RU2364841C1 - Method for measurement of liquid level - Google Patents

Method for measurement of liquid level Download PDF

Info

Publication number
RU2364841C1
RU2364841C1 RU2008120103/28A RU2008120103A RU2364841C1 RU 2364841 C1 RU2364841 C1 RU 2364841C1 RU 2008120103/28 A RU2008120103/28 A RU 2008120103/28A RU 2008120103 A RU2008120103 A RU 2008120103A RU 2364841 C1 RU2364841 C1 RU 2364841C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid level
acoustic
acoustic wave
measured
level
Prior art date
Application number
RU2008120103/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Николаевич Ашанин (RU)
Василий Николаевич Ашанин
Анатолий Аркадьевич Мельников (RU)
Анатолий Аркадьевич Мельников
Александр Николаевич Киселёв (RU)
Александр Николаевич Киселёв
Петр Васильевич Пивоваров (RU)
Петр Васильевич Пивоваров
Владимир Александрович Соколов (RU)
Владимир Александрович Соколов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ)
Priority to RU2008120103/28A priority Critical patent/RU2364841C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2364841C1 publication Critical patent/RU2364841C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics, measurements.
SUBSTANCE: invention is related to metering equipment and may be used for measurement of liquid levels in closed reservoirs. Time is measured for distribution of acoustic wave radiated by reversible ultrasonic converter (radiator-receiver), which is installed on cover of reservoir well at preset (reference) distance from upper limit of liquid level measurement range, to limit of mediums interface and back (the main reflected signal T1), and time of acoustic wave distribution along the way: radiator, mediums interface, upper covering of reservoir back to interface of mediums and to ultrasonic converter (re-reflected signal T2), and measured liquid level is calculated according to the following formula:
Figure 00000001
,
where L0 is reference distance.
EFFECT: higher accuracy of level measurement during variation of parametres of gas medium above liquid: temperature, pressure, composition, etc, and elimination of dead zone inherent in acoustic level metres.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровней жидких сред в закрытых резервуарах в коммунальном хозяйстве, нефтяной промышленности и на транспорте.The present invention relates to measuring technique and can be used to measure the levels of liquid media in closed tanks in the utilities, petroleum industry and transport.

Широко известны способы измерения уровня жидкостей методом акустической локации, когда измеряется время прохождения акустической волны от излучателя до границы раздела сред и обратно и определяется расстояния по формулеWidely known methods for measuring the level of liquids by the method of acoustic location, when measured the propagation time of an acoustic wave from the emitter to the interface between media and vice versa and the distance is determined by the formula

Lx=VzT/2,L x = V z T / 2,

где Vz - скорость звука, Т - время распространения ультразвуковой волны в прямом и обратном направлениях.where V z is the speed of sound, T is the propagation time of the ultrasonic wave in the forward and reverse directions.

Недостатком этого способа и реализующих его устройств является зависимость скорости ультразвука от параметров газовой среды над жидкостью: температуры, давления, состава и т.д., что приводит к дополнительной погрешности измерения.The disadvantage of this method and its implementing devices is the dependence of the ultrasound speed on the parameters of the gaseous medium above the liquid: temperature, pressure, composition, etc., which leads to an additional measurement error.

Для устранения этого недостатка используют способ коррекции скорости распространения акустической волны по измеренной температуре газовой среды распространения акустического сигнала в процессе локации. Использование этого способа усложняет устройство и учитывает только один дестабилизирующий фактор.To eliminate this drawback, a method for correcting the speed of propagation of an acoustic wave by the measured temperature of the gaseous medium of propagation of an acoustic signal in a location process is used. Using this method complicates the device and takes into account only one destabilizing factor.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в патенте РФ на полезную модель «Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости» измерения [1], использующий основной отраженный сигнал и сигнал, отраженный от реперного отражателя, вычисление текущей скорости распространения звуковой волны и расчет уровня жидкости по соответствующей формуле.Closest to the claimed technical solution is the method described in the patent of the Russian Federation for the utility model "Electronic-acoustic device for measuring the liquid level" measurement [1], using the main reflected signal and the signal reflected from the reference reflector, calculating the current propagation velocity of the sound wave and calculating fluid level according to the corresponding formula.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения, устранения погрешности при изменяющихся параметрах газовой среды над жидкостью: температуры, давления, состава и т.д., и обеспечение измерения уровня по всей высоте резервуара.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measurement, eliminate errors with changing parameters of the gas medium above the liquid: temperature, pressure, composition, etc., and provide level measurement over the entire height of the tank.

Это достигается тем, что в способе измерения уровня жидкости, заключающемся в излучении зондирующего акустического импульса и приема отраженного сигнала от раздела сред, согласно предлагаемому изобретению измеряют время распространения акустической волны, излучаемой обратимым ультразвуковым преобразователем (излучателем-приемником), который устанавливают на заданном (эталонном) расстоянии от верхней границы диапазона измерения уровня жидкости до границы раздела сред и обратно (основного отраженного сигнала T1), и время распространения акустической волны по пути: излучатель, раздел сред, верхнее перекрытие резервуара обратно до раздела сред и до ультразвукового преобразователя (переотраженного сигнала T2), и вычисляют измеряемый уровень жидкости по формулеThis is achieved by the fact that in the method of measuring the liquid level, which consists in emitting a sounding acoustic pulse and receiving a reflected signal from a medium section, according to the invention, the propagation time of an acoustic wave emitted by a reversible ultrasonic transducer (emitter-receiver) is measured, which is set at a predetermined (reference ) distance from the top of the liquid level measurement range to the boundary between the media and forth (main reflected signal T 1), and extends the time of acoustic waves on the way: the emitter section mediums overlap the upper reservoir back to the media section and to the ultrasonic transducer (Backlight signal T 2), and calculating the measured liquid level from the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где L0 - эталонное расстояние.where L 0 is the reference distance.

Из полученного выражения следует, что измеряемый параметр - уровень раздела газообразной и жидкой сред - не зависит от скорости распространения акустической волны в газовой среде.From the obtained expression it follows that the measured parameter — the level of separation of the gaseous and liquid media — does not depend on the propagation velocity of the acoustic wave in the gas medium.

На фиг.1 представлена электрическая функциональная схема ультразвукового уровнемера, реализующего предлагаемый способ измерения уровня жидкости.Figure 1 presents the electrical functional diagram of an ultrasonic level gauge that implements the proposed method for measuring the liquid level.

Устройство содержит резервуар (объект измерения) 1, колодец с крышкой 2, обратимый электроакустический преобразователь (излучатель-приемник) 3 и последовательно соединенные генератор пачки зондирующих импульсов 4, коммутатор режима работы электроакустического преобразователя 5, усилитель 6, блок фильтрации и дешифрации отраженных сигналов 7, блок измерения 8, устройство управления 9, синхронизующее работу всех блоков уровнемера, устройство обработки информации 10, индикатор 11.The device contains a reservoir (measurement object) 1, a well with a cover 2, a reversible electro-acoustic transducer (emitter-receiver) 3, and a series-connected generator of a probe pulse train 4, a mode switch of the electro-acoustic transducer 5, amplifier 6, a filtering and decoding unit for reflected signals 7, measurement unit 8, control device 9, synchronizing the operation of all blocks of the level gauge, information processing device 10, indicator 11.

На фиг.1 также показаны путь распространения основной акустической волны 13 и переотраженной волны 12.Figure 1 also shows the propagation path of the main acoustic wave 13 and the reflected wave 12.

Предлагаемый способ измерения уровня жидкости реализуется следующим образом.The proposed method for measuring the liquid level is implemented as follows.

Возбуждение электроакустического преобразователя 3 в режиме излучения и формирование зондирующего импульса осуществляется с помощью генератора пачек зондирующих импульсов 4, параметры которого - частота, число импульсов в пачке - устанавливаются заранее. Режим работы «излучение - прием» осуществляется с помощью коммутатора 5.The excitation of the electro-acoustic transducer 3 in the radiation mode and the formation of the probe pulse is carried out using a generator of bundles of probe pulses 4, the parameters of which are frequency, the number of pulses in the packet are set in advance. The operating mode "radiation - reception" is carried out using the switch 5.

Из всего многообразия путей распространения излучаемого и отраженных акустических колебаний используемыми в данном случае являются два, обозначенные на фиг.1 как 12 и 13.Out of the whole variety of propagation paths of emitted and reflected acoustic vibrations, two are used in this case, indicated in Fig. 1 as 12 and 13.

Время распространения сигнала по пути 13 определяется уравнениемThe propagation time of the signal along path 13 is determined by the equation

Figure 00000002
Figure 00000002

где L0 - заданное (эталонное) значение уровня, определяемое как расстояние между электроакустическим преобразователем и верхним уровнем резервуара, Vz - скорость распространения акустической волны в момент измерения.where L 0 is the predetermined (reference) level value, defined as the distance between the electro-acoustic transducer and the upper level of the tank, V z is the acoustic wave propagation velocity at the time of measurement.

Время распространения сигнала по пути 12 (см. фиг.1, 2) можно определить из выраженияThe propagation time of the signal along path 12 (see figures 1, 2) can be determined from the expression

Figure 00000003
Figure 00000003

Принятые электроакустическим преобразователем 3 отраженный сигнал через время Т1 и переотраженный через время T2 усиливаются усилителем 6 и подаются на блок фильтрации и дешифрации отраженного сигнала 7, где осуществляется анализ сигнала по частоте (периоду) и числу импульсов в пачке с одинаковым периодом.The reflected signal received by the electro-acoustic transducer 3 after time T 1 and reflected after time T 2 is amplified by the amplifier 6 and fed to the filtering and decryption unit of the reflected signal 7, where the signal is analyzed by the frequency (period) and number of pulses in the packet with the same period.

По выделенным импульсам (см. фиг.2), ограничивающим временные интервалы Т1 и T2, блок измерения 8 определяет интервалы Т1 и T2, а блок 10 обрабатывает полученную информацию.According to the selected pulses (see figure 2), limiting the time intervals T 1 and T 2 , the measuring unit 8 determines the intervals T 1 and T 2 , and the block 10 processes the received information.

Решение полученной системы уравнений (1) и (2)The solution of the resulting system of equations (1) and (2)

Figure 00000004
Figure 00000004

относительно Lx будет определяться выражениемrelative to L x will be determined by the expression

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Уровень жидкости в резервуаре Lж относительно дна можно определить по формулеThe liquid level in the tank L W relative to the bottom can be determined by the formula

Lж=Lmax-Lx,L W = L max -L x ,

где Lmax - максимально возможное значение измеряемого уровня жидкости в резервуаре.where L max - the maximum possible value of the measured liquid level in the tank.

Реализация вычислительных операций возможна как аналоговыми, так и цифровыми средствами. Однако очевидно, что применение цифровых технологий обработки временного сигнала является, в данном случае, предпочтительным.The implementation of computational operations is possible both analog and digital means. However, it is obvious that the use of digital technologies for processing a temporary signal is, in this case, preferable.

Результат измерения передается на индикатор 11. Работа всех устройств и блоков уровнемера синхронизируется устройством управления 9.The measurement result is transmitted to the indicator 11. The operation of all devices and blocks of the level gauge is synchronized by the control device 9.

Использование эталонного значения уровня L0 позволяет определить текущую скорость распространения ультразвука, что исключает влияние возмущающих воздействий; установка электроакустического преобразователя на заданном расстоянии в колодце позволяет исключить мертвую зону акустического излучателя и обеспечить измерение уровня по всей высоте резервуара, увеличение пути распространения акустической волны при определенной разрешающей способности прибора позволяет также повысить точность измерения.Using the reference value of the level L 0 allows you to determine the current velocity of propagation of ultrasound, which eliminates the influence of disturbing influences; the installation of an electro-acoustic transducer at a given distance in the well eliminates the dead zone of the acoustic emitter and provides level measurement over the entire height of the tank, increasing the propagation path of the acoustic wave at a certain resolution of the device can also improve the accuracy of measurement.

Практическая реализация ультразвукового уровнемера, осуществляющего предложенный способ, на основе однокристального микроконтроллера PIC18F2620 показала достаточно высокие метрологические характеристики при проведении измерений в условиях закрытых и открытых канализационных и водозаборных станций. В частности, при диапазоне измерения уровня 6 м получена разрешающая способность 10 мм и основная и дополнительная составляющие погрешности во всем диапазоне изменения температур от -25°С до +25°С и соответствующей влажности и давления воздушной среды не превысила значение младшего значащего разряда.The practical implementation of the ultrasonic level transmitter that implements the proposed method, based on the PIC18F2620 single-chip microcontroller, showed rather high metrological characteristics when measuring in closed and open sewer and water intake stations. In particular, with a level measuring range of 6 m, a resolution of 10 mm was obtained, and the main and additional error components in the entire temperature range from -25 ° C to + 25 ° C and the corresponding humidity and air pressure did not exceed the value of the least significant discharge.

Источник информацииThe source of information

1. Свидетельство на полезную модель RU №53001. Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости. Борминский С.А., Скворцов Б.И. - опубликовано: 27.04.2006, Бюл. №12.1. Certificate for utility model RU No. 53001. Electronic-acoustic device for measuring liquid level. Borminsky S.A., Skvortsov B.I. - published: 04/27/2006, Bull. No. 12.

Claims (1)

Способ измерения уровня жидкости, заключающийся в излучении зондирующего акустического импульса и приема отраженного сигнала от раздела сред, отличающийся тем, что измеряется время распространения акустической волны, излучаемой обратимым ультразвуковым преобразователем (излучателем-приемником), который устанавливают на крышке колодца резервуара на заданном (эталонном) расстоянии от верхней границы диапазона измерения уровня жидкости до границы раздела сред и обратно (основного отраженного сигнала T1), и время распространения ультразвуковой волны по пути: излучатель, раздел сред, верхнее перекрытие резервуара обратно до раздела сред и до ультразвукового преобразователя (переотраженного сигнала Т2), и вычисляют измеряемый уровень жидкости по формуле
Figure 00000001
, где L0 - эталонное расстояние.
A method of measuring a liquid level, which consists in emitting a sounding acoustic pulse and receiving a reflected signal from a medium section, characterized in that the propagation time of an acoustic wave emitted by a reversible ultrasonic transducer (receiver emitter) is measured, which is mounted on the reservoir well cover at a predetermined (reference) distance from the top of the liquid level measurement range to the boundary between the media and forth (main reflected signal T 1) and the propagation time of an ultra acoustic wave along the path: an emitter section mediums overlap the upper reservoir back to the media section and to the ultrasonic transducer (Backlight signal T 2), and calculating the measured liquid level from the formula
Figure 00000001
where L 0 is the reference distance.
RU2008120103/28A 2008-05-20 2008-05-20 Method for measurement of liquid level RU2364841C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120103/28A RU2364841C1 (en) 2008-05-20 2008-05-20 Method for measurement of liquid level

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120103/28A RU2364841C1 (en) 2008-05-20 2008-05-20 Method for measurement of liquid level

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2364841C1 true RU2364841C1 (en) 2009-08-20

Family

ID=41151318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008120103/28A RU2364841C1 (en) 2008-05-20 2008-05-20 Method for measurement of liquid level

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2364841C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2955165C (en) Improved signal travel time flow meter
CN106441507B (en) The system and method for non-intruding and continuous level gauging are carried out in hydrostatic column
CN109883491B (en) Ultrasound transducer using adaptive multi-frequency hopping and coding
KR101238387B1 (en) Towing tank using ultrasonic measurement of ice thickness measurement system and method
US9343055B2 (en) Fluid density stratification location system, device and method
CN103403506A (en) Arrangement and method for determining a concentration of a constituent of a fluid mixture
CN106153173A (en) Sonic velocity measurement method and device in a kind of water
CN207499824U (en) A kind of slurry tank liquid level detection device
RU2364841C1 (en) Method for measurement of liquid level
CN209043421U (en) Ultrasonic wave spacing Multi point measuring apparatus
CN105486381A (en) Sound wave water level gauge
RU150171U1 (en) ELECTRONIC-ACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF OIL PRODUCTS
RU2562001C1 (en) Inspection method of doppler current velocity meter
RU2692409C1 (en) Method of measuring liquid level
RU2545065C2 (en) Method to measure acoustic speed in water
RU2376612C1 (en) Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end
RU223381U1 (en) Module for estimating seawater salinity based on a sound speed meter
RU150012U1 (en) DEVICE FOR EVALUATING A GAS FLOW TRANSFERRED BY BUBBLES FLOATING IN WATER BODIES
RU53001U1 (en) ELECTRONIC-ACOUSTIC LIQUID MEASUREMENT DEVICE
CN109341815A (en) Ultrasonic wave spacing Multi point measuring apparatus and its measurement method
RU86759U1 (en) ACOUSTIC RANGE DETERMINATION DEVICE
RU48629U1 (en) ULTRASONIC LEVEL METER
RU2303243C1 (en) Ultrasound level meter
RU2532143C1 (en) Method of determination of nonlinear ultrasonic parameter of liquids and device for its implementation
TWM549869U (en) Real-time suspended sediment and water level observation equipment

Legal Events

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

Effective date: 20130521