RU2231028C2 - Method of liquid level determination (variants) - Google Patents

Method of liquid level determination (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2231028C2
RU2231028C2 RU2002105935/28A RU2002105935A RU2231028C2 RU 2231028 C2 RU2231028 C2 RU 2231028C2 RU 2002105935/28 A RU2002105935/28 A RU 2002105935/28A RU 2002105935 A RU2002105935 A RU 2002105935A RU 2231028 C2 RU2231028 C2 RU 2231028C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
liquid
liquid level
tape
item
Prior art date
Application number
RU2002105935/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002105935A (en
Inventor
В.А. Тараканов (RU)
В.А. Тараканов
Original Assignee
Тараканов Валерий Александрович
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 Тараканов Валерий Александрович filed Critical Тараканов Валерий Александрович
Priority to RU2002105935/28A priority Critical patent/RU2231028C2/en
Publication of RU2002105935A publication Critical patent/RU2002105935A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2231028C2 publication Critical patent/RU2231028C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: operation of stationary reservoir filled with fuel, water or other liquids.
SUBSTANCE: method involves directing optical radiation through elongated substantially transparent item (band, rod or fiber) immersed into liquid, wherein optical radiation is directed at an angles to side item surface to provide maximum radiation emitting into liquid through side item surface; recording radiation emitted from side item surface near liquid level by coordinate light sensor arranged along item for determining liquid level into reservoir. Another method involves directing optical radiation through elongated substantially transparent item (band, rod or fiber) immersed into liquid; recording radiation emitted from side item surface by float indicator for determining liquid level into reservoir; creation relation between radiation intensity and liquid depth by including transforming and/or dispersing additives into item. Additives have specified bulk density dependence on item length.
EFFECT: increased accuracy and reliability.
3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации стационарных резервуаров с топливом, водой или другими жидкостями и может быть использовано при различных работах, связанных с определением высоты уровня жидкости.The invention relates to the field of operation of stationary tanks with fuel, water or other liquids and can be used in various works related to determining the height of a liquid level.

Существует несколько способов определения высоты уровня жидкости в резервуарах. Наиболее широко известный из них заключается в измерении высоты уровня указателем уровня типа УДУ [2, 4], а также стандартной лентой вручную (рулеткой с лотом или метрштоком).There are several ways to determine the height of the liquid level in the tanks. The most widely known of them consists in measuring the height of a level with a level indicator of the UDU type [2, 4], as well as with a standard tape manually (tape measure with a lot or meter stock).

Указатель уровня УДУ включает в себя следующие элементы: поплавок со стальной мерной лентой, на которой он подвешен; две направляющие струны, проходящие через два кольца по бокам поплавка, по которым (струнам) скользит поплавок; систему трубопроводов с блоками внутри на участках поворота ленты, которая (система) позволяет вывести ленту из резервуара; счетный механизм, закрепляемый, как правило, на боковой поверхности резервуара; систему дистанционной передачи показаний уровня жидкости. Способ измерения высоты уровня указателем типа УДУ заключается в воздействии выталкивающей силы жидкости на поплавок и передаче движения поплавка (вслед за уровнем жидкости) через ленту к счетному механизму высоты уровня. Показания счетного механизма часто передаются по системе дистанционной передачи на пульт склада. Погрешность непосредственного измерения высоты уровня (без погрешности дистанционной системы) составляет ±3 и ±4 мм при высоте уровня соответственно 5 и 10 м [4]. Примерно такую же погрешность следует ожидать при использовании рулетки. Использование потенциометрической системы передачи данных добавляет к указанной погрешности ±15 мм, а использование кодовой системы - ±1 мм.The UDD level indicator includes the following elements: a float with a steel measuring tape on which it is suspended; two guiding strings passing through two rings on the sides of the float, along which (the strings) the float glides; a piping system with blocks inside at the turning sections of the tape, which (system) allows you to remove the tape from the tank; a counting mechanism, fixed, as a rule, on the side surface of the tank; system for remote transmission of liquid level readings A method for measuring the height of a level with an indicator of the type of UDD consists in exposing the buoyant force of the liquid to the float and transmitting the movement of the float (following the liquid level) through the tape to the counting mechanism of the level height. The readings of the counting mechanism are often transmitted via the remote transmission system to the warehouse console. The error of direct measurement of the level height (without the error of the remote system) is ± 3 and ± 4 mm at a level height of 5 and 10 m, respectively [4]. Approximately the same error should be expected when using roulette. Using a potentiometric data transmission system adds ± 15 mm to the specified error, and using a code system ± 1 mm.

Основные недостатки способа определения уровня жидкости по УДУ заключаются в следующем: при отрицательных температурах в отдельные периоды времени появляется лед в счетном механизме, что является результатом конденсации паров воды из жидкости резервуара и что затрудняет эксплуатацию УДУ; иногда наблюдается заклинивание поплавка из-за перекоса, возникающего при движении вдоль струн; в отдельных случаях указанные выше погрешности измерения высоты уровня с учетом погрешности дистанционной передачи могут оказаться неприемлемыми для резервуаров большой емкости.The main disadvantages of the method for determining the liquid level by UDD are as follows: at negative temperatures in separate periods of time, ice appears in the counting mechanism, which is the result of condensation of water vapor from the liquid of the tank and which complicates the operation of UDU; jamming of the float is sometimes observed due to skew arising from movement along the strings; in some cases, the above-mentioned errors in measuring the height of the level, taking into account the errors in remote transmission, may not be acceptable for large-capacity tanks.

При другом способе измерения высоты уровня используют указатель типа "УДАР" [4], состоящий из двух измерительных труб с источниками и счетчиками гамма-излучения, электронно-механического блока, системы "источник-датчик" (перемещается вслед за уровнем) и пульта управления для регистрации высоты уровня, переливов жидкости и т.д. Способ определения высоты уровня указателем такого типа заключается в воздействии гамма-излучения на жидкость между трубами и в регистрации его поглощения жидкостью и газовой средой, что позволяет определить относительную плотность указанных сред, а следовательно, и высоту уровня. Недостатками данного способа являются чрезмерная громоздкость оборудования, потенциальная опасность от источников радиоактивности, ряд ограничений в работе в связи с наличием источников радиоактивности.In another method of measuring the height of a level, a UDAR type indicator [4] is used, consisting of two measuring tubes with sources and gamma-radiation counters, an electronic-mechanical unit, a source-sensor system (moves after the level) and a control panel for registration of level height, liquid overflows, etc. A method for determining the level height by an indicator of this type consists in the effect of gamma radiation on the liquid between the pipes and in recording its absorption by the liquid and the gaseous medium, which makes it possible to determine the relative density of these media, and therefore the level height. The disadvantages of this method are the excessive bulkiness of the equipment, the potential danger from sources of radioactivity, a number of limitations in operation due to the presence of sources of radioactivity.

Высоту уровня жидкости в стационарных резервуарах определяют также другими способами с использованием, например, емкостного датчика типа ДУЕ, магнитно-поплавкового указателя типа МПУ, просто мерных стекол и т.д. Они не столь широко распространены и имеют ряд как достоинств, так и недостатков, связанных с точностью измерения высоты уровня, отсутствием телеметрической части и т.п. Так, появившийся в последнее время датчик ДУЕ (основан на регистрации электрической емкости между двумя тросиками, погруженными в жидкость, в зависимости от высоты уровня) имеет довольно большую погрешность. К примеру, использование ДУЕ класса точности 1,5 [9] должно приводить к погрешности до ±7,5 см при 5-метровой высоте уровня. Если же учесть дополнительные погрешности, перечисленные в [9], то общая ошибка будет примерно в 2 раза больше.The height of the liquid level in stationary tanks is also determined by other methods using, for example, a capacitive sensor of the DUE type, a magnetic float indicator like MPU, simply measuring glasses, etc. They are not so widespread and have a number of advantages and disadvantages associated with the accuracy of level measurement, the absence of a telemetric part, etc. So, the recently appeared DUE sensor (based on the registration of an electric capacitance between two cables immersed in a liquid, depending on the height of the level) has a rather large error. For example, the use of a DUE of accuracy class 1.5 [9] should lead to errors of up to ± 7.5 cm at a 5-meter level height. If we take into account the additional errors listed in [9], then the general error will be approximately 2 times larger.

Задачу точного и надежного определения высоты уровня жидкости можно решить, привлекая широко известные методы оптической локации. Так, для определения высоты уровня мог бы применяться способ, по которому работает импульсный светодальномер [10]: на объект направляют световой импульс, а по скорости и времени прохождения импульса до объекта и обратно определяют расстояние до объекта. Данный способ надежен и чрезвычайно точен. Однако его применение для жидкостей в резервуарах сопряжено со сравнительно сложным оборудованием, трудностями при эксплуатации и т.д.The task of accurate and reliable determination of the height of the liquid level can be solved by using well-known methods of optical location. So, to determine the height of the level, the method by which the pulsed light range finder works [10] could be applied: a light pulse is sent to the object, and the distance to the object is determined by the speed and time the pulse travels to and from the object. This method is reliable and extremely accurate. However, its use for liquids in tanks is associated with relatively complex equipment, difficulties in operation, etc.

В промышленности используются также определители уровня на основе пары светоизлучающий диод - фотоприемник. Прибор на такой основе содержит две указанные пары - одну для контроля верхнего уровня жид кости, другую для контроля нижнего уровня [7]. При изменении уровня ниже требуемого луч от светодиода начинает поступать на фотоприемник, который в свою очередь включает реле регулировки уровня; две пары светодиод - фотоприемник позволяют сохранять уровень в требуемом диапазоне. Способ, на основе которого работает прибор, сводится, таким образом, к направлению излучения на жидкость и регистрации его фотоприемником или нерегистрации в зависимости открыт ли путь луча к приемнику или этому мешает жидкость. Данный способ и прибор в существующем виде не пригодны для текущего (а не дискретного) определения уровня жидкости.The industry also uses level gauges based on a pair of light emitting diode - photodetector. A device based on this basis contains two of these pairs — one for controlling the upper level of the liquid and one for controlling the lower level [7]. When the level is lower than the required level, the beam from the LED starts to arrive at the photodetector, which in turn turns on the level control relay; two pairs of LED - photodetector allow you to maintain the level in the desired range. The method on the basis of which the device operates is thus reduced to directing the radiation to the liquid and registering it with a photodetector or not registering it depending on whether the beam path to the receiver is open or if the liquid interferes with it. This method and the device in its current form are not suitable for the current (and not discrete) determination of the liquid level.

Из всех перечисленных выше способов наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является способ, по которому работает импульсный светодальномер.Of all the above methods, the closest in technical essence to the invention is the method by which a pulsed light range finder operates.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и надежности определения высоты уровня жидкости при простом для этого оборудовании, т.е. целью является устранение большинства недостатков, перечисленных выше при описании аналогов.The aim of the present invention is to improve the accuracy and reliability of determining the height of the liquid level with simple equipment for this, i.e. the goal is to eliminate most of the disadvantages listed above in the description of analogues.

Цель достигается изложенным ниже способом в двух независимых вариантах.The goal is achieved by the method described below in two independent versions.

По 1-му варианту способ определения высоты уровня жидкости заключается в том, что направляют оптическое излучение по достаточно прозрачному протяженному телу (ленте, стержню, волокну), погруженному в жидкость, и регистрируют выходящее из тела излучение, по которому судят о высоте уровня жидкости, отличающийся тем, что излучение в теле направляют под углами падения к боковой поверхности тела, обеспечивающими наибольший выход излучения в жидкость из боковой поверхности и регистрируют всплеск выхода излучения из боковой поверхности в жидкость вблизи уровня координатным фотоприемником (ФП), расположенным вдоль тела.According to the first variant, the method of determining the height of the liquid level is that they direct optical radiation along a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in the liquid, and the radiation emerging from the body is recorded, which is used to judge the height of the liquid level, characterized in that the radiation in the body is directed at angles of incidence to the side surface of the body, providing the greatest output of radiation into the liquid from the side surface, and a burst of radiation output from the side surface to the liquid is recorded near the level with a coordinate photodetector (FP) located along the body.

Уже то, что тело является оптически более плотной средой, чем газовая среда над жидкостью, ведет, как правило, к повышенному выходу излучения из тела вблизи уровня. Усилить данный выход можно путем: подбором материала тела таким, чтобы его показатель преломления относительно жидкости nтж был возможно меньше; уменьшением сечения тела и тем самым увеличением частоты отражения и преломления света в теле на единице длины; подбора источника излучения с требуемой диаграммой направленности.The fact that the body is an optically denser medium than the gaseous medium above the liquid leads, as a rule, to an increased output of radiation from the body near the level. This output can be enhanced by: selecting the material of the body so that its refractive index relative to the liquid n tj is as small as possible; reducing the cross section of the body and thereby increasing the frequency of reflection and refraction of light in the body per unit length; selection of a radiation source with the desired radiation pattern.

Если расчет реализации изложенного варианта способа не приводит к уверенной регистрации повышенного излучения координатным ФП, то дополнительное и в некоторых случаях резкое увеличение выхода излучения и создание тем самым надежного светового зонда для ФП можно обеспечить следующим образом:If the calculation of the implementation of the above variant of the method does not lead to reliable registration of increased radiation by the coordinate AF, then an additional and in some cases a sharp increase in the radiation yield and thereby create a reliable light probe for the AF can be achieved as follows:

1) если nтж>1, то излучение в теле направляют под углами падения к его боковой поверхности θп большими, чем угол полного внутреннего отражения для лучей в теле относительно газовой среды над жидкостью θг, но меньшими, чем угол полного внутреннего отражения для лучей в теле относительно жидкости θж;1) if n t > 1, then the radiation in the body is directed at angles of incidence to its lateral surface θ n greater than the angle of total internal reflection for rays in the body relative to the gaseous medium above the liquid θ g , but smaller than the angle of total internal reflection for rays in the body relative to the fluid θ w ;

2) если nтж<1, то излучение в теле направляют под углами θгп<90°.2) if n t <1, then the radiation in the body is directed at angles θ gn <90 °.

В качестве примера, подтверждающего возможность осуществления способа по данному варианту, на фиг.1-5 приведены схемы осуществления способа, а ниже приводятся пояснения к ним.As an example, confirming the possibility of implementing the method according to this embodiment, Figures 1-5 show diagrams of the method, and explanations are given below.

На фиг.1 изображен фрагмент резервуара с авиатопливом 5 и уровнем его 8. Для измерения текущей высоты h уровня в авиатопливо погружают ленту 2 с координатным фотоприемником 3, расположенным вдоль ленты через прокладки 4 для доступа топлива к ФП. Лента и ФП закрепляются на основании 9, имеющем светопоглощающую поверхность. Излучение поступает из источника 7 через переходник 6, формирующий и направляющий лучи в ленту. Источник излучения может быть вынесен на пульт управления, а сигнал от него поступать в ленту через волоконно-оптический кабель. Лента выполнена из полистирола, имеющего абсолютный показатель преломления на длине волны 589 нм при 20°С, равным nт=1,59 [11] (в дальнейшем его принимаем таким же и для волн λ=800...900 нм); затухание светового сигнала - около 500 дБ/км на длине волны λ≈850...900 нм - взято как для полимерных световодов [8] на 1977 г. с учетом перспективности найлона и полистирола [3]; временное сопротивление при растяжении σвр=40-50 МПа; модуль упругости при изгибе Е=3,2 ГПа. Другие показатели также вполне приемлемы для нашего случая. Недостатком является хрупкость полистирола, что может быть скомпенсировано заключением ленты в тонкую, прозрачную и надежную оболочку из полимера с приемлемым показателем преломления, а, при необходимости, и в специальную проволочную оболочку, общую для ленты и ФП.Figure 1 shows a fragment of a tank with jet fuel 5 and its level 8. To measure the current height h level in the jet fuel, dip tape 2 with a coordinate photodetector 3 located along the tape through gaskets 4 for fuel access to the FP. The tape and the FP are fixed on the base 9 having a light-absorbing surface. The radiation comes from the source 7 through the adapter 6, forming and directing the rays into the tape. The radiation source can be taken out to the control panel, and the signal from it can enter the tape through a fiber optic cable. The tape is made of polystyrene having an absolute refractive index at a wavelength of 589 nm at 20 ° C equal to n t = 1.59 [11] (hereinafter it will be taken the same for waves λ = 800 ... 900 nm); the attenuation of the light signal — about 500 dB / km at a wavelength of λ≈850 ... 900 nm — was taken for polymer optical fibers [8] for 1977, taking into account the promise of nylon and polystyrene [3]; tensile strength σ bp = 40-50 MPa; bending modulus E = 3.2 GPa. Other indicators are also quite acceptable for our case. The disadvantage is the fragility of polystyrene, which can be compensated by enclosing the tape in a thin, transparent and reliable polymer shell with an acceptable refractive index, and, if necessary, in a special wire sheath common for the tape and FP.

Согласно этим данным наибольшая возможная толщина ленты при допускаемом радиусе изгиба R=50 см составит b=2σвр R/E=2·40 МПа·50 см/ 3,2 ГПа=1,25 см.According to these data the maximum possible thickness permitted by the belt at a bend radius R = 50 cm b = 2σ amount Bp R / E = 2 · 40 MPa · 50 cm / 3.2 cm = 1.25 GPa.

Полагая, что авиатопливо по оптическим показателям близко к марке АВКП (США), берем показатель преломления, равным как у АВКП-nж=1,40 при 25°С [6]. Поскольку в нашем случае nт существенно больше nж, лучи в теле направляем под углами падения в области θгпж. Углы θг и θж имеют следующие значения:

Figure 00000002
Figure 00000003
Assuming that the jet fuel from the optical indices close to the mark AVKP (USA), taking the refractive index, as well as at AVKP-n w = 1.40 at 25 ° C [6]. Since in our case, n m n w is substantially greater in the body under the direct rays of incidence angles in θ dfw. The angles θ g and θ W have the following meanings:
Figure 00000002
Figure 00000003

Данные углы показаны на фиг.2, где также обозначено: 2 - лента; 3 - ФП; 4 - прокладки для доступа топлива к ФП; 8 - уровень топлива. Расстояние между лентой и ФП выбирают таким, чтобы не имело место капиллярное поднятие топлива. Кроме того, толщину ленты проверяют на то, чтобы основное излучение из боковой поверхности ленты не сосредотачивалось в прилегающем объеме жидкости с радиусом r (фиг.2). Для этого достаточно иметь b>(0,1-0,3)r.These angles are shown in figure 2, where it is also indicated: 2 - tape; 3 - AF; 4 - gaskets for fuel access to the FP; 8 - fuel level. The distance between the tape and the FP is chosen so that there is no capillary rise in fuel. In addition, the thickness of the tape is checked so that the main radiation from the side surface of the tape is not concentrated in the adjacent volume of liquid with a radius r (figure 2). To do this, it is sufficient to have b> (0.1-0.3) r.

Таким образом, лучи в ленте направляем под углами падения в диапазоне 38°58'-61°42'. Причем лучший результат будет при углах, более близких к 38°58'. В этом случае излучение будет распространяться в ленте до уровня жидкости в основном без потерь; при совершенной технологии изготовления ленты потери следует ожидать только из-за релеевского рассеяния, т.е. незначительными. Ниже уровня топлива вследствие того, что θпж=61°42', лучи начнут не только отражаться от боковой поверхности, но и, преломляясь, покидать ленту. Полагая, что можно обеспечить 38°58'<θп<45°, лучи через несколько отражений в основном покинут ленту, образуя световой репер у поверхности топлива. В связи с этим для уменьшения ошибки определения h ширину ленты принимаем возможно меньшей, но в то же время значительной, чтобы не усложнять работы по изготовлению ленты, полимерной оболочки, проволочного шланга с фиксацией минимального радиуса изгиба, соединения с источником излучения. Такой шириной в первом приближении будет b=0,5-1,0 мм, а минимально допустимый радиус изгиба с учетом примерно 4-кратного запаса прочности ленты как хрупкого элемента R≈20 см.Thus, we direct the rays in the tape at angles of incidence in the range 38 ° 58'-61 ° 42 '. Moreover, the best result will be at angles closer to 38 ° 58 '. In this case, the radiation will propagate in the tape to the liquid level mainly without loss; with perfect tape manufacturing technology, losses should be expected only due to Rayleigh scattering, i.e. insignificant. Below the fuel level due to the fact that θ pw = 61 ° 42 ', the rays will not only begin to reflect from the side surface, but also, refracting, leave the tape. Assuming that it is possible to provide 38 ° 58 '<θ n <45 °, the rays after several reflections will mainly leave the tape, forming a light reference at the fuel surface. In this regard, to reduce the error in determining h, we take the width of the tape as small as possible, but at the same time significant, so as not to complicate the work of manufacturing the tape, polymer sheath, wire hose with fixing the minimum bending radius, connection with the radiation source. To a first approximation, such a width will be b = 0.5-1.0 mm, and the minimum allowable bending radius, taking into account about 4 times the margin of safety of the tape as a brittle element, R≈20 cm.

Спектральному согласованию материалов для ленты (полимеров, боросиликатных стекол с затуханием порядка 50 дБ/км и, в крайнем случае, кварцевого стекла) с источником излучения и ФП лучше всего отвечает полоса в области 800 и 600 нм. Ниже выбор источника излучения и ФП сориентирован на длину волны 800 нм.The spectral matching of the materials for the tape (polymers, borosilicate glasses with attenuation of the order of 50 dB / km and, in the extreme case, quartz glass) with the radiation source and phase transition is best achieved by the band at 800 and 600 nm. Below, the choice of the radiation source and the phase transition is oriented at a wavelength of 800 nm.

За источник излучения принимаем GaAlAs-светоизлучающий диод (СИД) с учетом его работы по схемам, предусматривающим компенсацию временной и температурной нестабильности излучения [7]. СИД принимаем с примесью 0,05...0,1, обеспечивающей λmax=800 нм (максимальная генерация) [8]. Его соединяем с лентой по схеме на фиг.3, расположенной слева. Угол наклона диода 1 к ленте 2, диаграмму направленности излучения и фокусирующий элемент 3 берем по расчету такими, чтобы обеспечить наиболее эффективный ввод излучения с учетом необходимости распространения лучей в ленте с углами падения в области 38°58'-45°. При трудностях выполнения данных условий принимаем за источник излучения ДГС-лазер на основе GaAlAs с λmax=800...900 нм. В этом случае фокусирующий элемент 3 (фиг.3) необязателен. Если при выборе материала ленты окажется nж>nт, то возможно применение СИД без наклона к ленте, т.е. соединение СИД с лентой просто оптическим клеем 4, что изображено на правой части фиг.3 и что применяется как один из методов ввода излучения [8].For the radiation source, we take the GaAlAs light-emitting diode (LED), taking into account its operation according to schemes providing compensation for the temporal and temperature instability of radiation [7]. LEDs are taken with an admixture of 0.05 ... 0.1, providing λ max = 800 nm (maximum generation) [8]. We connect it to the tape according to the scheme in figure 3, located on the left. The angle of inclination of the diode 1 to the tape 2, the radiation pattern and the focusing element 3 are calculated so as to ensure the most efficient input of radiation, taking into account the need for the propagation of rays in the tape with incidence angles in the range 38 ° 58'-45 °. If it is difficult to fulfill these conditions, we take for the radiation source a GaAlAs DGS laser with λ max = 800 ... 900 nm. In this case, the focusing element 3 (FIG. 3) is optional. If you select the material tape would n w> n t, it is possible to use LEDs without tilting to the tape, ie the connection of the LED with the tape is simply an optical glue 4, which is shown on the right side of figure 3 and that is used as one of the methods of radiation input [8].

Направляя лучи в ленте под углами падения 38°58'-61°42', обеспечиваем, как было сказано, всплеск выхода излучения вблизи уровня. Эпюра интенсивности потока излучения из боковой поверхности ленты изображена на фиг.4. Участки выше и ниже максимума на эпюре соответствуют в основном релеевскому рассеянию (незначительный фон).By directing the rays in the tape at angles of incidence of 38 ° 58'-61 ° 42 ', we provide, as was said, a burst of radiation output near the level. The plot of the intensity of the radiation flux from the side surface of the tape is shown in Fig.4. The areas above and below the maximum in the diagram correspond mainly to Rayleigh scattering (insignificant background).

Вышедшее излучение, соответствующее пику на эпюре, образует в координатном фотоприемнике фотоэлектрический контакт. Предпочтительным координатным ФП для нашего случая является функциональный фоторезистор (ФФР) с переменным межэлектродным расстоянием и компенсирующей нагрузкой, что позволяет в значительной мере устранить помехи от температурного и других влияний [5]. Его схема изображена на фиг.5. На ней световой зонд 6, сформированный пиком повышенного выхода излучения из ленты, проходя диэлектрическую подложку 2 и фотослой 1, образует контакт между электродом 3 и параллельными эквипотенциальными электродами 4 и 5. Расстояние между электродами задаем, например, линейной зависимостью от h и снимаем напряжение V2(h).The emitted radiation corresponding to the peak on the plot forms a photoelectric contact in the coordinate photodetector. The preferred coordinate FP for our case is a functional photoresistor (FFR) with a variable interelectrode distance and a compensating load, which can significantly eliminate interference from temperature and other influences [5]. Its circuit is depicted in figure 5. On it, a light probe 6 formed by a peak of increased radiation output from the tape passing through the dielectric substrate 2 and photo layer 1 forms a contact between the electrode 3 and parallel equipotential electrodes 4 and 5. We set the distance between the electrodes, for example, by a linear dependence on h and remove the voltage V 2 (h).

ФФР для нашего случая берем выполненной из пленки на основе CdSe, спектральная чувствительность которой близка к наибольшей при λ=800 нм [1]. Расчет ФФР, увязанный с расчетом указателя по данному способу в целом, здесь не приводится.For our case, the FSF is taken from a CdSe-based film, the spectral sensitivity of which is close to the highest at λ = 800 nm [1]. The calculation of the FFR linked to the calculation of the index for this method as a whole is not given here.

ФП типа ФФР, как показывает практика, имеют надежные показатели эксплуатации, а разрешающая способность остается постоянной во времени и составляет несколько микронов [5]. Особенность пленки на основе CdSe (сравнительно большая лента) не должна вызывать принципиальных трудностей при ее изготовлении технологическими методами, изложенными в [1]. Тем не менее для уменьшения трудоемкости изготовления пленки с переменным межэлектродным расстоянием можно ФФР с переменным межэлектродным расстоянием заменить на ФФР щелевого типа [5]. Кроме того, весь ФФР можно изготовлять в виде отрезков (секций). При технологической оценке необходимо также принять во внимание возможность использования фотопотенциометра с компенсационной нагрузкой по аналогии с ФФР [5].FPs of the FFR type, as practice shows, have reliable performance indicators, and the resolution remains constant in time and amounts to several microns [5]. The peculiarity of a film based on CdSe (a relatively large tape) should not cause fundamental difficulties in its production by the technological methods described in [1]. Nevertheless, to reduce the complexity of manufacturing a film with a variable interelectrode distance, it is possible to replace FFR with a variable interelectrode distance with a slotted type FFR [5]. In addition, the entire FFR can be made in the form of segments (sections). In technological evaluation, it is also necessary to take into account the possibility of using a photopotentiometer with a compensating load by analogy with the FFR [5].

При описанной системе источник - прозрачная лента - ФП основная погрешность измерения h будет в основном зависеть от ширины пика бокового излучения из ленты. При удачном подборе материала ленты по показателю преломления, ширины лента и толщины, направленности излучения источника погрешность определения h можно довести до 1 мм.With the described system, the source — transparent tape — AF — the main measurement error h will mainly depend on the width of the peak of lateral radiation from the tape. With a successful selection of the tape material according to the refractive index, tape width and thickness, directivity of the radiation source, the error in determining h can be brought to 1 mm.

Подвариант изложенного выше способа определения высоты уровня жидкости заключается в том, что дополнительный всплеск выхода излучения из боковой поверхности тела создают путем включения в тело преобразующих и/или рассеивающих присадок, например, люминофоров. В качестве люминофоров могут использоваться соли редкоземельных элементов или актиноидов, образующих центры свечения. Стержень, для данного подварианта может выполняться из боросиликатного стекла с nт ≈ 1,5 и затуханием примерно 50 дБ/км [8]. Возможно применение и других материалов для стержня, в т.ч. прозрачных полимеров, если это будет увязываться с технологией включения в них люминофоров. При выборе активаторов лучше всего, как и указывалось выше, ориентироваться на длины волн в области 800...850 нм, а их плотность но объему закладывать постоянной. Источником излучения может быть GaAlAs-светодиод. При этом СИД и координатный ФП должны соответствовать по длине волны выбранному активатору. Вероятную ошибку измерения h при использовании данного подварианта можно ожидать до 1 мм.A variant of the above method for determining the height of the liquid level is that an additional burst of radiation output from the side surface of the body is created by incorporating transforming and / or scattering additives, for example, phosphors, into the body. As phosphors can be used salts of rare earth elements or actinides that form glow centers. The rod for this subvariant can be made of borosilicate glass with n t ≈ 1.5 and attenuation of about 50 dB / km [8]. It is possible to use other materials for the rod, including transparent polymers, if this is linked to the technology of incorporating phosphors into them. When choosing activators, it is best, as mentioned above, to focus on wavelengths in the region of 800 ... 850 nm, and to set their density but volume constant. The radiation source may be a GaAlAs LED. In this case, the LED and the coordinate FP should correspond to the selected activator in wavelength. A probable measurement error of h when using this subvariant can be expected up to 1 mm.

По 2-му варианту способ определения высоты уровня жидкости заключается в том, что направляют оптическое излучение по достаточно прозрачному протяженному телу (ленте, стержню, волокну), погруженному в жидкость, и регистрируют выходящее из боковой поверхности тела излучение индикатором на поддавке, по которому (излучению) судят о высоте уровня жидкости, отличающийся тем, что создают заданную по глубине закономерность интенсивности излучения из боковой поверхности, достигая это путем включения в тело преобразующих и/или рассеивающих излучение присадок, например, люминофоров, с их заданным по длине тела изменением объемной плотности.According to the 2nd variant, the method of determining the height of the liquid level consists in directing optical radiation along a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in the liquid and registering the radiation emerging from the side surface of the body with an indicator on the giveaway, according to which ( radiation) they judge the height of the liquid level, characterized in that they create a predetermined depth regularity of the intensity of radiation from the side surface, achieving this by incorporating transforming and / or scattering radiation into the body of additives, e.g., phosphors, with their bodies to specify the length change in the bulk density.

На фиг.6 приведена схема, соответствующая данному варианту способа. В жидкость 4 резервуара 1 погружен стержень 2 круглого сечения. Стержень закреплен на подставке 6 и имеет сверху источник излучения 5. Характеристики стержня и источника могут быть такими же, как и предложенные в описании подварианта 1-го варианта с применением присадок, за исключением объемной плотности активаторов. В данном случае она заложена по длине стержня такой, что интенсивность излучения из боковой поверхности отвечает выбранной закономерности по h. От фотодиода (одного или нескольких), закрепленного на поплавке 7, сигнал передается через кабель 8 на регистрацию. Величина сигнала зависит от заложенной закономерности излучения от присадок (например, люминофоров) по длине тела и, следовательно, определяет h. Фотодиод может быть вынесен за резервуар, а на его место установлен оптический приемник, связанный с фотодиодом волоконно-оптическим кабелем. Точность измерения h по 2-му варианту можно ожидать до 1 мм.Figure 6 shows a diagram corresponding to this variant of the method. A rod 2 of circular cross section is immersed in the liquid 4 of the tank 1. The rod is mounted on a stand 6 and has a radiation source 5. The characteristics of the rod and source can be the same as those proposed in the description of the sub-variant of the first embodiment using additives, with the exception of the bulk density of the activators. In this case, it is laid along the length of the rod such that the intensity of radiation from the side surface corresponds to the selected regularity in h. From the photodiode (one or more) mounted on the float 7, the signal is transmitted via cable 8 to the registration. The magnitude of the signal depends on the established pattern of radiation from additives (for example, phosphors) along the length of the body and, therefore, determines h. The photodiode can be taken out of the tank, and in its place is an optical receiver connected to the photodiode with a fiber-optic cable. The accuracy of measuring h according to the 2nd embodiment can be expected up to 1 mm.

При трудностях реализации 1-го или 2-го варианта определения h протяженное тело и (или) ФП вместе или по отдельности берут выполненными в защитном корпусе и, при необходимости, в виде секций с соединителями. Применение того или иного варианта определения h зависит от многих причин: прозрачности жидкости, вида жидкости и связанной с этим безопасности работ, возможности использования регуляторов смачивания и т.д.If it is difficult to implement the 1st or 2nd variant of determining h, the extended body and (or) the AF together or separately are taken to be made in a protective housing and, if necessary, in the form of sections with connectors. The use of one or another variant of determining h depends on many reasons: the transparency of the liquid, the type of liquid and the associated work safety, the possibility of using wetting regulators, etc.

Источники информацииSources of information

1. Анисимова И.Д. и др. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазон спектра. -М.: Радио и связь, 1984, 216 с.1. Anisimova I.D. Semiconductor photodetectors: Ultraviolet, visible and near infrared spectral range. -M.: Radio and Communications, 1984, 216 p.

2. Бромберг А.А. и др. Механическое и энергетическое оборудование аэропортов. -М.: Машиностроение, 1968, 336 с.2. Bromberg A.A. and others. Mechanical and power equipment of airports. -M.: Engineering, 1968, 336 p.

3. Гроднев И.И., Шварцман В.О. Теория направляющих систем связи. -М.: Связь, 1978, 296 с.3. Grodnev I.I., Schwartzman V.O. Theory of directing communication systems. -M .: Communication, 1978, 296 p.

4. Ипатов А.М. Эксплуатация резервуаров склада горюче-смазочных материалов. -М.: Транспорт, 1985, 176 с.4. Ipatov A.M. Operation of storage tanks for fuels and lubricants. -M .: Transport, 1985, 176 p.

5. Ишанин Г.Г. и др. Источники и приемники излучения. -СПб.: Политехника, 1991, 240 с.5. Ishanin G.G. et al. Sources and receivers of radiation. -SPb .: Polytechnic, 1991, 240 pp.

6. Литвинов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в гражданской авиации. -М.: Транспорт, 1987, 312 с.6. Litvinov A.A. Fundamentals of the use of fuels and lubricants in civil aviation. -M .: Transport, 1987, 312 p.

7. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Светоизлучающие диоды и их применение. -М.: Радио и связь, 1988, 80 с.7. Mukhitdinov M., Musaev E.S. Light emitting diodes and their application. -M .: Radio and communications, 1988, 80 p.

8. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. -М.: Советское радио, 1977, 232 с.8. Nosov Yu.R. Optoelectronics -M .: Soviet Radio, 1977, 232 p.

9. Датчик уровня емкостной ДУЕ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Са 2.834.002 ТО.9. Level sensor capacitive DUE-1. Technical description and operating instructions for Ca 2.834.002 TO.

10. БСЭ. Т. 7, с.519. -М.: Советская энциклопедия, 1972, 608 с.10. TSB. T. 7, p. 519. -M .: Soviet Encyclopedia, 1972, 608 p.

11. Химическая энциклопедия. Т. 4, с.24. -М.: Большая российская энциклопедия, 1995, 640 с.11. Chemical encyclopedia. T. 4, p. 24. -M.: Big Russian Encyclopedia, 1995, 640 p.

Claims (3)

1. Способ определения высоты уровня жидкости, заключающийся в том, что направляют оптическое излучение по достаточно прозрачному протяженному телу (ленте, стержню, волокну), погруженному в жидкость, и регистрируют выходящее из тела излучение, по которому судят о высоте уровня жидкости, отличающийся тем, что излучение в теле направляют под углами падения к боковой поверхности тела, обеспечивающими наибольший выход излучения в жидкость из боковой поверхности, и регистрируют всплеск выхода излучения из боковой поверхности в жидкость вблизи уровня координатным фотоприемником, расположенным вдоль тела.1. The method of determining the height of the liquid level, which consists in directing optical radiation through a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in the liquid, and registering the radiation coming out of the body, which is used to judge the height of the liquid level, characterized in that the radiation in the body is directed at angles of incidence to the side surface of the body, providing the greatest output of radiation into the liquid from the side surface, and a burst of radiation output from the side surface to the liquid is recorded near level coordinate photodetector located along the body. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный всплеск выхода излучения из боковой поверхности тела создают путем включения в тело преобразующих и/или рассеивающих присадок, например, люминофоров.2. The method according to claim 1, characterized in that an additional burst of radiation output from the side surface of the body is created by incorporating transforming and / or scattering additives, for example, phosphors, into the body. 3. Способ определения высоты уровня жидкости, заключающийся в том, что направляют оптическое излучение по достаточно прозрачному протяженному телу (ленте, стержню, волокну), погруженному в жидкость, и регистрируют выходящее из боковой поверхности тела излучение индикатором на поплавке, по которому (излучению) судят о высоте уровня жидкости, отличающийся тем, что создают заданную по глубине закономерность интенсивности излучения из боковой поверхности, достигая это путем включения в тело преобразующих и/или рассеивающих излучение присадок, например, люминофоров, с их заданным по длине тела изменением объемной плотности.3. The method of determining the height of the liquid level, which consists in directing optical radiation along a sufficiently transparent extended body (tape, rod, fiber) immersed in the liquid, and registering the radiation emerging from the side surface of the body with an indicator on the float, by which (radiation) they judge the height of the liquid level, characterized in that they create a predetermined depth regularity of the intensity of radiation from the side surface, achieving this by incorporating additives that convert and / or scatter radiation into the body for example, phosphors, with their specify the length of the body change the bulk density.
RU2002105935/28A 2002-03-06 2002-03-06 Method of liquid level determination (variants) RU2231028C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105935/28A RU2231028C2 (en) 2002-03-06 2002-03-06 Method of liquid level determination (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105935/28A RU2231028C2 (en) 2002-03-06 2002-03-06 Method of liquid level determination (variants)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002105935A RU2002105935A (en) 2003-11-27
RU2231028C2 true RU2231028C2 (en) 2004-06-20

Family

ID=32845498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002105935/28A RU2231028C2 (en) 2002-03-06 2002-03-06 Method of liquid level determination (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2231028C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6975388B2 (en) Optical-fiber refractometer
US4994682A (en) Fiber optic continuous liquid level sensor
US6668645B1 (en) Optical fuel level sensor
US4320291A (en) Optical instrument
US4342919A (en) Fiber optical measuring device
CN104897243B (en) Liquid level emasuring device and level measuring method based on anallatic transparency liquid
US4942306A (en) Fibre optic sensor for the continuous measurement liquids level and other parameters
US6172377B1 (en) Fluorescent optical liquid level sensor
Zhao et al. Monitoring technology of salinity in water with optical fiber sensor
CA1332205C (en) Fibre optic sensors for the continuous measurement of liquid level and other parameters
GB2217834A (en) Evanescent sensor
US6795598B1 (en) Liquid-level sensor having multiple solid optical conductors with surface discontinuities
US6693285B1 (en) Fluorescent fluid interface position sensor
RU2231028C2 (en) Method of liquid level determination (variants)
RU2359237C1 (en) Lightguide float-type non-contact level gauge with digital output of results
JP2006300793A (en) Optical liquid-level sensor
KR102345553B1 (en) optical fiber temperature sensor and temperature measurement apparatus using the same
RU2707979C1 (en) Hydrostatic fiber-optic liquid level sensor with position-sensitive detector
RU2431808C1 (en) Fluid level optoelectronic measurement system
RU2429453C2 (en) Fibre optic signaliser of fluid level and type
RU2804679C1 (en) Fibre-optic displacement sensor
US5224188A (en) Eccentric core optical fiber
JPS6066137A (en) Liquid refractive index sensor head
US7130061B2 (en) System and method for monitoring properties of a medium by fiber optics
US11709087B2 (en) Self-calibrating optical device for the contactless measurement of the level of a liquid

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050307