются к затратам времени на эхо-локацию. Небольшое энергопотребление предопределяет возможность создания малогабаритной переносной аппаратуры для осуществления способа, а применение в ее составе одноразового автономного зонда целесообразность использования такой аппаратуры для единичных измерений. The combination of these distinguishing features allows to obtain technical results that are the purpose of the invention. In particular, remote sensing of the reservoir depth and liquid level in it becomes possible due to the fact that the probe is autonomous and the stored energy is used to transmit information about its location using the emitted radiation. During movement, the probe travels all the way from the start to the bottom of the tank, regardless of whether there is liquid in the latter or not. At the same time, the probe signals a change in the parameter of the emitted radiation that it has reached the phase boundaries at certain times. This allows you to determine the depth of the tank and the liquid level in one measurement cycle. Since the probe moves in the tank under the action of gravity, energy is not required. It is spent only on the emission of the probe radiation, as well as on the reception and processing of this radiation on the remote control. Therefore, the energy consumption in this method is significantly less than, for example, when using contact devices with hoisting operations, or in the echo location. Since sounding is carried out remotely, the time spent on the determination of the desired values is significantly less than in contact methods, and closer to the time spent on the echo location. Low power consumption determines the possibility of creating small-sized portable equipment for implementing the method, and the use of a disposable autonomous probe in its composition makes it advisable to use such equipment for single measurements.

Для реализации описанного выше способа и с целью упрощения конструкции, уменьшения массы и габаритов аппаратуры, повышения информативности и точности результатов измерений предлагается использовать устройство, состоящее из пульта с блоком питания и зонда и имеющее следующие отличительные признаки. To implement the method described above and in order to simplify the design, reduce the weight and dimensions of the equipment, increase the information content and accuracy of the measurement results, it is proposed to use a device consisting of a remote control with a power supply and a probe and having the following distinctive features.

Зонд, в отличие от известных устройств [1] выполнен автономным, т.е. не связанным с пультом линиями коммуникаций (кабелем, тросом и т.п.). Кроме того, он является источником излучения, а не пассивным отражателем [4] обладает временной плавучестью и изменяющимся при достижении границ раздела фаз излучением. Эти качества зонда обеспечивается включенными в его состав стартовым приспособлением, энергоносителем или аккумулятором (источником) энергии и связанным с ним функционально преобразователем (излучателем), а также балластной емкостью с отверстиями, поддерживающей зонд на плаву до момента заполнения ее жидкостью. Простота конструкции и невысокая стоимость зонда позволяют применять его как устройство одноразового использования. The probe, unlike the known devices [1], is autonomous, i.e. communication lines not connected to the remote control (cable, cable, etc.). In addition, it is a radiation source, and not a passive reflector [4], has temporary buoyancy and changes when radiation reaches phase boundaries. These qualities of the probe are ensured by the starting device included in its composition, an energy carrier or an accumulator (source) of energy and a functionally convertible transmitter (emitter), as well as a ballast tank with holes, which keeps the probe afloat until it is filled with liquid. The simplicity of the design and the low cost of the probe allow it to be used as a disposable device.

Пульт служит для запуска зонда, осуществляемого практически без энергозатрат, и является пассивной в рамках процесса зондирования частью устройства, выполняющей, помимо указанного, операции приема и преобразования излучения и вычислений, чем отличается от известных устройств [2-4] в состав которых входят передающие рупорные антенны и т.п. то есть элементы, производящие активные операции. Для осуществления указанных функций в состав пульта введены пусковое приспособление, приемный преобразователь излучения, первый усилитель, дифференцирующий каскад, второй усилитель, формирователь импульсов, счетно-анализирующее устройство и цифровой индикатор. Вся электрическая схема выполняется на элементах современной микроэлектроники и техники жидких кристаллов и поэтому обладает малым энергопотреблением. The remote control serves to launch the probe, which is carried out practically without energy consumption, and is a passive part of the device as part of the sensing process, which, in addition to the above, performs the operations of receiving and converting radiation and calculations, which differs from the known devices [2-4], which include transmitting horns antennas, etc. that is, elements that perform active operations. To carry out these functions, the remote control includes a starting device, a radiation receiving transducer, a first amplifier, a differentiating cascade, a second amplifier, a pulse shaper, a counting and analyzing device, and a digital indicator. The entire electrical circuit is performed on the elements of modern microelectronics and liquid crystal technology and therefore has low power consumption.

Указанные отличительные признаки устройства позволяют получить необходимые технические результаты. В частности, за счет временной плавучести удается четко зафиксировать моменты достижения зондом поверхности жидкости и начала его погружения. Способность изменять параметр излучения при достижении зондом границ раздела фаз позволяет использовать излучение для дистанционной передачи информации о местоположении зонда. Совместно оба эти качества зонда дают возможность в одном измерительном цикле определять как уровень жидкости, так и глубину резервуара, т.е. повышают информативность результатов измерений. Кроме того, временная плавучесть позволяет осуществлять погружение зонда в контролируемых условиях, а именно при нулевой начальной скорости, независимо от высоты его падения в жидкость. Выполнение этого условия обеспечивает повышение точности расчетов глубины погружения. These distinctive features of the device allow to obtain the necessary technical results. In particular, due to the temporary buoyancy, it is possible to clearly fix the moments when the probe reaches the surface of the liquid and the beginning of its immersion. The ability to change the radiation parameter when the probe reaches the phase boundary allows the use of radiation to remotely transmit information about the location of the probe. Together, both of these probe qualities make it possible to determine both the liquid level and the depth of the tank in one measurement cycle, i.e. increase the information content of the measurement results. In addition, temporary buoyancy allows the immersion of the probe under controlled conditions, namely at zero initial speed, regardless of the height of its fall into the liquid. The fulfillment of this condition provides an increase in the accuracy of calculations of the depth of immersion.

Автономность зонда и его способность дистанционно передавать информацию о достижении границ раздела фаз упрощает конструкцию, уменьшает массу и габариты аппаратуры в целом, т.к. отпадает необходимость в применении мощных приемо-передающих антенн или спуско-подъемных механизмом и отвечающих их энергопотреблению источников питания. The autonomy of the probe and its ability to remotely transmit information about reaching the phase boundaries simplifies the design, reduces the weight and dimensions of the equipment as a whole, because there is no need to use powerful transmitting and receiving antennas or tripping mechanisms and power sources that correspond to their energy consumption.

Для частного случая измерений в резервуарах с оптически прозрачными жидкостями предлагается использовать устройство со следующими отличительными признаками. For a special case of measurements in tanks with optically transparent liquids, it is proposed to use a device with the following distinctive features.

Зонд выполняется в виде удлиненного вдоль оси тела вращения с изменяющимися в продольном направлении плотностью и диаметром. Центры тяжести масс и объема расположены таким образом, что это, наряду с геометрической формой зонда, обеспечивает при падении устойчивое прямолинейное его перемещение с ориентированной вдоль траектории движения продольной осью, опрокидывание при достижении границ раздела фаз, возвращение к исходной ориентации за счет смещения центра тяжести масс к центру тяжести объема и погружение в жидкость при заполнении ею балластной емкости. Зонд снабжен изготовленным из эластичного материала, открытым с одного из торцов и имеющим на другом торце балластную емкость корпусом, внутрь которого вставлены с натягом элемент питания и подключенный к нему с помощью проводника и изолированного цокольного контакта оптический преобразователь (излучатель). При этом активная часть преобразователя (излучателя) утоплена в корпус и обращена в сторону открытого его торца. Зонд оснащен также стартовым приспособлением, выполненным в виде пружинящего хомута с фиксатором, в нерабочем состоянии зонда надетого на корпус в месте контакта элемента питания и преобразователя (излучателя) и разъединяющего их за счет производимого им поперечного сжатия корпуса с образованием шейки и удлинения вдоль оси вращения. The probe is made in the form of a rotation elongated along the body axis with density and diameter varying in the longitudinal direction. The centers of gravity of mass and volume are arranged in such a way that, along with the geometric shape of the probe, it ensures its steady rectilinear movement with a longitudinal axis oriented along the motion path, tipping over upon reaching the phase boundaries, and returning to the original orientation due to the displacement of the center of mass of gravity to the center of gravity of the volume and immersion in the liquid when it fills the ballast tank. The probe is equipped with a housing made of an elastic material that is open from one of the ends and has a ballast capacity on the other end, into which a power element is inserted with an interference fit and an optical transducer (emitter) connected to it using a conductor and an insulated base contact. In this case, the active part of the transducer (emitter) is recessed into the housing and faces towards its open end. The probe is also equipped with a starting device, made in the form of a spring clamp with a clamp, in the inoperative state of the probe mounted on the housing at the point of contact of the battery and converter (emitter) and disconnecting them due to the transverse compression of the housing with the formation of a neck and elongation along the axis of rotation.

Совокупность этих отличительных признаков обеспечивает оптимальным образом достижение необходимых технических результатов в рассматриваемом частном случае. Это касается упрощения конструкции устройства (зонда), уменьшения его массы и габаритов, повышения информативности и точности результатов измерений. Указанное достигается путем применения в конструкции небольшого числа малогабаритных стандартных элементов и придания зонду свойства менять интенсивность направленного в сторону пульта излучения за счет опрокидывания его на границах раздела фаз. The combination of these distinctive features provides the optimal way to achieve the necessary technical results in this particular case. This applies to simplifying the design of the device (probe), reducing its mass and dimensions, increasing the information content and accuracy of the measurement results. This is achieved by using a small number of small-sized standard elements in the design and giving the probe the ability to change the intensity of the radiation directed towards the remote control by tipping it at the phase boundaries.

На фиг. 1 приведен примерный вид временных диаграмм, которые получаются при реализации предлагаемого способа:
А для интенсивности Iи излучения, испускаемого зондом в направлении пульта;
Б для интенсивности излучения Iп, принимаемого пультом;
В для последовательности импульсов, возникающих на выходе дифференцирующего звена в результате приема и преобразования излучения зонда пультом.
In FIG. 1 shows an exemplary view of time diagrams that are obtained when implementing the proposed method:
And for the intensity I and the radiation emitted by the probe in the direction of the remote control;
B for the radiation intensity I p received by the remote control;
In for a sequence of pulses that occur at the output of the differentiating link as a result of reception and conversion of probe radiation by the remote control.

На фиг. 2 выполнен чертеж зонда, предназначенного для измерений в резервуарах с оптически прозрачными жидкостями. In FIG. 2, a drawing of a probe for measuring in tanks with optically transparent liquids is made.

На фиг. 3 дана блок-схема электрической части пульта. In FIG. 3 is a block diagram of the electrical part of the remote control.

Отдельным блоком показано пусковое приспособление (с изображенным там же зондом), выполняющее в основном функции несущего конструктивного элемента, но включающие и электрическую цепь с контактом запуска устройства. A separate block shows the starting device (with the probe shown in the same place), which mainly performs the functions of the supporting structural element, but also includes an electric circuit with the device start contact.

Реализация способа, например при обследовании резервуаров с оптически прозрачными жидкостями, заключается в следующем. The implementation of the method, for example, when examining tanks with optically transparent liquids, is as follows.

В фиксированный момент времени t0 зонд запускается (сбрасывается) в резервуар в направлении граничной поверхности жидкости. В газовой фазе он движется прямолинейно, испуская в направлении пульта излучение с интенсивностью Iи0. При достижении поверхности жидкости в момент времени t1 (см. фиг. 1, А) зонд частично или полностью погружается в нее, опрокидывается (меняет ориентацию) в момент времени t3 и снова всплывает. Это приводит к быстрому уменьшению до величины I (1) ик интенсивности излучения, направленного в сторону пульта, что фиксируется последним и преобразуется в импульс положительной полярности в момент времени tи1 (фиг. 1, В).At a fixed point in time t 0, the probe is launched (dumped) into the reservoir in the direction of the boundary surface of the liquid. In the gas phase, it moves rectilinearly in the direction of the remote emitting radiation with an intensity I u0. Upon reaching the surface of the liquid at time t 1 (see Fig. 1, A), the probe partially or completely immerses in it, capsizes (changes orientation) at time t 3 and again floats. This leads to a rapid decrease to I (one) ik the intensity of radiation directed towards the remote control, which is last recorded and converted into a pulse of positive polarity at time t and 1 (Fig. 1, B).

Движение зонда в газах и маловязких жидкостях под действием силы тяжести, т.е. падение или погружение, с удовлетворительной точностью описывается уравнением

Figure 00000005

где Х1 расстояние, отсчитываемое от точки старта зонда;
t текущее время.The movement of the probe in gases and low-viscosity liquids under the action of gravity, i.e. falling or immersion, with satisfactory accuracy, is described by the equation
Figure 00000005

where X 1 the distance measured from the starting point of the probe;
t current time.

Уравнение (6) справедливо при больших числах Рейнольдса [5] что имеет место на практике даже в случае, когда зонд начинает погружаться в жидкость с нулевой начальной скоростью. Equation (6) is valid for large Reynolds numbers [5], which is the case in practice even when the probe begins to sink into the liquid at zero initial velocity.

Расчеты показывают, что при движении сферического тела с радиусом 0,5 см, начавшего погружаться в воду с нулевой начальной скоростью и прошедшего в воде расстояние, равное его диаметру (≈1 см), число Рейнольдса составляет Re≈3000. Это условие выполняется как в момент старта зонда, так и в момент начала погружения (в связи с наличием у зонда свойства временной плавучести). Calculations show that during the movement of a spherical body with a radius of 0.5 cm, which began to sink into water at zero initial speed and passed a distance equal to its diameter (≈1 cm) in water, the Reynolds number is Re≈3000. This condition is fulfilled both at the time of the start of the probe and at the moment of the start of the dive (due to the presence of the temporary buoyancy property of the probe).

Для случая падения зонда в газовой фазе уравнение (6) упрощается в нем пренебрегают выталкивающей силой Vρ•g и присоединенной массой mo= βVρo ввиду очень малой их величины, что обусловлено малой плотностью ρo газа Vρo≪ m. Интегрирование такого уравнения при указанном условии (нулевой начальной скорости)

Figure 00000006

приводит к выражению (3) для высоты Х падения зонда в газовой фазе, то есть для уровня жидкости или отметки дна пустого резервуара, отсчитываемых от точки старта зонда.For the case of a probe falling in the gas phase, equation (6) is simplified; the buoyancy force Vρ • g and the attached mass m o = βVρ o are neglected due to their very small value, which is due to the low density ρ o of the gas Vρ o ≪ m. Integration of such an equation under the indicated condition (zero initial velocity)
Figure 00000006

leads to expression (3) for the height X of the fall of the probe in the gas phase, that is, for the liquid level or the bottom mark of the empty tank, counted from the starting point of the probe.

В (7), (8) через t обозначен произвольный момент времени. Соотношение (3) дает точный результат при условии, что скорость Vи распространения излучения в газе много больше скорости V движения зонда (Vи>V), т.е. в том случае, когда в интервал TΣ= tи1-t0 не входит время

Figure 00000007
прохождения излучения пути X. Это имеет место при использовании оптического излучения. При Vи≈V в (3) вводится поправка: из TΣ вычитается Tхи, что после преобразований (3) приводит к трансцендентному уравнению (4) для величины Х.In (7), (8), t denotes an arbitrary time instant. Relation (3) gives an accurate result, provided that the velocity V and the propagation of radiation in the gas are much higher than the velocity V of the probe (V and > V), i.e. in the case when the interval T Σ = t and 1 -t 0 does not include time
Figure 00000007
radiation path X. This occurs when using optical radiation. When V ≈V and (3) a correction: T Σ subtracted from T hee that after transformation (3) yields a transcendental equation (4) for the value of H.

Начиная с момента времени t1 балластная емкость зонда начинает заполняться жидкостью. Этот процесс завершается после всплытия зонда в момент времени t5 и сопровождается обратным его опрокидыванием и началом погружения в момент времени t7 (фиг. 1, А). При обратном опрокидывании зонда интенсивность испускаемого им в направлении пульта излучения быстро возрастает до исходной величины Iи0. Это фиксируется в пульте и преобразуется в импульс отрицательной поляpности в момент времени tи2 (фиг.1, В). По достижении дна резервуара в момент времени t9 зонд снова опрокидывается, при этом вновь быстро уменьшается до величины I (2) ик интенсивность испускаемого в направлении пульта излучения. В пульте это вызывает возникновение импульса положительной полярности в момент времени tи3.Starting from time t 1, the ballast capacity of the probe begins to fill with liquid. This process ends after the probe emerges at time t 5 and is accompanied by its reverse tipping and the beginning of immersion at time t 7 (Fig. 1, A). When the probe is inverted overturning, the intensity of the radiation emitted by it in the direction of the remote control rapidly increases to the initial value I and 0 . This is recorded in the remote control and is converted into a pulse of negative polarity at time t and 2 (Fig. 1, B). Upon reaching the bottom of the tank at time t 9 the probe again capsizes, while again rapidly decreasing to a value of I (2) ik intensity of radiation emitted in the direction of the remote control. In the remote control, this causes the appearance of a pulse of positive polarity at time t and 3 .

Для отыскания глубины h погружения зонда (или высоты столба жидкости в резервуаре) интегрируется уравнение (6) при условиях, аналогичных (7), (8)

Figure 00000008

При этом учитывается, что скорость Vи1 распространения излучений в жидкостях как правило много больше скорости V движения зонда. В результате интегрирования (6) для h получается выражение (5).To find the immersion depth h of the probe (or the height of the liquid column in the tank), equation (6) is integrated under conditions similar to (7), (8)
Figure 00000008

It is taken into account that the velocity V and 1 of the propagation of radiation in liquids is usually much higher than the speed V of the probe. As a result of integration (6) for h, we obtain expression (5).

Искомая глубина L резервуара определяется по формуле (2). В случае пустого (без жидкости) резервуара зонд опрокидывается один раз при достижении дна, поэтому импульсы в моменты времени tи2 и tи3 в пульте не генерируются и при расчетах L полагается h=0, т.е. используется формула (1).The desired depth L of the tank is determined by the formula (2). In the case of an empty (liquid-free) tank, the probe capsizes once upon reaching the bottom, therefore, pulses are not generated at times t and 2 and t and 3 in the control panel and, when calculating L, h = 0, i.e. formula (1) is used.

В зависимости от конструктивных особенностей резервуара, условий места установки пульта и свойств жидкости, находящейся в резервуаре, при реализации способа могут быть использованы излучения различной природы: механические колебания в звуковом или ультразвуковом диапазоне, электромагнитные волны в оптической или иной части спектра и т.п. В связи с этим возможно применение в конструкции зонда и соответствующих преобразователей энергии, ее источников или энергоносителей. Depending on the design features of the tank, the conditions of the installation site of the console and the properties of the liquid in the tank, radiation of various nature can be used when implementing the method: mechanical vibrations in the sound or ultrasonic range, electromagnetic waves in the optical or other part of the spectrum, etc. In this regard, it is possible to use in the design of the probe and the corresponding converters of energy, its sources or energy carriers.

На фиг. 2 представлена конструкция зонда, испускающего электромагнитное излучение в видимой (оптической) части спектра. In FIG. Figure 2 shows the construction of a probe that emits electromagnetic radiation in the visible (optical) part of the spectrum.

Зонд состоит из корпуса 1, выполненного из эластичного материала, например мягкой резины, преобразователя энергии лампы накаливания 2, стартового приспособления, выполненного в виде пружинящего хомута 3 с фиксатором и источника питания (батарейки) 4. Нижняя часть корпуса имеет полое грушевидное утолщение 5 с несколькими отверстиями 6, являющееся балластной емкостью. Пустой (без батарейки и лампы накаливания) корпус представляет собой эластичную трубку с грушевидной расширенной нижней частью. При сборке зонда в трубку с натягом вставляется батарейка с закрепленным на ее корпусе (отрицательном полюсе) гибким электрическим проводником 7 так, что батарейка достигает своим донышком верхней части грушевидного расширения или, при необходимости, частично даже входит в него. Лампа накаливания оборачивается несколькими витками выходящего из трубки проводника и также с натягом вставляется в трубку вплоть до касания ее цокольным контактом положительного полюса источника питания. При этом лампочка загорается и зонд приводится таким образом в рабочее состояние. Для перевода его в нерабочий режим (транспортное состояние) на корпус надевается и затягивается в месте контакта лампочки батарейки пружинящий хомут 3. Хомут пережимает и растягивает тем самым трубку и выводит лампочку из контакта с батарейкой. Лампочка гаснет. При запуске зонда ослабляют хомут, лампочка при этом загорается, зонд высвобождается и начинает падать в резервуар. The probe consists of a housing 1 made of elastic material, such as soft rubber, an energy converter of an incandescent lamp 2, a starting device made in the form of a spring clamp 3 with a clamp and a power source (battery) 4. The lower part of the housing has a hollow pear-shaped thickening 5 with several holes 6, which is the ballast capacity. The empty case (without battery and incandescent lamp) is an elastic tube with a pear-shaped expanded lower part. When assembling the probe, a battery is inserted with an interference fit into the tube with a flexible electrical conductor 7 fixed on its body (negative pole) so that the battery reaches its top part of the pear-shaped extension with its bottom or, if necessary, partially enters it. The incandescent lamp wraps around in several turns of the conductor emerging from the tube and is also tightly inserted into the tube until its base contact touches the positive pole of the power source. In this case, the bulb lights up and the probe is thus brought into working condition. To transfer it to a non-working mode (transport state), a spring clamp 3 is put on and tightened at the place of contact of the battery bulb. The clamp clamps and stretches the tube and thereby removes the bulb from contact with the battery. The light goes out. When the probe is started, the clamp is loosened, the light comes on, the probe is released and begins to fall into the tank.

Плавучесть зонда обеспечивается, когда средняя плотность его вещества ρ меньше плотности жидкости ro. Если средняя плотность вещества источника питания ρo в 2,5 раза превосходит плотность ρo жидкости, что справедливо, например, для стандартных сухих элементов (батареек) и воды, то для обеспечения плавучести зонда (ρ ≈ 0,9ρo) необходимо иметь балластную емкость объемом, приблизительно в 2 раза превышающим объем источника питания. Это вполне допустимо и позволяет создать зонд с необходимыми габаритами, аэро- и гидродинамическими качествами. При плотности вещества корпуса ρк, близкой к плотности жидкости ρк≈ 1,1ρo, что имеет место, например, при использовании мягкой резины, и указанном соотношении объемов источника питания и балластной емкости, центр тяжести масс зонда Оm расположен на его оси вращения несколько ниже центра тяжести источника питания, а центр тяжести объема Оv смещен по оси ниже и ближе к балластной емкости (фиг. 2). Такое расположение центров Оm и Ov обеспечивает опрокидывание зонда при достижении им границ раздела фаз и восстановление исходной ориентации в начале погружения за счет смещения Оm к Оv при заполнении балластной емкости жидкостью. Устойчивость движения зонда обеспечивается тем, что подъемная сила, действующая на верхнюю его часть, расположенную выше центра тяжести Оm, больше подъемной силы, действующей на нижнюю его часть, расположенную ниже Оm, так что при случайном отклонении оси зонда от траектории движения набегающий поток газа или жидкости вызывает результирующий крутящий момент, который восстанавливает исходную ориентацию. Необходимая величина подъемной силы, действующей на верхнюю часть зонда, достигается путем наращивания длины корпуса (трубки) со стороны преобразователя энергии, т.е. лампы накаливания. При необходимости эта часть корпуса может быть использована для увеличения плавучести зонда, что достигается перекрытием ее торца легкой прозрачной заглушкой, выполненной, например, из оргстекла.The buoyancy of the probe is ensured when the average density of its substance ρ is less than the density of the liquid r o . If the average density of the substance of the power source ρ o is 2.5 times higher than the density ρ o of the liquid, which is true, for example, for standard dry cells (batteries) and water, then to ensure the buoyancy of the probe (ρ ≈ 0.9ρ o ) capacity of approximately 2 times the volume of the power source. This is quite acceptable and allows you to create a probe with the necessary dimensions, aerodynamic and hydrodynamic qualities. When the density of the body material ρ k is close to the liquid density ρ k ≈ 1.1ρ o , which occurs, for example, when using soft rubber and the indicated ratio of the volumes of the power source and the ballast capacity, the center of gravity of the probe’s mass Om is located on its axis of rotation slightly lower than the center of gravity of the power source, and the center of gravity of the volume Ov is shifted along the axis lower and closer to the ballast capacity (Fig. 2). Such an arrangement of the centers Om and Ov ensures the tip overturns when it reaches the phase boundary and restores the original orientation at the beginning of the dive due to the displacement of Om to Ov when filling the ballast tank with liquid. The stability of the probe’s movement is ensured by the fact that the lifting force acting on its upper part located above the center of gravity Оm is greater than the lifting force acting on its lower part located below Оm, so that if the axis of the probe deviates from the trajectory accidentally, the incoming gas flow or fluid causes the resulting torque, which restores the original orientation. The required magnitude of the lifting force acting on the upper part of the probe is achieved by increasing the length of the housing (tube) from the side of the energy converter, i.e. incandescent lamps. If necessary, this part of the body can be used to increase the buoyancy of the probe, which is achieved by covering its end with a light transparent plug made, for example, of plexiglass.

Пульт состоит из пускового приспособления 1, электронного блока, включающего приемный преобразователь 2, первый усилитель 3, дифференцирующий каскад 4, второй усилитель 5, формирователь импульсов 6, счетно-анализирующее устройство 7 и цифровой индикатор 8, а также блока питания (на фиг. 3 не показан). The remote control consists of a starting device 1, an electronic unit including a receiving transducer 2, a first amplifier 3, a differentiating cascade 4, a second amplifier 5, a pulse shaper 6, a counting and analyzing device 7, and a digital indicator 8, as well as a power supply unit (in Fig. 3 not shown).

Пусковое приспособление 1 (ПП) представляет собой плату с вмонтированным в нее гнездом для запуска зонда (ЗИ) и закрепленными на ней электронным блоком и блоком питания. Гнездо выполнено в виде направляющего цилиндрического патрубка, имеющего внутренний диаметр, немного больше диаметра средней части зонда. На боковой поверхности патрубка установлен микропереключатель "Пуск", кнопка которого выведена через отверстие в стенке патрубка на внутреннюю поверхность последнего. Микропереключатель "Пуск" соединен последовательно с тумблером ТВ ("включено") в электрической цепи управления прибором. Starting device 1 (PP) is a board with a built-in socket for launching a probe (ZI) and an electronic unit and a power supply attached to it. The socket is made in the form of a cylindrical guide pipe having an inner diameter slightly larger than the diameter of the middle part of the probe. On the side surface of the nozzle there is a “Start” microswitch, the button of which is brought out through an opening in the nozzle wall to the inner surface of the latter. The "Start" microswitch is connected in series with the TV toggle switch ("on") in the electrical control circuit of the device.

Приемный преобразователь 2 выполняется из стандартных элементов и является датчиком испускаемого зондом излучения. При использовании для связи электромагнитных волн в оптической части спектра это может быть фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), фотодиод и т.п. преобразователи. Если испускаемый зондом поток светового излучения составляет φи= 0,5 лм, что справедливо при использовании стандартных миниатюрных ламп накаливания, то на фотокатод ФЭУ, имеющий радиус rк= 5•10-3 м (ФЭУ-60), при расстоянии до зонда L=25 м будет приходиться поток

Figure 00000009
Анодный ток ФЭУ, обусловленный световым потоком φп, т. е. рабочий ток при световой анодной чувствительности SA= a/лм (ФЭУ-60) составит
IA= SA•φп= 15•10-8a.
Отношение рабочего анодного тока IА к темновому Iт=2•10-8а (ФЭУ-60), т. е. отношение сигнал/шум равно IА/Iт= 7,5, что вполне достаточно для нормальной работы устройства. При наличии в резервуаре оптически прозрачной жидкости максимальная глубина зондирования может быть меньше приведенной выше оценки. Она будет зависеть от величины коэффициента пропускания (прозрачности) жидкости и от высоты ее столба h.The receiving transducer 2 is made of standard elements and is a sensor emitted by the probe radiation. When used for coupling electromagnetic waves in the optical part of the spectrum, it can be a photoelectron multiplier (PMT), a photodiode, etc. converters. If the light flux emitted by the probe is φ and = 0.5 lm, which is true when using standard miniature incandescent lamps, then the photomultiplier photomultiplier having a radius r k = 5 • 10 -3 m (PMT-60), with a distance to the probe L = 25 m will flow
Figure 00000009
The anode current of the PMT, due to the luminous flux φ p , i.e., the working current at the light anode sensitivity S A = a / lm (PMT-60) will be
I A = S A • φ n = 15 • 10 -8 a.
The ratio of the working anode current I A to the dark I t = 2 • 10 -8 a (PMT-60), that is, the signal-to-noise ratio is I A / I t = 7.5, which is quite enough for the normal operation of the device. If there is an optically transparent liquid in the tank, the maximum sounding depth may be less than the above estimate. It will depend on the value of the transmittance (transparency) of the liquid and on the height of its column h.

Первый 3 и второй 5 усилители представляют собой полупроводниковые усилители постоянного тока с большим входным сопротивлением, например, операционные усилители. Конструктивно они могут быть реализованы с помощью микросхем. The first 3 and second 5 amplifiers are semiconductor DC amplifiers with a large input impedance, for example, operational amplifiers. Structurally, they can be implemented using chips.

Дифференцирующий каскад 4 является пассивным четырехполюсником и состоит из емкости и сопротивления, соединенных таким образом, что напряжение на его выходе равно производной по времени от напряжения на входе. The differentiating cascade 4 is a passive four-terminal device and consists of a capacitance and resistance, connected in such a way that the voltage at its output is equal to the time derivative of the input voltage.

Формирователь импульсов 6 состоит из соединенных по определенной схеме генератора опорной частоты, а также стандартных логических и переключающих элементов. Он реализуется совместно со счетно-анализирующим устройством 7 (САУ) в одном микропроцессоре. The pulse shaper 6 consists of a reference frequency generator connected in a certain pattern, as well as standard logic and switching elements. It is implemented in conjunction with a counting and analyzing device 7 (ACS) in one microprocessor.

Цифровой индикатор 8 (ИН) является выходным каскадом электронного блока и изготавливается из малогабаритных жидкокристаллических элементов. Digital indicator 8 (IN) is the output stage of the electronic unit and is made of small-sized liquid crystal elements.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

После разблокирования фиксатора хомут (стартовое приспособление) освобождает зонд и тот выпадает из гнезда в резервуар. При этом освобождается также кнопка микропереключателя "Пуск", прижатая ранее корпусом зонда. Нормально закрытый контакт микропереключателя через включенный тумблер ТВ замыкает цепь управления прибором и через некоторое время τo все его элементы подготавливаются к работе: зарегистрированные до этого случайно сигналы стираются и на всех цифровых элементах устанавливаются "нули". При достижении зондом границ раздела фаз интенсивность испускаемого им излучении быстро изменяется, что вызывает соответствующие изменения выходных величин приемного преобразователя (фиг. 1, Б). Пройдя усилитель 3, дифференцирующий каскад 4 и второй усилитель 5, сигнал преобразуется в последовательность колоколообразных импульсов разной полярности, подобных тем, что показаны на фиг. 1, В. Далее эти импульсы стандартизируются в формирователе 6 и используются в счетно-анализирующем устройстве 7 для определения временных интервалов ΤΣ и TΣ1 и выбора соответствующей вычислительной процедуры. В зависимости от числа зарегистрированных импульсов счетно-анализирующее устройство производит вычисления по формулам (1) (5) с использованием известных алгоритмов. Полученные результаты (величины X, h, L) передаются в определенной последовательности на цифровой индикатор 8.After unlocking the clamp, the clamp (starter) releases the probe and it falls out of the socket into the reservoir. At the same time, the “Start” microswitch button, previously pressed by the probe body, is also released. A normally closed contact of the microswitch through the included TV toggle switch closes the control circuit of the device and after a while τ o all its elements are prepared for work: previously registered signals are accidentally deleted and "zeros" are set on all digital elements. When the probe reaches the phase boundary, the intensity of the radiation emitted by it rapidly changes, which causes corresponding changes in the output values of the receiving transducer (Fig. 1, B). Having passed amplifier 3, differentiating stage 4 and second amplifier 5, the signal is converted into a sequence of bell-shaped pulses of different polarity, similar to those shown in FIG. 1, B. Further, these pulses are standardized in the shaper 6 and used in the calculating-analyzing device 7 to determine the time intervals Τ Σ and T Σ1 and select the appropriate computational procedure. Depending on the number of detected pulses, the counting and analyzing device performs calculations according to formulas (1) (5) using well-known algorithms. The results (values X, h, L) are transmitted in a certain sequence to digital indicator 8.

Claims (3)

1. Способ определения глубины резервуаров и уровня жидкостей, включающий запуск (сбрасывание) зонда в направлении дна или граничной поверхности жидкости, излучение с помощью зонда сигналов, прием и обработку этих сигналов, а также определение искомых величин по результатам обработки принятых сигналов, отличающийся тем, что при зондировании применяют автономный зонд одноразового использования, обладающий переменной плавучестью и запасом энергии, необходимой для излучения сигнала, фиксируют момент начала движения зонда и моменты изменений параметра излучения, связанных с достижением зондом дна резервуара или поверхности жидкости и дна резервуара, измеряют интервалы времени, затрачиваемого на падение и погружение зонда и прохождение излучения в среде, а искомые глубину и уровень рассчитывают в соответствии с числом изменений параметра излучения по формулам
L x
при изменении параметра излучения один раз (резервуар без жидкости),
L x + h
при изменении параметра излучения три раза (резервуар с жидкостью),
Figure 00000010

при vn >> v
Figure 00000011

при vn ≈ v
Figure 00000012

где L глубина резервуара;
x уровень жидкости или отметка дна пустого резервуара, отсчитываемые от точки старта зонда;
h высота столба жидкости в резервуаре;
m масса зонда;
mo= βvρo присоединенная масса;
α эмпирический коэффициент, учитывающий аэро- и гидродинамические качества зонда и свойства среды;
b численный коэффициент, зависящий от геометрической формы зонда;
V объем зонда;
ro плотность среды, в которой движется зонд;
ρ средняя плотность вещества зонда;
v скорость движения зонда;
vn скорость распространения излучения в среде;
q ускорение свободного падения;
T, T1 const время изменения регистрируемого параметра излучения по достижении зондом границ раздела газ/жидкость, газ/твердое тело (Т) или жидкость/твердое тело (Т1);
TΣ= tn1-to,
t0 момент запуска зонда;
tn1 момент регистрации первого изменения параметра излучения, сигнализирующего о достижении зондом уровня жидкости или дна пустого резервуара;
TΣ1=tn3-tn2
tn2 момент регистрации второго изменения параметра излучения, сигнализирующего о начале погружения зонда в жидкость;
tn3 момент регистрации третьего изменения параметра излучения, сигнализирующего о достижении зондом дна резервуара с жидкостью.
1. A method for determining the depth of tanks and the level of liquids, including launching (dropping) the probe in the direction of the bottom or the boundary surface of the fluid, emitting signals using a probe, receiving and processing these signals, and determining the desired values from the results of processing the received signals, characterized in that when probing, an autonomous disposable probe is used, which has variable buoyancy and the energy reserve necessary for signal emission, the moment of the probe’s start and the moments of change are recorded s radiation parameter associated with the probe reaching the tank bottom or the surface of the liquid and the tank bottom, measured intervals of time spent for the fall and the immersion of the probe and the passage of radiation in the medium, and the desired depth and the level calculated according to the number of parameter changes in the radiation from the formulas
L x
when changing the radiation parameter once (tank without liquid),
L x + h
when changing the radiation parameter three times (reservoir with liquid),
Figure 00000010

for v n >> v
Figure 00000011

at v n ≈ v
Figure 00000012

where L is the depth of the tank;
x fluid level or bottom mark of an empty tank, measured from the starting point of the probe;
h the height of the liquid column in the tank;
m is the mass of the probe;
m o = βvρ o added mass;
α empirical coefficient taking into account the aerodynamic and hydrodynamic qualities of the probe and the properties of the medium;
b is a numerical coefficient depending on the geometric shape of the probe;
V probe volume;
r o the density of the medium in which the probe moves;
ρ is the average density of the probe substance;
v the speed of the probe;
v n the propagation velocity of radiation in the medium;
q acceleration of gravity;
T, T 1 const the time of change of the registered radiation parameter when the probe reaches the gas / liquid, gas / solid (T) or liquid / solid (T 1 ) interfaces;
T Σ = t n1 -t o ,
t 0 probe start time;
t n1 moment of registration of the first change in the radiation parameter, indicating that the probe has reached the liquid level or the bottom of an empty tank;
T Σ1 = t n3 -t n2
t n2 moment of registration of the second change in the radiation parameter, signaling the beginning of immersion of the probe in the liquid;
t n3 moment of registration of the third change in the radiation parameter, signaling that the probe reaches the bottom of the reservoir with the liquid.
2. Устройство для определения глубины резервуаров и уровня жидкостей, содержащее зонд и пульт управления и обработки сигнала, имеющий в своем составе блок питания, приемный преобразователь, первый усилитель, второй усилитель, формирователь импульсов, счетно-анализирующее устройство и цифровой индикатор, отличающееся тем, что зонд выполнен в виде автономного источника излучения одноразового использования, обладающего переменной плавучестью и запасом энергии для излучения сигнала, имеет стартовое приспособление и балластную емкость с отверстиями, а пульт управления и обработки сигнала является пассивной частью устройства, выполнен с использованием средств микроэлектроники, обладает малым энергопотреблением и дополнительно содержит пусковое приспособление и дифференцирующий каскад, включенный последовательно между первым и вторым усилителями. 2. A device for determining the depth of tanks and the level of liquids, containing a probe and a control panel and signal processing, comprising a power supply unit, a receiving transducer, a first amplifier, a second amplifier, a pulse shaper, a counting and analyzing device and a digital indicator, characterized in that the probe is made in the form of a self-contained single-use radiation source having variable buoyancy and energy reserve for signal emission, has a starting device and ballast capacity with about apertures, and the control and signal processing panel is a passive part of the device, made using microelectronics, has low power consumption and additionally contains a starting device and a differentiating cascade connected in series between the first and second amplifiers. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что зонд выполнен в виде удлиненного вдоль оси тела вращения с изменяющимися в продольном направлении плотностью и диаметром, имеет расположение центров тяжести масс и объема, обеспечивающее устойчивость ориентации его оси вдоль направления действия сил гравитации при нахождении зонда в однородной гомогенной среде и потерю этой устойчивости на границе раздела фаз, корпус зонда выполнен из эластичного материала и открыт с одного торца, балластная емкость установлена на другом торце корпуса, элемент питания вставлен с натягом внутрь корпуса и подключен с помощью проводника и изолированного цокольного контакта к выполненному оптическим излучающему преобразователю, активная часть которого утоплена в корпус и обращена в сторону открытого его торца, а стартовое приспособление выполнено в виде пружинящего хомута с фиксатором, надетого на корпус и сжимающего его в месте контакта элемента питания и излучающего преобразователя, за счет чего последние разъединены. 3. The device according to claim 2, characterized in that the probe is made in the form of a rotation elongated along the body axis with a density and diameter varying in the longitudinal direction, has an arrangement of the centers of gravity of the mass and volume, ensuring stability of its axis orientation along the direction of gravity when located the probe in a homogeneous homogeneous environment and the loss of this stability at the phase boundary, the probe body is made of elastic material and is open from one end, the ballast tank is installed on the other end of the body, element The power supply is inserted with an interference fit into the housing and is connected with the help of a conductor and an insulated base contact to the made optical emitting transducer, the active part of which is recessed into the housing and facing its open end, and the starting device is made in the form of a spring clamp with a clamp put on the housing and compressing it at the point of contact of the battery and the emitting transducer, due to which the latter are disconnected.
SU5030532 1992-03-03 1992-03-03 Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation RU2071596C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030532 RU2071596C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030532 RU2071596C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2071596C1 true RU2071596C1 (en) 1997-01-10

Family

ID=21598488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5030532 RU2071596C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2071596C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2456447C2 (en) * 2007-03-26 2012-07-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Device and method for determining depth at which condition in well shaft appears, and canister used in above mentioned device
RU2513632C1 (en) * 2012-10-03 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Method of control over propellant fluid components surface level in carrier rocket tanks and system to this end
CN114000869A (en) * 2021-11-25 2022-02-01 四川轻化工大学 Shaft liquid level detection device and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство CCCР N 1164409, кл. E 21B 47/04, 1985. 2. Авторское свидетельство СССР N 1454960, кл. E 21B 47/04, 1989. 3. Авторское свидетельство СССР N 892221, кл. G 01F 23/28, 1981. 4. Авторское свидетельство СССР N 943531, кл. G 01F 23/28, 1982. 5. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. - М.: Наука, 1981, с.448. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2456447C2 (en) * 2007-03-26 2012-07-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Device and method for determining depth at which condition in well shaft appears, and canister used in above mentioned device
RU2513632C1 (en) * 2012-10-03 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Method of control over propellant fluid components surface level in carrier rocket tanks and system to this end
CN114000869A (en) * 2021-11-25 2022-02-01 四川轻化工大学 Shaft liquid level detection device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3666945A (en) Arrangement for measuring the concentration of fluorescent materials in air and water
US4953986A (en) Air/sea temperature probe
CN103674180A (en) Liquid level gauging system with bubble shedding reflectors
JP2006501458A (en) Submarine hydrophone and seismometer
CN105372332B (en) A kind of bottom sediment longitudinal wave acoustic wave parameter original position self-operated measuring unit and method
CN103644953A (en) Transparent liquid level measurement method and realizing device for transparent liquid level measurement
US20110183168A1 (en) Battery Electrolyte Level Detector Apparatus
RU2071596C1 (en) Method of determination of depth of reservoirs and level of liquid and device for its implementation
ES460846A1 (en) Device for inspecting a tube by ultrasonics
DE60311899D1 (en) Level sensor with several input channels
KR100731784B1 (en) Simplicity sonic depth finder for fishing
CN207007319U (en) Memory-type hangs probe
GB2126342A (en) Liquid level detector
CN212060562U (en) Safety device that sonar goes up and down
Yang et al. Design and realization of a buoy for ocean acoustic tomography in coastal sea based on NB-IoT technology
CN112212946A (en) High-precision electronic water gauge
WO2021045665A1 (en) Optical method and device for monitoring a measurement object
CN218673812U (en) Wine jar liquid level detection device and liquid level detection system
SU1125575A1 (en) System for charging buoyancy of underwater probe
CN214276917U (en) Portable ultrasonic depth sounding instrument
GB1563374A (en) Device for providing an indication of the refractive index of a fluid
CN214333950U (en) Water depth measuring device
RU206397U1 (en) BOTTOM MODULE OF SEISMIC STATION
CN220288618U (en) Handheld river section observation device
CN212168038U (en) Ultra-wideband transmitting-receiving combined underwater acoustic transducer array