RU2106606C1 - Устройство для измерения уровня жидкого металла - Google Patents
Устройство для измерения уровня жидкого металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2106606C1 RU2106606C1 RU96105156A RU96105156A RU2106606C1 RU 2106606 C1 RU2106606 C1 RU 2106606C1 RU 96105156 A RU96105156 A RU 96105156A RU 96105156 A RU96105156 A RU 96105156A RU 2106606 C1 RU2106606 C1 RU 2106606C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase difference
- shoulders
- oscillations
- inputs
- antennas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Устройство может быть использовано в системах управления технологическими процессами для измерения уровня различных сред. Электромагнитные колебания двух различных фиксированных частот вырабатываются генераторами 1 и 2. Через приемо-передающие антенны 9 и 10 колебания излучаются в сторону контролируемой среды. Часть колебаний от генераторов с помощью тройников 3 и 4 направляется в измерители разности фаз 5 и 6. Отраженные сигналы через антенны 9 и 10 поступают в ответвители 7 и 8 и далее в измерители разности фаз. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известны микроволновые устройства для измерения уровня различных сред, основанные на эффекте, возникающем при локации измеряемого объекта электромагнитными волнами (Викторов В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. -М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 94 - 99). В этих уровнемерах, содержащих микроволновые генераторы, приемопередающие антенные системы и ряд других функциональных устройств, по характеристикам (амплитуде, частоте и т.п.) отраженных от объекта волн судят о контролируемом параметре.
Недостатком данных уровнемеров является узкий диапазон измерения и сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип СВЧ-уровнемер с частотной модуляцией зондирующей волны, содержащий генератор частотно-модулированных колебаний, приемопередающие антенны, балансный смеситель для сложения падающей и отраженной волн. Принцип действия указанного прибора заключается в том, что при поступлении одновременно электромагнитной энергии на передающую антенну и на одно из плеч балансного смесителя на выходе последнего из-за временного сдвига между отраженной и падающей волнами образуется напряжение разностной частоты, пропорциональное расстоянию до поверхности контролируемой среды.
Целью изобретения является повышение чувствительности измерения.
Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый генератор микроволновых колебаний одной фиксированной частоты, первую и вторую антенны, направленные на контролируемый объект, введены второй генератор микроволновых колебаний другой фиксированной частоты, первый и второй тройники, первый и второй измерители разности фаз, первый и второй направленные ответвители, блок вычитания разностей фаз, а обе антенны приемопередающие, причем выходы первого и второго генераторов микроволновых колебаний соединены соответственно с первыми плечами первого и второго тройников, вторые плечи которых подключены соответственно к первым плечам первого и второго направленных ответвителей, вторые плечи которых соединены соответственно с входами первой и второй приемопередающих антенн, третьи плечи первого и второго направленных ответвителей подключены соответственно к первым входам первого и второго измерителей разности фаз, вторые входы которых соединены соответственно с третьими плечами первого и второго тройников, а выходы первого и второго измерителей разности фаз подключены к соответствующим входам блока вычитания разностей фаз, выход которого является выходом устройства.
Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности является наличие второго генератора микроволновых колебании, первого и второго тройников, первого и второго направленных ответвителей, первого и второго измерителей разности фаз и блока вычитания разностей фаз.
В предлагаемом техническом решении благодаря свойствам перечисленных признаков определение разности фаз между прямой и отраженной волнами на двух частотах электромагнитных колебаний позволяет решить поставленную задачу: достижение более высокой чувствительности.
Изобретение поясняется на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит первый и второй генераторы микроволновых колебаний 1 и 2, подключенные соответственно к первым плечам первого и второго тройников 3 и 4, первый и второй измерители разности фаз 5 и 6, первый и второй направленные ответвители 7 и 8, первую и вторую приемопередающие антенны 9 и 10, направленные на поверхность контролируемого объекта 11 и блок вычитания разностей фаз 12.
Устройство работает следующим образом.
Электромагнитные колебания, генерируемые генераторами 1 и 2, поступают на волноводные тройники 3 и 4. Здесь благодаря последним электромагнитные колебания, поступающие от генераторов, распределяются поровну между вторыми и третьими плечами тройников. После этого волны с помощью вторых и третьих плеч тройников поступают на вторые входы измерителей разности фаз 5 и 6 и на первые плечи направленных ответвителей 7 и 8. Колебания, снимаемые с вторых плеч направленных ответвителей, поступают на входы приемопередающих антенн 9 и 10. Электромагнитные волны, излучаемые приемопередающими антеннами, взаимодействуют с поверхностью контролируемого объекта 11 и отражаются от нее. Отраженные волны, улавливаемые приемопередающими антеннами, приходят в направленные ответвители. Эти волны благодаря свойству разделения волн в направленных ответвителях (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа, 1970, с. 273 - 274), снимаются с их третьих плеч и поступают на первые входы измерителей разности фаз, осуществляющих определение фазовых сдвигов двух электромагнитных волн. В результате при излучении и отражении электромагнитных волн имеет место поступление в измерители разности фаз непосредственно от генераторов - прямых волн и после отражения от контролируемого объекта - отраженных волн. При этом из-за временного запаздывания отраженных волн относительно прямых они имеют различные фазы.
Сравнение фаз указанных волн, например в первом измерителе разности фаз 5, дает возможность определить разность фаз φ волны, поступающей непосредственно от первого генератора и отраженной волны, поступающей через первую приемопередающую антенну как
где
ω - круговая частота электромагнитных колебаний первого генератора;
C - скорость распространения волны;
l - расстояние от поверхности контролируемого объекта 11 до приемопередающих антенн.
где
ω - круговая частота электромагнитных колебаний первого генератора;
C - скорость распространения волны;
l - расстояние от поверхности контролируемого объекта 11 до приемопередающих антенн.
Аналогичное выражение может быть записано для прямой и отраженной волн, поступающих соответственно на первый и второй входы второго измерителя разности фаз 6.
Формула (2) показывает, что измеряемое расстояние зависит как от разности фаз прямой и отраженной волн, так и от длины рабочей волны.
Формула (1) достаточно точно работает при измерении малых расстояний (уровней), меньших половины длины рабочей волны. При измерении же больших расстояний, соизмеримых с длиной рабочей волны, могут возникнуть неопределенности в измерении расстояния из-за значений разности фаз, превышающих 360o.
В предлагаемом устройстве для устранения такой зоны нечувствительности при измерении уровня жидкого металла необходимо, чтобы одновременно первый генератор генерировал колебания одной фиксированной частоты f', а второй генератор генерировал колебания другой фиксированной частоты f''. Тогда согласно выражению (1) разности фаз φ′ и φ″ могут быть определены так
Полученные формулы в градусной мере примут следующий вид:
При условии f'' > f' вычитание из второго уравнения системы (3) первое уравнение системы (3) позволяет записать.
Полученные формулы в градусной мере примут следующий вид:
При условии f'' > f' вычитание из второго уравнения системы (3) первое уравнение системы (3) позволяет записать.
Для осуществления процедуры указанного вычитания в данном техническом решении сигналы, соответствующие разностям фаз φ′ и φ″ , с выходов измерителей разности фаз поступают на соответствующие входы блока вычитания 12.
Обозначая приращения разности фаз и частоты соответственно Δφ = φ″-φ′, Δf = f″-f′, получаем
Отсюда
Следовательно, искомое расстояние (уровень) определяется как отношение приращения разности фаз к приращению частоты электромагнитных колебаний. Так как приращение разности фаз можно сделать таким, что оно всегда будет находиться в пределах 360o, то устранена та неопределенность в измерении, которую дает формула (1).
Отсюда
Следовательно, искомое расстояние (уровень) определяется как отношение приращения разности фаз к приращению частоты электромагнитных колебаний. Так как приращение разности фаз можно сделать таким, что оно всегда будет находиться в пределах 360o, то устранена та неопределенность в измерении, которую дает формула (1).
Расчетная характеристика при изменении уровня от 5 до 20 см с параметрами Δf = 0,5•109 Гц и C = 3•10 м/с приведена на фиг. 2.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе зондирования контролируемой среды двумя электромагнитными колебаниями различных фиксированных частот и вычитание разностей фаз прямых и отраженных волн может быть обеспечено измерение уровня жидкого металла.
В предлагаемом устройстве для зондирования (облучения) поверхности жидкого металла могут быть использованы сверхвысокочастотные и инфракрасные диапазоны длин волн.
Claims (1)
- Устройство для измерения уровня жидкого металла, содержащее первый генератор микроволновых колебаний одной фиксированной частоты и первую и вторую антенны, направленные на контролируемый объект, отличающееся тем, что введены второй генератор микроволновых колебаний другой фиксированной частоты, первый и второй тройники, первый и второй измерители разности фаз, первый и второй направленные ответвители, блок вычитания разностей фаз, а обе антенны приемопередающие, причем выходы первого и второго генераторов микроволновых колебаний соединены соответственно с первыми плечами первого и второго тройников, вторые плечи которых подключены соответственно к первым плечам первого и второго направленных ответвителей, вторые плечи которых соединены соответственно с входами первой и второй приемопередающих антенн, третьи плечи первого и второго направленных ответвителей подключены соответственно к первым входам первого и второго измерителей разности фаз, вторые входы которых соединены соответственно с третьими плечами первого и второго тройников, а выходы первого и второго измерителей разности фаз подключены к соответствующим входам блока вычитания разностей фаз, выход которого является выходом устройства.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96105156A RU2106606C1 (ru) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Устройство для измерения уровня жидкого металла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96105156A RU2106606C1 (ru) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Устройство для измерения уровня жидкого металла |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2106606C1 true RU2106606C1 (ru) | 1998-03-10 |
RU96105156A RU96105156A (ru) | 1998-06-27 |
Family
ID=20178156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96105156A RU2106606C1 (ru) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Устройство для измерения уровня жидкого металла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2106606C1 (ru) |
-
1996
- 1996-03-13 RU RU96105156A patent/RU2106606C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. - М.: Наука, 1978, с.151. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1332458C (en) | Distance and level measuring system | |
US4054879A (en) | Dual-frequency, remote ocean-wave spectrometer | |
JP3784823B1 (ja) | 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム | |
JP2002243849A (ja) | 移動物体の固定部からの距離を測定するプロセスとシステム | |
US7852091B2 (en) | Microwave determination of location and speed of an object inside a pipe | |
WO1994017373A1 (en) | Procedure for determining material flow rate | |
RU2106606C1 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкого металла | |
RU2504739C1 (ru) | Устройство для определения уровня жидкости в емкости | |
RU2504740C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости в емкости | |
RU2594338C1 (ru) | Способ определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода при изменении содержания воды в смеси в широких пределах | |
RU2706453C1 (ru) | Автоподстроечный способ измерения малого значения уровня вещества | |
Doronin et al. | Displacement measurement using a two-probe implementation of microwave interferometry | |
RU2683804C1 (ru) | Способ определения модуля и аргумента комплексного коэффициента отражения микроволнового двухполюсника | |
JPH1010173A (ja) | アンテナ特性評価方法及び装置 | |
RU2621473C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения взаимных смещений элементов конструкции зданий и сооружений | |
PL181870B1 (pl) | Uklad radarowy do wykrywania obecnosci czlowieka PL | |
EP0965053B1 (en) | Method and device for determining distances | |
RU2120610C1 (ru) | Устройство для измерения уровня расплавленного металла | |
RU2009452C1 (ru) | Устройство для дистанционного определения параметров вибрирующих объектов | |
RU2092874C1 (ru) | Способ обнаружения предметов в земле и устройство для его осуществления (варианты) | |
RU2545498C1 (ru) | Способ определения скорости и направления ветра и некогерентный доплеровский лидар | |
SU1716321A1 (ru) | Способ Щурова измерени скорости механических колебаний объекта | |
RU2204842C2 (ru) | Способ и устройство для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта | |
SU1758530A1 (ru) | Способ измерени диэлектрической проницаемости материалов | |
RU2096792C1 (ru) | Устройство для измерения фазовой диаграммы слабонаправленной антенны |