RU2242727C2

RU2242727C2 - Method of measuring dielectric liquid level

Info

Publication number: RU2242727C2
Application number: RU2003100414/28A
Authority: RU
Inventors: В.И. Воропаев (RU); В.И. Воропаев; А.И. Свиридов (RU); А.И. Свиридов; А.Е. Петухов (RU); А.Е. Петухов; Е.В. Черный (RU); Е.В. Черный
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Парадизо-В"
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-12-20

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: method includes measuring the level of dielectric liquid with a submerged capacity level meter made of a set of capacitors arranged vertically one above the other and numbered from bottom to the top. The space between the electrodes is free for supplying the dielectric liquid. The capacities of the capacitors are measured subsequently from the bottom capacitor. The seek number of the first capacitor whose space between the electrode is filled with the dielectric liquid is determined. The total capacity of the capacitor is measured. The level of the dielectric liquid is then determined from the formula proposed.

EFFECT: enhanced accuracy of measurements.

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионного измерения уровня диэлектрической жидкости, преимущественно для коммерческого учета нефтепродуктов при работе в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами.The invention relates to instrumentation and can be used for precision measurement of the level of dielectric fluid, mainly for commercial accounting of petroleum products when working as part of automated process control systems.

Известен емкостной уровнемер в виде последовательно соединенных секций, каждая из которых содержит чередующиеся дискретные и непрерывные емкостные датчики уровня, коммутатор импульсов опроса датчиков, преобразователь емкости в код и вычислительный блок, при этом входные электроды непрерывных емкостных датчиков уровня расположены параллельно и с частичным перекрытием по высоте, а в каждой зоне их перекрытия расположен входной электрод одного из дискретных емкостных датчиков (смотри авт. св. СССР №2005999 от 10.02.92 г., кл. G 01 F 23/26).Known capacitive level gauge in the form of series-connected sections, each of which contains alternating discrete and continuous capacitive level sensors, a pulse interrogator of sensor polls, a capacitor into a code and a computing unit, while the input electrodes of continuous capacitive level sensors are parallel and partially overlapped in height , and in each zone of their overlap, the input electrode of one of the discrete capacitive sensors is located (see ed. St. USSR No. 2005999 of 02.10.92, class G 01 F 23/26).

В вышеуказанном уровнемере уровень жидкости определяют путем умножения длины шага расположения дискретных емкостных датчиков на порядковый номер верхнего дискретного емкостного датчика, погруженного в жидкость, и прибавления к вышеуказанному произведению вычисленной длины заполнения жидкостью верхнего единичного непрерывного датчика уровня, в зоне перекрытия которого расположен последний заполненный жидкостью дискретный датчик.In the aforementioned level gauge, the liquid level is determined by multiplying the step length of the discrete capacitive sensors by the serial number of the upper discrete capacitive sensor immersed in the liquid and adding to the above product the calculated liquid filling length of the upper single continuous level sensor, in the overlap zone of which there is the last discrete liquid filled sensor.

Наличие у известного емкостного уровнемера непрерывных датчиков уровня с частичным перекрытием входных электродов и расположенных в зонах перекрытия, дискретных емкостных датчиков существенно усложняет его конструкцию.The presence of a known capacitive level gauge of continuous level sensors with partial overlap of the input electrodes and discrete capacitive sensors located in the overlapping zones significantly complicates its design.

Поскольку длина входных электродов дискретных датчиков уровня составляет менее 30% от длины перекрытия электродов смежных непрерывных емкостных датчиков, емкость этих дискретных датчиков чрезмерно мала, они чувствительны к полям рассеяния, паразитным емкостям, их емкость существенно зависит от изменений температуры и диэлектрической проницаемости измеряемой жидкости, что снижает достоверность определения количества погруженных в жидкость дискретных емкостных датчиков.Since the length of the input electrodes of discrete level sensors is less than 30% of the overlap length of the electrodes of adjacent continuous capacitive sensors, the capacitance of these discrete sensors is excessively small, they are sensitive to scattering fields, stray capacitances, their capacitance significantly depends on changes in temperature and dielectric constant of the measured liquid, which reduces the reliability of determining the number of discrete capacitive sensors immersed in the liquid.

Также известен способ измерения уровня диэлектрической жидкости с помощью емкостного уровнемера, содержащего единичные конденсаторы, расположенные вертикально один над другим, при этом их входные электроды в процессе измерения поочередно снизу вверх подключаются к источнику опросного сигнала, а выходные электроды объединены и подключены к преобразователю емкости в выходной сигнал (смотри патент WO 00/63657 от 19.02.2000 г., кл. G 01 F 23/26).Also known is a method of measuring the level of a dielectric liquid using a capacitive level gauge containing unit capacitors located vertically one above the other, while their input electrodes are alternately connected from the source of the interrogation signal from the source to the interrogation signal, and the output electrodes are combined and connected to the capacitor transducer in the output signal (see patent WO 00/63657 of 02/19/2000, CL G 01 F 23/26).

Согласно известному способу уровень жидкости определяется по количеству полностью погруженных в жидкость единичных конденсаторов и длины шага их расположения.According to the known method, the liquid level is determined by the number of individual capacitors completely immersed in the liquid and the step length of their location.

Недостатком емкостного уровнемера, реализованного по известному способу, является существенное влияние нелинейности электрического поля на торцах электродов единичных конденсаторов на погрешность измерения уровня с точностью до длины заполнения единичного конденсатора диэлектрической жидкостью.The disadvantage of a capacitive level meter, implemented by a known method, is the significant effect of non-linearity of the electric field at the ends of the electrodes of a single capacitor on the measurement error of the level accurate to the length of the filling of a single capacitor with a dielectric fluid.

Техническим результатом, получаемым при реализации заявляемого изобретения, является повышение точности измерения уровня диэлектрической жидкости вблизи торцов смежных единичных конденсаторов за счет уменьшения влияния нелинейности электрического поля на достигаемый результат.The technical result obtained by the implementation of the claimed invention is to increase the accuracy of measuring the level of dielectric fluid near the ends of adjacent unit capacitors by reducing the effect of non-linearity of the electric field on the achieved result.

Указанный технический результат достигается тем, что уровень диэлектрической жидкости определяют после предварительного измерения суммарной емкости единичного конденсатора с искомым порядковым номером (единичный конденсатор, у которого междуэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью меньше его длины) и подключенного к нему параллельно на время измерения, смежного с ним нижнего единичного конденсатора и определения длины заполнения междуэлектродного пространства диэлектрической жидкостью этих двух параллельно подключенных единичных конденсаторов по формулеThe indicated technical result is achieved in that the dielectric liquid level is determined after preliminary measurement of the total capacitance of a single capacitor with the desired serial number (a single capacitor in which the interelectrode space is filled with a dielectric liquid less than its length) and connected to it at the same time as the measurement of the lower unit capacitor and determine the filling length of the interelectrode space with the dielectric fluid of these two in parallel connected unit capacitors according to the formula

где Lx - длина заполнения междуэлектродного пространства диэлектрической жидкостью двух смежных единичных конденсаторов, верхний из которых с искомым порядковым номером;where Lx is the filling length of the interelectrode space with a dielectric fluid of two adjacent unit capacitors, the upper of which with the desired serial number;

L - длина единичного конденсатора;L is the length of the unit capacitor;

i - искомый порядковый номер первого из единичных конденсаторов, междуэлектродное пространство которого заполнено диэлектрической жидкостью меньше его длины;i is the desired serial number of the first of the unit capacitors, the interelectrode space of which is filled with a dielectric liquid less than its length;

Ci,(i-1) - измеренное значение суммарной емкости двух параллельно подключенных смежных единичных конденсаторов, верхний из которых с искомым порядковым номером;Ci, (i-1) is the measured value of the total capacitance of two parallel connected unit capacitors, the upper of which with the desired serial number;

C(i-2) - измеренное значение емкости единичного конденсатора, междуэлектродное пространство которого заполнено полностью диэлектрической жидкостью;C (i-2) is the measured value of the capacitance of a single capacitor, the interelectrode space of which is filled completely with a dielectric fluid;

Cpsi, Cps(i-1), Cps(i-2) - паспортные значения емкостей единичных конденсаторов при отсутствии диэлектрической жидкости в их междуэлектродном пространстве соответственно с искомым порядковым номером, смежного с ним нижнего и смежного со смежным;Cpsi, Cps (i-1), Cps (i-2) - passport values of the capacitances of single capacitors in the absence of dielectric fluid in their interelectrode space, respectively, with the desired serial number, the lower and adjacent adjacent ones;

Cpmi, Cpm(i-1), Cpm(i-2) - паспортные значения емкостей единичных конденсаторов при заполнении диэлектрической жидкостью всего их междуэлектродного пространства соответственно с искомым порядковым номером, смежного с ним нижнего и смежного со смежным, при этом уровень диэлектрической жидкости определяют по формулеCpmi, Cpm (i-1), Cpm (i-2) - passport values of the capacitances of individual capacitors when filling with dielectric fluid their entire interelectrode space, respectively, with the desired serial number, adjacent to it lower and adjacent to adjacent, while the level of dielectric fluid is determined according to the formula

где U_x - уровень диэлектрической жидкости;where U _x is the dielectric fluid level;

L_x - длина заполнения междуэлектродного пространства диэлектрической жидкостью двух смежных единичных конденсаторов, верхний из которых с искомым порядковым номером.L _x is the filling length of the interelectrode space with a dielectric fluid of two adjacent unit capacitors, the upper of which with the desired serial number.

Благодаря предложенному новому способу измерения уровня электроды двух смежных единичных конденсаторов, подключаемых параллельно друг другу на время проведения измерительных работ, будут эквипотенциальны и неравномерность электрического поля между смежными торцами электродов этих единичных конденсаторов существенно уменьшится.Thanks to the proposed new method of level measurement, the electrodes of two adjacent unit capacitors connected in parallel to each other for the duration of the measurement work will be equipotential and the unevenness of the electric field between the adjacent ends of the electrodes of these unit capacitors will be significantly reduced.

Заявленный способ измерения уровня диэлектрической жидкости может быть реализован в емкостном уровнемере, у которого в качестве емкостных датчиков используются электроды плоскопараллельных конденсаторов с постоянным зазором между электродами и расположенных равномерно по высоте с зазором между торцами электродов меньшим допустимой погрешности измерения уровня диэлектрической жидкости.The claimed method for measuring the level of a dielectric liquid can be implemented in a capacitive level gauge, in which electrodes of plane-parallel capacitors are used as capacitive sensors with a constant gap between the electrodes and arranged uniformly in height with a gap between the ends of the electrodes less than the permissible error in measuring the level of the dielectric liquid.

Кроме этого, такой уровнемер должен иметь в своем составе формирователь опросных сигналов, устройство для подключения единичных конденсаторов к формирователю опросных сигналов, устройство для измерения емкости единичных конденсаторов и вычислительный блок. Вычислительный блок и формирователь опросных сигналов могут быть выполнены на базе микропроцессора, устройство для измерения емкости единичных конденсаторов может быть выполнено на базе операционного усилителя и аналого-цифрового преобразователя, устройство для подключения единичных конденсаторов к формирователю опросных сигналов может быть выполнено на базе программируемой логической матрицы или микропроцессора.In addition, such a level gauge should include an interrogator of interrogation signals, a device for connecting single capacitors to an interrogator of interrogation signals, a device for measuring the capacitance of single capacitors and a computing unit. The computing unit and the interrogator can be performed on the basis of a microprocessor, the device for measuring the capacitance of single capacitors can be made on the basis of an operational amplifier and an analog-to-digital converter, the device for connecting single capacitors to the interrogator can be performed on the basis of a programmable logic matrix or microprocessor.

Измерение уровня диэлектрической жидкости с помощью заявленного способа осуществляют следующим образом. В общем случае уровень диэлектрической жидкости может быть определен как сумма длин единичных конденсаторов, междуэлектродное пространство которых заполнено диэлектрической жидкостью полностью, и длины заполнения двух смежных единичных конденсаторов, расположенных на границе раздела жидкость - воздух. Для определения количества единичных конденсаторов, междуэлектродное пространство у которых заполнено диэлектрической жидкостью полностью, определяют порядковый номер первого из единичных конденсаторов, междуэлектродное пространство которого заполнено диэлектрической жидкостью в общем случае меньше его длины.The measurement of the level of dielectric fluid using the inventive method is as follows. In the general case, the dielectric fluid level can be defined as the sum of the lengths of individual capacitors, the interelectrode space of which is completely filled with dielectric fluid, and the filling lengths of two adjacent single capacitors located at the liquid-air interface. To determine the number of unit capacitors, the interelectrode space of which is completely filled with a dielectric fluid, the serial number of the first of the unit capacitors, the interelectrode space of which is filled with a dielectric fluid, is generally less than its length.

Для этого последовательно снизу вверх измеряют емкость каждого единичного конденсатора и полученное значение сравнивают с емкостью этого же единичного конденсатора, междуэлектродное пространство у которого заполнено диэлектрической жидкостью близко к половине его длины. Выбранное условие обеспечивает получение максимальной достоверности определения порядковых номеров двух смежных единичных конденсаторов, через один из которых проходит граница раздела жидкость - воздух. В этом случае емкость для сравнения Сс можно определить по паспортным значениям емкостей единичных конденсаторов, каждая из которых предварительно измерена при условии отсутствия контролируемой жидкости в междуэлектродном пространстве Cps и при полностью заполненном их междуэлектродном пространстве Срm, при этом Сс=(Cps+Срm)/2.To do this, the capacitance of each unit capacitor is measured successively from the bottom up and the obtained value is compared with the capacity of the same unit capacitor, the interelectrode space of which is filled with a dielectric liquid close to half its length. The selected condition ensures maximum reliability of determining the serial numbers of two adjacent unit capacitors, through one of which passes the liquid – air interface. In this case, the capacitance for comparing Cc can be determined by the passport values of the capacitances of individual capacitors, each of which is previously measured under the condition that there is no controlled liquid in the interelectrode space Cps and when the interelectrode space Cm is completely filled, while Cc = (Cps + Cm) / 2 .

Таким образом, по результатам вышеуказанного сравнения будет определен единичный конденсатор с искомым порядковым номером i и ниже расположенный смежный с ним единичный конденсатор с порядковым номером (i-1), которые находятся на границе раздела жидкость - воздух, при этом сама граница раздела может находиться выше половины длины единичного конденсатора с порядковым номером (i-1) и ниже половины длины единичного конденсатора с порядковым номером i, что исключает влияние нелинейности электрического поля на противоположных торцах этих электродов на погрешность измерения.Thus, according to the results of the above comparison, a unit capacitor with the desired serial number i will be determined and a unit capacitor adjacent to it with a serial number (i-1) located at the liquid-air interface, the interface itself may be higher half the length of a single capacitor with a serial number (i-1) and below half the length of a single capacitor with a serial number i, which eliminates the influence of nonlinearity of the electric field at opposite ends of these elec childbirth for measurement error.

Для определения длины заполнения жидкостью междуэлектродного пространства единичных конденсаторов с порядковыми номерами i и (i-1) их на время проведения измерений подключают параллельно между собой и измеряют суммарную емкость - Ci,(i-1). Используя результаты измерения емкости единичных конденсаторов C(i-2) и Ci,(i-1). паспортные значения емкости единичных конденсаторов Cpmi, Cpm(i-1), Cpm(i-2), Cpsi, Cps(i-1), Cps(i-2) и длину единичного конденсатора L, вычисляют уровень жидкости по вышеуказанным формулам (1) и (2). Поскольку нелинейность электрического поля на смежных торцах электродов смежных единичных конденсаторов с порядковыми номерами i и (i-1) существенно уменьшена за счет их эквипотенциальности, то и зависимость емкости Ci,(i-1) от изменения уровня диэлектрической жидкости будет иметь существенно меньшую погрешность, связанную с вышеуказанной нелинейностью электрического поля. Снижение погрешности проводимых измерений в конечном итоге повышает точность измерения уровня диэлектрической жидкости.To determine the length of the liquid filling the interelectrode space of individual capacitors with serial numbers i and (i-1), they are connected in parallel with each other for the duration of the measurements and the total capacitance is measured - Ci, (i-1). Using the results of measuring the capacitance of unit capacitors C (i-2) and Ci, (i-1). passport values of the capacitance of unit capacitors Cpmi, Cpm (i-1), Cpm (i-2), Cpsi, Cps (i-1), Cps (i-2) and the length of a unit capacitor L, calculate the liquid level using the above formulas (1 ) and 2). Since the nonlinearity of the electric field at the adjacent ends of the electrodes of adjacent unit capacitors with serial numbers i and (i-1) is significantly reduced due to their equipotentiality, the dependence of the capacitance Ci, (i-1) on the change in the level of the dielectric liquid will have a significantly smaller error, associated with the above nonlinearity of the electric field. Reducing the measurement error ultimately increases the accuracy of measuring the level of the dielectric fluid.

Claims

A method for measuring the level of a dielectric liquid immersed in it by a capacitive level gauge in the form of a series of identical unit capacitors arranged vertically one above the other and numbered from bottom to top, into the interelectrode space of which the above dielectric liquid freely enters, including sequential measurement of the capacitance of unit capacitors, starting with lower, and according to the results of the measurements, the determination of the desired serial number of the first of the unit condes nsator, in which the interelectrode space is filled with a dielectric liquid less than its length, as well as determining the level of dielectric liquid, characterized in that the level of dielectric liquid is determined after preliminary measurement of the total capacitance of a single capacitor with the desired serial number and connected to it in parallel for the measurement time adjacent to of the lower unit capacitor and determining the filling length of the interelectrode space with the dielectric fluid of these two pairs lllno connected unit capacitors according to the formula:

where L _x is the filling length of the interelectrode space with a dielectric fluid of two adjacent unit capacitors, the upper of which with the desired serial number;

L is the length of the unit capacitor;

i is the desired serial number of the first of the unit capacitors, the interelectrode space of which is filled with a dielectric liquid less than its length;

Ci, (i-1) is the measured value of the total capacitance of two parallel connected unit capacitors, the upper of which with the desired serial number;

Ci, (i-2) is the measured value of the capacitance of a single capacitor, the interelectrode space of which is filled completely with a dielectric fluid;

Cpsi, Cps (i-1), Cps (i-2) - passport values of the capacitances of single capacitors in the absence of dielectric fluid in their interelectrode space, respectively, with the desired serial number, the lower and adjacent adjacent ones;

Cpmi, Cpm (i-1), Cpm (i-2) - passport values of the capacities of individual condensates when filling with dielectric fluid their entire interelectrode space, respectively, with the desired serial number, the lower and adjacent adjacent ones,

while the level of dielectric fluid is determined by the formula:

where U _x is the dielectric fluid level;

L is the length of the unit capacitor;

L _x is the filling length of the interelectrode space with a dielectric fluid of two adjacent unit capacitors, the upper of which with the desired serial number.