RU2286551C1 - Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method - Google Patents
Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286551C1 RU2286551C1 RU2005115631/28A RU2005115631A RU2286551C1 RU 2286551 C1 RU2286551 C1 RU 2286551C1 RU 2005115631/28 A RU2005115631/28 A RU 2005115631/28A RU 2005115631 A RU2005115631 A RU 2005115631A RU 2286551 C1 RU2286551 C1 RU 2286551C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- sensors
- liquid
- electrodes
- level gauge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких продуктов, в частности нефти и нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the level of liquid products, in particular oil and oil products in railway tanks.
Известен емкостный уровнемер, патент №2042928, опубл. 27.08.95 г. Уровнемер содержит последовательно соединенные секции, каждая из которых состоит из дискретных и непрерывного емкостных датчиков уровня, плоскости входных электродов непрерывного датчика расположены параллельно друг к другу и с перекрытием по длине секции, а в зонах перекрытия расположены дискретные датчики уровня, уровнемер также содержит коммутатор импульсов опроса датчиков, аналого-цифровой преобразователь, формирователь адресов датчиков и вычислительный блок.Known патент 2042928, publ. 08/27/95, the level gauge contains sections connected in series, each of which consists of discrete and continuous capacitive level sensors, the planes of the input electrodes of the continuous sensor are parallel to each other and overlapped along the length of the section, and discrete level sensors are located in the overlap zones also contains a switch for pulse polling sensors, an analog-to-digital converter, an address generator of sensors and a computing unit.
Электродами датчиков уровня являются печатные платы, изготовленные методом гальванопластики на поверхности гибкой диэлектрической пленки, свернутой в трубку, что является трудоемким и дорогим технологическим процессом, кроме того, дискретные датчики имеют небольшую емкость, что может привести к отказам под влиянием дестабилизирующих факторов, например конденсата, и потере точности.The electrodes of the level sensors are printed circuit boards made by electroforming on the surface of a flexible dielectric film rolled into a tube, which is a laborious and expensive process, in addition, discrete sensors have a small capacity, which can lead to failures under the influence of destabilizing factors, such as condensate, and loss of accuracy.
Известен принятый за прототип способ измерения уровня диэлектрической жидкости, опубликованная заявка №203100414, дата публикации 2004.07.20, включающий последовательное измерение емкости единичных конденсаторов, начиная с нижнего и находят искомый первый с неполным уровнем заполнения, а уровень жидкости определяют после предварительного измерения суммарной емкости искомого конденсатора и подключенного параллельно ему на время измерения смежного с ним нижнего полностью заполненного конденсатора и их длины заполнения.Known adopted for the prototype method of measuring the level of dielectric liquid, published application No. 203100414, publication date 2004.07.20, including sequential measurement of the capacitance of individual capacitors, starting from the bottom and find the desired first with an incomplete filling level, and the liquid level is determined after preliminary measurement of the total capacity of the desired the capacitor and connected in parallel with it for the time of measuring the adjacent lower fully filled capacitor and their filling length.
Этот способ измерения не обладает достаточной точностью для использования в портативных переносных уровнемерах типа штанги, где возникают дополнительные погрешности под действием механических нагрузок.This measurement method does not have sufficient accuracy for use in portable portable level gauges such as rods, where additional errors arise under the action of mechanical loads.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение технологичности, надежности и точности измерения уровня жидкого продукта.The objective of the proposed technical solution is to eliminate these shortcomings, improving manufacturability, reliability and accuracy of measuring the level of a liquid product.
Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что в способе измерения уровня жидкости погруженным в нее емкостным уровнемером, содержащим штангу с единичными емкостными датчиками уровня, расположенными по ее длине, включающем последовательный опрос датчиков, определение искомого номера датчика, погруженного в жидкость не полностью, и последующее измерение уровня жидкости с пары датчиков, последовательный опрос датчиков производят парами последующего датчика с предыдущим, а измеряемый уровень жидкости вычисляют по значениям емкостей одной из двух пар датчиков с номерами N (i-1, i) или N (i, i+1) и по одной из формул:The problem with the achievement of the technical result is solved due to the fact that in the method of measuring the liquid level immersed in it by a capacitive level gauge containing a rod with single capacitive level sensors located along its length, including a serial survey of the sensors, the determination of the desired number of the sensor immersed in the liquid is not completely, and subsequent measurement of the liquid level from a pair of sensors, sequential interrogation of the sensors is carried out in pairs of the subsequent sensor with the previous one, and the measured level is liquid The values are calculated from the capacitance values of one of the two pairs of sensors with the numbers N (i-1, i) or N (i, i + 1) and according to one of the formulas:
гдеWhere
Н - уровень жидкости;H is the liquid level;
h - шаг между расположением электродов единичных емкостных датчиков;h is the step between the arrangement of the electrodes of single capacitive sensors;
i=1,2,3,4... номер искомого единичного емкостного датчика, заполненного жидкостью не полностью;i = 1,2,3,4 ... the number of the required single capacitive sensor, not completely filled with liquid;
d li-1, i d li, i+1 - длина заполнения жидкостью пар емкостных единичных датчиков с номерами N (i-1, i) или N(i, i+1) соответственно;dl i-1, i dl i, i + 1 - the length of the liquid filling pairs of capacitive unit sensors with numbers N (i-1, i) or N (i, i + 1), respectively;
выбор пары датчиков с номерами N (i, i+1) и формулы (2) для расчета измеряемого уровня производят при условии, что длина заполнения жидкостью d li, i+1 пары единичных емкостных датчиков N(i, i+1) больше или равна 1,5D, где D - межэлектродное пространство единичных емкостных датчиков.the choice of a pair of sensors with numbers N (i, i + 1) and formulas (2) for calculating the measured level is carried out provided that the liquid filling length dl i, i + 1 of a pair of unit capacitive sensors N (i, i + 1) is greater than or equal to 1.5D, where D is the interelectrode space of single capacitive sensors.
Поставленная задача решается также за счет того, что в уровнемере для измерения уровня жидкости, содержащем штангу с единичными емкостными датчиками уровня, расположенными по ее длине, штанга выполнена в виде полой длинномерной конструкции, внутри которой размещена и прикреплена к ней пара печатных плат в виде реек, установленных параллельно друг другу и на фиксированном расстоянии друг от друга, образуя на противоположных, обращенных друг к другу, поверхностях плоские конденсаторы или - единичные емкостные датчики уровня, посредством входных электродов на одной печатной плате и общего выходного электрода на противоположной печатной плате, причем печатные платы объединены в секции, а величина фиксированного расстояния D, образующего межэлектродное пространство между входными и выходным электродами датчиков уровня, обеспечена длиной распорных втулок, установленных между параллельными печатными платами, жестко прикрепленных к полой длинномерной конструкции втулками или кронштейнами, а также за счет того, что полая длинномерная конструкция выполнена в виде трубы, фиксированное расстояние D=6 мм, входные электроды расположены друг от друга с зазором между собой 0,5 мм и с шагом h=100 мм.The problem is also solved due to the fact that in the level gauge for measuring the liquid level, containing a rod with single capacitive level sensors located along its length, the rod is made in the form of a hollow long structure, inside which a pair of printed circuit boards in the form of rails is placed and attached to it mounted parallel to each other and at a fixed distance from each other, forming flat capacitors on the opposite surfaces facing each other or - unit capacitive level sensors, by means of lead electrodes on one printed circuit board and a common output electrode on the opposite printed circuit board, and the printed circuit boards are combined in sections, and the value of the fixed distance D, forming the interelectrode space between the input and output electrodes of the level sensors, is provided by the length of the spacers installed between the parallel printed circuit boards, rigidly attached to the hollow long structure by bushings or brackets, and also due to the fact that the hollow long structure is made in the form of a pipe, fixed the distance D = 6 mm, the input electrodes are spaced from each other with a gap of 0.5 mm between them and with a step of h = 100 mm.
Существует линейная зависимость выходных кодов от величины длины заполнения датчиков dl. С увеличением длины заполнения датчиков растет абсолютная погрешность измерения этой из-за увеличения погрешности наклона этой линейной зависимости, поэтому, с одной стороны, более ранний переход с одной пары электродов на другую приводит к повышению точности измерений, однако, с другой стороны, на краях электродов происходит искривление силовых линий электрического поля, поэтому ранний переход с одной пары электродов на другую приводит к искажению линейной зависимости выходных кодов от величины заполнения и дополнительным погрешностям. Таким образом, существует оптимальный критерий выбора пары электродов для измерения, а именно: если длина заполнения жидкостью d li, i+1 у пары электродов N(i, i+1) электродов больше или равна 1,5D, где D - межэлектродное пространство конденсаторов, то измерения производят со следующей пары электродов N(i, i+1), в противном случае - с предыдущей пары с номером N(i-1, i). На расстояниях, равных 1,5 D, гарантированно исключается нелинейный участок, возникающий за счет краевых эффектов.There is a linear dependence of the output codes on the magnitude of the filling length of the sensors dl. With increasing sensor filling length, the absolute measurement error of this one increases due to an increase in the slope error of this linear dependence, therefore, on the one hand, an earlier transition from one pair of electrodes to another leads to an increase in measurement accuracy, however, on the other hand, at the edges of the electrodes there is a curvature of the electric field lines, so an early transition from one pair of electrodes to another leads to a distortion of the linear dependence of the output codes on the amount of filling and an additional error pits. Thus, there is an optimal criterion for choosing a pair of electrodes for measurement, namely: if the liquid filling length dl i, i + 1 for the pair of electrodes N (i, i + 1) of the electrodes is greater than or equal to 1.5D, where D is the interelectrode space of the capacitors , then measurements are made from the next pair of electrodes N (i, i + 1), otherwise, from the previous pair with the number N (i-1, i). At distances equal to 1.5 D, a non-linear section arising due to edge effects is guaranteed to be excluded.
Устройство и способ поясняются чертежами, фиг. 1 - структурная электрическая схема уровнемера. Фиг. 2 - общий вид секции уровнемера, фиг.3 - разрез по А-А.The device and method are illustrated by drawings, FIG. 1 is a structural electrical diagram of a level gauge. FIG. 2 is a general view of a section of a level gauge; FIG. 3 is a section along AA.
Уровнемер, фиг.1, состоит из последовательно расположенных секций 1, каждая из которых содержит установленные друг за другом единичные датчики уровня, имеющие входные электроды 2 или общий выходной электрод 3, секционное микропроцессорное устройство 4, которое соединено информационной шиной с центральным процессорным устройством 5, состоящим из устройства ввода-вывода 6, памяти 7, арифметического устройства 8, устройства управления 9 и устройства отображения 10. Выходные электроды 3 всех секций соединены со входным зарядочувствительным усилителем ЗЧУ 11, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя АЦП 12, а выход АЦП 12 через устройство ввода-вывода 6 - с центральным процессорным устройством 5, а также с дисплеем устройства отображения 10.The level gauge, figure 1, consists of sequentially arranged sections 1, each of which contains single level sensors installed one after another, having
Уровнемер типа штанги, фиг.1 и фиг.2, представляет собой полую длинномерную конструкцию, в частности трубу 13, внутри которой расположены сборки из двух печатных плат в виде реек 14 и 15, на одной из которых расположены входные электроды 2 с зазором между собой 0,5 мм и с шагом h=100 мм, а на другой непрерывный выходной электрод 3, образуя плоскопараллельные единичные конденсаторы - единичные датчики уровня, межэлектродное расстояние В=6 мм обеспечивается распорными втулками 16, в верхней части уровнемера на одной из реек закреплена плата микропроцессорного блока 5. С помощью полукруглых втулок 17 и винтовых соединений сборки из реек 14 и 15 крепятся между собой, наращивая длину секции, а затем и к трубе 13. На концах секции устанавливают стыковочный узел 18 для объединения их в длинномерную конструкцию уровнемера типа штанги с диапазоном измерения уровня от 1,8 м до 3,5 м.The rod type level gauge, FIG. 1 and FIG. 2, is a hollow lengthy structure, in particular a
Уровнемер, фиг.1, работает следующим образом. Каждое секционное микропроцессорное устройство 4 имеет свой порядковый номер, который записан в его памяти. С центрального процессорного устройства 5 подается команда на секционное микропроцессорное устройство 4 для формирования опросных импульсов напряжения на первую пару датчиков. Данная команда содержит номер секционного микропроцессорного устройства и номера опрашиваемых датчиков. Опрос датчиков производят снизу вверх. Опросные импульсы, проходя через входные 2 и выходные электроды 3 1-го и 2-го датчиков, поступают на вход ЗЧУ 11, в котором емкость 1-го и 2-го датчиков преобразуется в амплитуду импульса напряжения.The level gauge, figure 1, works as follows. Each sectional microprocessor device 4 has its own serial number, which is recorded in its memory. From the
Амплитуда импульса напряжения 1-го и 2-го датчиков в АЦП 12 преобразуется в двоичный код, который поступает через устройство ввода-вывода 6 на центральное процессорное устройство 5 и там хранится в памяти 7. Затем опрашивается другая пара датчиков 2-й и 3-й и в центральный процессор 5 снова поступает двоичный код и т.д. В энергонезависимой памяти каждого секционного микропроцессорного устройства 4 хранятся "сухие" и "мокрые" коды попарно включенных датчиков. Центральное микропроцессорное устройство 5, сравнивая поступающие коды с датчиков с записанными в памяти "сухими" и "мокрыми" кодами, определяет пары датчиков, находящихся на границе раздела сред воздух-жидкость или не полностью погруженных. Например, на границе раздела находятся две пары датчиков при i=2 с номерами N(1,2) и N (2,3). Если длина заполнения пары датчиков d l2,3 меньше 1,5D, где D=6 мм межэлектродное расстояние между входными и выходным электродом датчиков уровня, тогда вычисление ведут по формуле (1):The amplitude of the voltage pulse of the 1st and 2nd sensors in the ADC 12 is converted into binary code, which is transmitted through the input-output device 6 to the
H=dl1,2 H = dl 1,2
гдеWhere
Н - уровень жидкости;H is the liquid level;
d l1,2 - длина заполнения пары датчиков с номерами N(1,2), т.е. измеренный уровень жидкости Н будет равен длине заполнения пары датчиков с номерами N(1,2). Но если длина заполнения пары датчиков d l2,3 больше или равна 1,5D, тогда вычисление ведут по формуле (2), и измеренный уровень Н будет равенdl 1,2 is the filling length of a pair of sensors with numbers N (1,2), i.e. the measured liquid level N will be equal to the filling length of the pair of sensors with numbers N (1,2). But if the filling length of the pair of sensors dl 2,3 is greater than or equal to 1.5D, then the calculation is carried out according to the formula (2), and the measured level H will be equal to
H=h+d l2,3 H = h + dl 2,3
гдеWhere
Н - уровень жидкости;H is the liquid level;
h=100 мм - шаг расположения электродов единичных датчиков;h = 100 mm is the spacing of the electrodes of individual sensors;
d l2,3 - длина заполнения пары датчиков с номерами N(2,3).dl 2,3 - filling length of a pair of sensors with numbers N (2,3).
Расчет уровня жидкости по парам электродов - последующий с предыдущим, при идеальном значении параметров, т.е. без учета погрешностей от наклона линейной зависимости выходных кодов от величины длины заполнения датчиков dl, равнозначен. Практически все значения, входящие в формулы (1) и (2), определяются с погрешностями, поэтому реально формулы (1)и (2) неравнозначны.The calculation of the liquid level by pairs of electrodes is the next with the previous, with the ideal value of the parameters, i.e. excluding errors from the slope of the linear dependence of the output codes on the size of the filling length of the sensors dl, is equivalent. Almost all values included in formulas (1) and (2) are determined with errors; therefore, formulas (1) and (2) are actually unequal.
Экспериментально подобран оптимальный критерий выбора пары электродов для измерения, а именно: если длина заполнения пары датчиков d li, i+1 больше или равен 1,5D, где D - межэлектродное пространство конденсаторов, то измерения производят с следующей пары электродов N(i, i+1), т.е. состоящей из i-го и следующего за ним (i+1)-го электрода.The optimal criterion for choosing a pair of electrodes for measurement was experimentally selected, namely: if the filling length of the pair of sensors dl i, i + 1 is greater than or equal to 1.5D, where D is the interelectrode space of the capacitors, then measurements are made from the next pair of electrodes N (i, i +1), i.e. consisting of the i-th and the following (i + 1) -th electrode.
Предлагаемая портативная конструкция уровнемера в виде измерительной штанги с малым весом и предлагаемый способ измерения, обеспечивающий погрешность не хуже 1 мм, будут иметь преимущества перед существующими прямыми методами измерения, требующими финансовых затрат на метрологические проверки и техническое обслуживание.The proposed portable design of the level gauge in the form of a measuring rod with a low weight and the proposed measurement method, providing an error of at least 1 mm, will have advantages over existing direct measurement methods that require financial costs for metrological checks and maintenance.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115631/28A RU2286551C1 (en) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115631/28A RU2286551C1 (en) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2286551C1 true RU2286551C1 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=37438733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005115631/28A RU2286551C1 (en) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2286551C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521270C1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-06-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method to define plane inclination angle |
RU2808936C1 (en) * | 2023-05-23 | 2023-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТИК" | Discrete capacitance level gauge |
-
2005
- 2005-05-23 RU RU2005115631/28A patent/RU2286551C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521270C1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-06-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method to define plane inclination angle |
RU2808936C1 (en) * | 2023-05-23 | 2023-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТИК" | Discrete capacitance level gauge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4392378A (en) | Capacitance measuring apparatus | |
CN105320596B (en) | A kind of bridge deflection test method and its system based on inclinator | |
DE102014101855B4 (en) | Measuring device for detecting material level and temperature | |
US4038871A (en) | Liquid level gauge | |
JPH0544963B2 (en) | ||
RU2286551C1 (en) | Method for measuring level of liquid and bar type level meter for realization of method | |
JPH11108735A (en) | Water level sensor | |
JP2009513963A (en) | Capacitance type gauge | |
GB2066961A (en) | Electronic capacitive liquid level gauge | |
RU105437U1 (en) | CAPACITIVE LEVEL MEASURER WITH DISCRETE MEASUREMENT OF THE LEVEL OF LIGHT OIL PRODUCTS AND BASED WATER | |
RU2521270C1 (en) | Method to define plane inclination angle | |
CN105784074A (en) | High-accuracy array type liquid level measurement device | |
RU97521U1 (en) | CAPACITY LEVEL METER | |
RU2242727C2 (en) | Method of measuring dielectric liquid level | |
KR102260386B1 (en) | Sensing device | |
RU2042928C1 (en) | Capacitor level meter | |
JP6132482B2 (en) | Liquid level detector | |
RU2439504C2 (en) | Oil-water flow interface position meter | |
UA121582C2 (en) | METHOD OF MEASURING THE LEVEL OF A DIELECTRIC LIQUID AND A CAPACITIVE LEVELER FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2808936C1 (en) | Discrete capacitance level gauge | |
CN205664908U (en) | Array high accuracy level measurement device | |
Khan et al. | A non-contact capacitance type level transducer for liquid characterization | |
CN102128604A (en) | Displacement measuring method | |
CN104976954B (en) | A kind of lock level monitoring system based on grating measuring | |
RU2239164C2 (en) | Capacitance-type level gage with boom |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120524 |