RU2332643C1 - Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости - Google Patents

Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости Download PDF

Info

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
Application number
RU2007101950/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Георгий Яковлевич Шайдуров (RU)
Георгий Яковлевич Шайдуров
Виктор Викторович Гондарев (RU)
Виктор Викторович Гондарев
котин Григорий Самуилович М (RU)
Григорий Самуилович Мякотин
Виктор Дмитриевич Куликов (RU)
Виктор Дмитриевич Куликов
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
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 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
Priority to RU2007101950/28A priority Critical patent/RU2332643C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2332643C1 publication Critical patent/RU2332643C1/ru

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 Схп+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
Figure 00000002
где ε1 - диэлектрическая проницаемость наружной изоляции кабеля;
d - толщина изоляции;
dн - эффективная толщина изоляции непогруженного в жидкость участка кабеля;
Figure 00000003
- эффективная поверхность погруженного в воду 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:
Figure 00000004
где L - длина кабеля, м,
Ск - погонная емкость кабеля, Ф/м.
Погонная емкость Ск зависит от внешней температуры как
Figure 00000005
где Ск0 - погонная емкость при нулевой температуре,
Figure 00000006
- температура диэлектрика,
αп - коэффициент пропорциональности.
Зависимость от температуры первого слагаемого (1) можно записать как
Figure 00000007
где ε10 - диэлектрическая проницаемость внешней изоляции кабеля при нулевой температуре,
αв - коэффициент пропорциональности,
Figure 00000008
- температура воды.
Измеряя одновременно Сэ и Сх, при условии, что установившаяся окружающая температура внутри и вне кабеля одинакова, т.е.
Figure 00000009
можно в (3) и (4) скомпенсировать
Figure 00000010
и
Figure 00000011
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)

  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.
RU2007101950/28A 2007-01-18 2007-01-18 Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости RU2332643C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
CN103353324A (zh) 一种自校准的电容式液位传感器
RU2426076C1 (ru) Устройство для измерения уровня жидкости
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
Lee et al. Microstrip-line sensor for the estimation of the fluid level inside a closed metal pipe
CN211692435U (zh) 一种法兰式采油井井口多参量测量仪

Legal Events

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

Effective date: 20110119