RU2332643C1 - Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости - Google Patents
Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2332643C1 RU2332643C1 RU2007101950/28A RU2007101950A RU2332643C1 RU 2332643 C1 RU2332643 C1 RU 2332643C1 RU 2007101950/28 A RU2007101950/28 A RU 2007101950/28A RU 2007101950 A RU2007101950 A RU 2007101950A RU 2332643 C1 RU2332643 C1 RU 2332643C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- measuring
- sheath
- frequency
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в различных резервуарах и может быть использовано в системах дистанционного контроля фильтрации воды, давления в ненапорных пьезометрических скважинах, уровня воды в гидронивелирах плотин гидроэлектростанций. Сущность: устройство содержит дополнительный электрод в виде обсадной трубы скважины, в которую погружен коаксиальный кабель с металлической оплеткой, центральной жилой и изолирующей оболочкой. На внешней оболочке кабеля вдоль его длины равномерно размещены изолирующие шайбы. Между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом включен высокочастотный генератор подогрева. Устройство для измерения емкости выполнено в виде коммутатора, подсоединенного по первому входу к центральной жиле кабеля, а по второму - к его металлической оплетке. Выход коммутатора подсоединен к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний. Управляющий вход коммутатора подсоединен к импульсному генератору. Периодическое подключение к измерительному автогенератору центральной жилы кабеля, либо его металлической оплетки, обеспечивает преобразование измеряемой емкости погруженного конца кабеля и собственной емкости между центральной жилой и металлической оплеткой кабеля, несущей информацию о температуре окружающей среды, в частоту измерительного автогенератора, которые в решающем устройстве пересчитываются в измеряемый уровень воды с учетом температурной компенсации. Технический результат: устранение методических погрешностей и существенное повышение точности измерения в условиях изменяющихся параметров внешней среды. 3 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для измерения уровня электропроводящей жидкости в различных резервуарах и может быть использовано в системах дистанционного контроля фильтрации воды, давления в ненапорных пьезометрических скважинах, уровня воды в гидронивелирах плотин гидроэлектростанций.
Известно радиоволновое устройство измерения уровня жидкости, основанное на определении входного импеданса открытого погруженного конца волновода, либо радиочастотного кабеля (В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков «Радиоволновые измерения параметров технологических процессов», М.: Энергоатомиздат, 1989, 208 с.).
Однако в связи с зависимостью входного импеданса от состава растворенных в жидкости примесей и температуры радиоволновое устройство требует сложной автокомпенсации указанных влияний и не обеспечивает высокой точности измерений, обычно не менее 5% от величины уровня жидкости.
Наиболее близким к заявленному решению может быть устройство контроля уровня жидкости, содержащее погруженный в жидкость коаксиальный кабель, дополнительный электрод и устройство для измерения емкости между оплеткой кабеля и дополнительным электродом (К.Б.Карандаев и др. «Емкостный уровнемер». А.с. №146521. M Кл. G01F 23/26 от 19.05.61 Бюл. изобр. №8, 1962.).
Недостатком этого устройства является то, что из-за изменений внешней температуры и влажности на поверхности изоляции непогруженного участка кабеля в результат измерений вносится неконтролируемая и добавочная величина емкости за счет изменений поверхностного импеданса изолирующей оболочки кабеля.
В основу изобретения положена задача повышения точности измерения уровня электропроводящей жидкости, в частности воды, в условиях изменяющихся внешней температуры и влажности на поверхности непогруженного в жидкость участка кабеля.
Задача решается тем, что в устройстве для измерения уровня жидкости, например в пьезометрической скважине, содержащем погруженный в жидкость коаксиальный кабель, дополнительный электрод и устройство для измерения емкости между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например обсадной трубой скважины, согласно изобретению на внешней оболочке кабеля вдоль его длины равномерно размещены диэлектрические изолирующие шайбы, обеспечивающие снижение паразитной емкости между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например обсадной трубой, в местах касания с ней непогруженного в воду участка кабеля, между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например обсадной трубой, включен высокочастотный генератор подогрева, обеспечивающий устранение влаги на поверхности непогруженной части кабеля за счет высокочастотного подогрева изолирующей оболочки кабеля, устройство для измерения емкости выполнено в виде коммутатора, подсоединенного по одному из входов к центральной жиле кабеля, а по другому входу - к его металлической оплетке, выход коммутатора подсоединен к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний, управляющий вход коммутатора подсоединен к импульсному генератору, обеспечивающему периодическое подключение одного либо другого входа коммутатора к автогенератору высокочастотных колебаний, выход которого через линию связи подсоединен к измерителю частоты, а выход последнего - к решающему устройству, вычисляющему величину измеряемого уровня электропроводящей жидкости.
Отличительными от прототипа являются следующие признаки:
- на внешней оболочке кабеля вдоль его длины равномерно размещены изолирующие шайбы, обеспечивающие снижение паразитной емкости между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например обсадной трубой, в местах касания непогруженным в электропроводящую жидкость участком кабеля;
- между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например обсадной трубой, включен высокочастотный генератор подогрева, обеспечивающий устранение влаги на поверхности непогруженного участка кабеля за счет высокочастотного подогрева изолирующей оболочки кабеля;
- устройство для измерения емкости выполнено в виде коммутатора, подсоединенного по первому входу к центральной жиле кабеля, а по второму входу - к его металлической оплетке, выход коммутатора подсоединен к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний, управляющий вход коммутатора подсоединен к импульсному генератору, обеспечивающему периодическое подключение первого либо второго входа коммутатора к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний, выход которого через линию связи подсоединен к измерителю частоты, а выход последнего - к решающему устройству, вычисляющему величину измеряемого уровня жидкости.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения уровня воды, на фиг.2 - временная эпюра его работы, на фиг.3 - экспериментальная зависимость измеряемой емкости от длины погруженного участка кабеля.
Устройство для измерения уровня воды содержит дополнительный электрод 1 в виде обсадной трубы скважины, в которую погружен коаксиальный радиочастотный кабель 2 с металлической оплеткой 3, центральной жилой 4 и изолирующей оболочкой 5. На внешней оболочке коаксиального кабеля 2 вдоль его длины равномерно размещены изолирующие шайбы 6. Изолированный на конце коаксиальный кабель 2 погружен в воду, уровень 7 которой должен быть измерен. Устройство для измерения уровня воды также содержит коммутатор 8, одним из входов соединенный с металлической оплеткой 3 кабеля и высокочастотным генератором 9 подогрева, а другим входом - с центральной жилой 4. Управляющий вход коммутатора 8 соединен с импульсным генератором 10, а выход коммутатора 8 - с измерительным автогенератором 11 высокочастотных колебаний. Измерительный автогенератор 11 через линию связи 12 подключен к измерителю частоты 13, который выходом соединен с решающим устройством 14.
Устройство работает следующим образом.
После погружения в обсадную трубу 1 скважины изолированного на конце коаксиального радиочастотного кабеля 2 с незамкнутой на металлическую оплетку 3 кабеля центральной жилой 4, изолирующей оболочкой 5 и изолирующими шайбами 6 на металлическую оплетку 3 кабеля 2 относительно обсадной трубы от высокочастотного генератора подогрева 9 подается высокочастотный ток, обеспечивающий прогрев диэлектрической изолирующей оболочки 5 кабеля. В результате с оболочки 5 испаряется конденсат влаги. Далее импульсным генератором 10 включается коммутатор 8, который по очереди подключает к измерительному высокочастотному автогенератору 11 высокочастотных колебаний либо центральную жилу 4 кабеля, либо его металлическую оплетку 3. Несущая частота измерительного высокочастотного автогенератора 11 изменяется пропорционально подключаемой емкости - эталонной Сэ, соответствующей произведению погонной емкости кабеля Ск на его длину L-CкL, либо измеряемой емкости Сх, соответствующей емкости погруженного в воду участка кабеля 2 с некоторой добавкой паразитной емкости непогруженного участка кабеля Сх=Сп+ΔСп. При этом обе измеряемые емкости Сэ и Сх содержат информацию об окружающей температуре внутри скважины.
Сигнал с выхода измерительного высокочастотного автогенератора 11 поступает через линию связи 12 на измеритель частоты 13 и далее - на решающее устройство 14, вычисляющее величину измеряемого уровня воды в скважине.
Решающее устройство 14 вводит температурную поправку в результат измерения емкости Сх путем выделения ее из результата измерения эталонной емкости Сэ.
Измеряемая величина емкости Сх определяется соотношением
где ε1 - диэлектрическая проницаемость наружной изоляции кабеля;
d - толщина изоляции;
dн - эффективная толщина изоляции непогруженного в жидкость участка кабеля;
h - длина погруженного в воду участка кабеля, линейно связанная с измеряемым уровнем воды;
Sэн - эффективная поверхность непогруженного в воду участка кабеля.
Поскольку dн>>d, то первое слагаемое в (1) является преобладающим и определяет искомую величину уровня воды h.
Внутренняя емкость кабеля между его центральной жилой 4 и оплеткой 3 определяется соотношением:
где L - длина кабеля, м,
Ск - погонная емкость кабеля, Ф/м.
Погонная емкость Ск зависит от внешней температуры как
где Ск0 - погонная емкость при нулевой температуре,
αп - коэффициент пропорциональности.
Зависимость от температуры первого слагаемого (1) можно записать как
где ε10 - диэлектрическая проницаемость внешней изоляции кабеля при нулевой температуре,
αв - коэффициент пропорциональности,
Измеряя одновременно Сэ и Сх, при условии, что установившаяся окружающая температура внутри и вне кабеля одинакова, т.е. можно в (3) и (4) скомпенсировать и Таким образом, реализуется дифференциальный способ измерения уровня электропроводящей жидкости, обеспечивающий температурную компенсацию дрейфа измеряемого параметра.
На фиг.3 приведена экспериментальная зависимость емкости металлической оплетки относительно стенки трубы погруженного в нее изолированного кабеля. Труба постепенно наполнялась проточной водой. Условия эксперимента - длина трубы 120 см, диаметр 25 мм. Измерения проводились серийным измерительным прибором типа Е7-8 на частоте 1 кГц.
Как видим, измеряемая емкость практически линейно связана с уровнем воды в трубе h. Начало отсчета при h=0 соответствует начальной емкости при отсутствии воды в трубе. Измерение на сравнительно низких частотах (до 1000 кГц) в отличие от используемых в резонансных уровнемерах частот, сопоставимых по длине волны с размерами волновода (десятки и сотни МГц), позволяет реализовать дистанционно преобразование измеряемого параметра в частоту, а также снизить влияние паразитных емкостей и утечек сопротивления.
При этом состав жидкости и отложения на поверхности изоляции кабеля практически не влияют на величину измеряемой емкости, поскольку всегда существуют микропоры, обеспечивающие проникновение жидкости к внешней изолирующей оболочке кабеля.
Насадка диэлектрических изолирующих шайб на оболочку кабеля устраняет неконтролируемую емкость, возникающую за счет случайных касаний оболочки кабеля с обсадной трубой скважины.
Предложенное устройство может найти широкое применение в необслуживаемых датчиках систем телемеханики, например гидротехнических сооружений плотин гидроэлектростанций, поскольку при большом числе точек контроля (более 100) обслуживание таких систем должно идти в автоматическом режиме. Устройство может решить одну из сложнейших задач контроля уровня воды в пьезометрических безнапорных скважинах гидротехнических сооружений, контроль которых до сих пор осуществляется вручную, либо погружаемыми измерителями давления. Однако в случае искривленных стволов скважин погружаемые измерители давления не пригодны к использованию из-за проблематичности их погружения в искривленный ствол.
Указанные особенности обеспечивают устранение методических погрешностей измерений, возникающих за счет изменений температуры окружающей среды, появлений конденсата на поверхности непогруженного участка кабеля и появления паразитной емкости за счет касания этого участка кабеля обсадной трубы.
Периодическое подключение к измерительному автогенератору центральной жилы кабеля либо его металлической оплетки обеспечивает преобразование измеряемой емкости погруженного конца кабеля и собственной емкости между центральной жилой и металлической оплеткой кабеля, несущей информацию о температуре окружающей среды, в частоту измерительного автогенератора, которые в решающем устройстве пересчитываются в измеряемый уровень воды с учетом температурной компенсации.
Claims (1)
- Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости, содержащее погруженный в жидкость коаксиальный кабель, дополнительный электрод и устройство для измерения емкости между оплеткой кабеля и дополнительным электродом, отличающееся тем, что на внешней оболочке коаксиального кабеля вдоль его длины равномерно размещены изолирующие шайбы, обеспечивающие снижение паразитной емкости между оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например, обсадной трубой, в местах касания с ней непогруженного в жидкость участка кабеля, между металлической оплеткой кабеля и дополнительным электродом, например, обсадной трубой, включен высокочастотный генератор подогрева, обеспечивающий устранение влаги на поверхности непогруженной части кабеля за счет высокочастотного подогрева изолирующей оболочки кабеля, устройство для измерения емкости выполнено в виде коммутатора, подсоединенного по первому входу к центральной жиле кабеля, по второму входу - к его металлической оплетке, выход коммутатора подсоединен к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний, а управляющий вход коммутатора подсоединен к импульсному генератору, обеспечивающему периодическое подключение первого, либо второго входа коммутатора к измерительному автогенератору высокочастотных колебаний, выход которого через линию связи подсоединен к измерителю частоты, а выход последнего - к решающему устройству, вычисляющему величину измеряемого уровня жидкости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101950/28A RU2332643C1 (ru) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101950/28A RU2332643C1 (ru) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2332643C1 true RU2332643C1 (ru) | 2008-08-27 |
Family
ID=46274603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101950/28A RU2332643C1 (ru) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2332643C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105278586A (zh) * | 2015-09-15 | 2016-01-27 | 成都汉康信息产业有限公司 | 用于水电发电站的水量监测仪 |
-
2007
- 2007-01-18 RU RU2007101950/28A patent/RU2332643C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105278586A (zh) * | 2015-09-15 | 2016-01-27 | 成都汉康信息产业有限公司 | 用于水电发电站的水量监测仪 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2424495C1 (ru) | Уровнемер непрерывного действия для измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых рабочих условиях и способ определения уровня жидкости этим уровнемером | |
Bera et al. | Study of a modified capacitance-type level transducer for any type of liquid | |
Loizou et al. | A low-cost capacitive sensor for water level monitoring in large-scale storage tanks | |
CN105387909B (zh) | 电压输出式油量传感器 | |
JP2009204601A (ja) | 時間領域反射を利用した浮遊物質濃度の測定装置および測定方法 | |
Mohindru | Development of liquid level measurement technology: A review | |
WO2019103645A1 (ru) | Способ и устройство измерения физических параметров материала | |
RU2332643C1 (ru) | Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости | |
Bento et al. | Design, development and application of a real-time capacitive sensor for automatically measuring liquid level | |
US11079267B2 (en) | Isolated capacitive liquid level probe | |
CN203298828U (zh) | 一种罐体液位和界位的测量装置 | |
RU2473052C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости | |
CN111044118A (zh) | 常压油罐内油水界面高度的测量系统、方法及装置 | |
RU2407993C1 (ru) | Емкостный способ измерения уровня жидкостей и устройство для его осуществления | |
RU2426076C1 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкости | |
CN203396459U (zh) | 一种自校准的电容式液位传感器 | |
RU2778284C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в резервуаре | |
RU2367911C1 (ru) | Датчик уровня жидкости в открытых каналах | |
RU2794447C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости | |
CN110672820B (zh) | 多传感器融合测量含水率和/或矿化度测量系统 | |
CN104634702A (zh) | 一种压电扭振式粘度、密度及介电常数在线同时测量探头 | |
RU2768556C1 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре | |
CN206862453U (zh) | 一种分节式电容液位计 | |
CN211692435U (zh) | 一种法兰式采油井井口多参量测量仪 | |
RU2762069C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110119 |