RU2427805C1 - Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре - Google Patents
Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427805C1 RU2427805C1 RU2010115541/28A RU2010115541A RU2427805C1 RU 2427805 C1 RU2427805 C1 RU 2427805C1 RU 2010115541/28 A RU2010115541/28 A RU 2010115541/28A RU 2010115541 A RU2010115541 A RU 2010115541A RU 2427805 C1 RU2427805 C1 RU 2427805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resonator
- input
- liquefied gas
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электромагнитным методам контроля и измерения и может быть использовано для измерения массы сжиженных газов, включая криогенные жидкости, при любом их фазовом состоянии. Сущность: устройство содержит резонатор, выполненный в виде непрерывной щелевой линии на стенке металлической трубки, и каждый из концов этой линии соединен с короткозамкнутым концом коаксиального кабеля. Кроме того, устройство содержит синтезатор частоты, выход которого по трем каналам через соответствующие фильтры соединен с входами селектора, управляемого сигналом с микропроцессора. Указанный тип резонатора позволяет возбудить в нем электромагнитные колебания на трех резонансных частотах с требуемыми зависимостями их от параметров заполнения резонатора сжиженным газом. В блоке «синтезатор-фильтр-селектор» последовательно формируются электромагнитные колебания в диапазоне частот, соответствующих изменениям трех собственных частот резонатора. В микропроцессоре реализуются алгоритмы измерения резонансных частот и их преобразования для определения массы сжиженного газа. Технический результат: упрощение и повышение точности системы измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электромагнитным методам контроля и измерения и может быть использовано для измерения массы сжиженных газов, включая криогенные жидкости, при любом их фазовом состоянии: однофазном (газ или жидкость) или двухфазном (газ и жидкость, разделенные плоской границей) в резервуарах произвольной известной формы в условиях неизвестных и меняющихся плотностей газа и жидкости. Оно может быть использовано также для измерения положения границы раздела и диэлектрической проницаемости слоев двухслойных сред таких, как «газ-жидкость», две не смешиваемые жидкости в условиях меняющихся их электрофизических свойств.
Известен емкостной измеритель уровня жидкости с тремя чувствительными элементами в виде коаксиальных трубок разной длины (см. патент USA №3862571, опубликован 28.01.1975), включенных в мостовую схему. В нем выходной сигнал не зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и определяется ее уровнем в резервуаре, что позволяет измерять количество (объем) разных жидкостей в резервуаре. Это устройство не приспособлено для определения массы сжиженных газов в замкнутых резервуарах, тем более в условиях меняющихся фазовых состояний контролируемого вещества. Кроме этого наличие трех чувствительных элементов конструктивно усложняет систему измерения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство (см. патент RU №2246702, опубликовано 20.02.2005. Совлуков А.С., Терешин В.И. Устройство для определения массы сжиженного газа), которое содержит три чувствительных элемента в виде коаксиальных трубок разной длины: одна из них - короткая, в процессе измерения находится в газовой фазе, другая - по длине равна диапазону изменения уровня жидкой фазы и третья - немного укорочена снизу резервуара.
Определение массы сжиженного газа осуществляется по значениям резонансной частоты электромагнитных колебаний, возбуждаемых в каждом чувствительном элементе. Устройство реализует достаточно простой алгоритм измерения массы, но наличие в нем трех чувствительных элементов со своими входом и выходом делает систему измерения громоздкой. Кроме того, для получения высокой точности измерения предъявляются жесткие требования к идентичности соответствующих конструктивных параметров чувствительных элементов.
Целью изобретения является упрощение системы измерения и повышение точности.
Поставленная цель в предлагаемом устройстве измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре, содержащем электромагнитный резонатор, встроенный в резервуар, и электронный преобразователь, включающий генератор электромагнитных колебаний с перестройкой частоты и блок измерения резонансной частоты резонатора, достигается тем, что электромагнитный резонатор выполнен в виде металлической трубки, в стенке которой образована непрерывная щелевая линия в форме вытянутого вдоль трубки меандра, концы щелевой линии доходят до одного из краев трубки и соединены с соответствующим кабелем, другой конец которых короткозамкнут, один из кабелей короткозамкнутым концом через первый элемент связи подсоединен к выходу широкополосного усилителя, вход которого соединен с выходом селектора, каждый из трех входов селектора через соответствующий фильтр подключен к выходу синтезатора частоты, цифровые входы которого соединены с цифровыми выходами микропроцессорного блока, этот же кабель короткозамкнутым концом через первый элемент связи подключен к входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с одним из входов дифференциального усилителя, другой кабель через второй элемент связи, второй амплитудный детектор, усилитель подключен ко второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а его цифровые выходы соединены с цифровыми входами микропроцессорного блока, первый выход которого соединен с синтезатором, второй выход соединен с управляющим входом селектора, третий выход соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, четвертый выход соединен с блоком индикации.
Достижение поставленной цели обеспечивается существенными отличиями предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Этими отличиями являются: тип резонатора, который выполнен в виде непрерывной щелевой линии на стенке металлической трубки, и в котором каждый из концов этой линии соединен с короткозамкнутым концом коаксиального кабеля; наличие микропроцессора и синтезатора частоты, выход которого по трем каналам через соответствующие фильтры соединен с входами селектора, управляемого сигналом с микропроцессора.
Указанный тип резонатора позволяет возбудить в нем электромагнитные колебания на трех собственных частотах с требуемыми зависимостями их от параметров заполнения резонатора сжиженным газом. В блоке «синтезатор-фильтр-селектор» последовательно формируются электромагнитные колебания в диапазоне частот, соответствующих изменениям трех собственных частот резонатора. В микропроцессоре реализуются алгоритмы измерения резонансных частот и их преобразования для определения массы сжиженного газа.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема устройства для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре, на фиг.2 показан общий вид чувствительной части электромагнитного резонатора, на фиг.3 изображен электромагнитный резонатор с развернутой стенкой металлической трубки.
Устройство (фиг.1) содержит электромагнитный резонатор 1, являющийся его чувствительным элементом и два элемента связи 2 и 3 резонатора с другими элементами. В устройстве блок генератора электромагнитных колебаний содержит синтезатор 4, фильтры 5, 6, 7, селектор 8, широкополосный усилитель 9, выход которого соединен элементом связи 2 с резонатором 1. В устройстве блок измерения резонансной частоты содержит детектор 10, вход которого подключен к выходу широкополосного усилителя 9, и второй детектор 11, вход которого через второй элемент связи 3 подключен к резонатору 1, усилитель 12, дифференциальный усилитель 13, аналого-цифровой преобразователь 14. Цифровые выходы аналого-цифрового преобразователя 14 соединены с цифровыми входами микропроцессорного блока 15, выход 151 которого соединен с входом синтезатора 4, выход 152 - с управляющим входом селектора 8, выход 153 - с входом запуска аналого-цифрового преобразователя 14, выход 154 - с входом блока индикации 16.
Устройство работает следующим образом.
При возбуждении резонатора 1 через элемент связи 2 от генератора электромагнитных колебаний с перестраиваемой частотой при совпадении его частоты с собственной частотой резонатора в другом элементе связи 3 образуется сигнал с повышенным напряжением. Эта частота генератора, называемая резонансной, зависит от параметров заполнения резервуара сжиженными газом и фиксируется в микропроцессоре 15. В резонаторе колебания возбуждаются на первых трех резонансных частотах, что определяет диапазон перестройки частоты генератора. Генератор электромагнитных колебаний построен на основе синтезатора 4, управляемого сигналом с выхода 151 микропроцессора. Диапазоны частот синтезатора, соответствующие изменениям каждой из трех собственных частот резонатора, разделены фильтрами 5, 6, 7 по отдельным каналам. В селекторе 8, управляемого сигналом с выхода 152 микропроцессора осуществляется разделение диапазонов перестройки частоты по времени. После широкополосного усилителя 9 электромагнитные колебания поступают на элемент связи 2 для возбуждения резонатора. Кроме этого сигнал с широкополосного усилителя 9 поступает на вход детектора 10 и затем на один из входов дифференциального усилителя 13. Сигнал с элемента связи 3 поступает на вход другого детектора 11 и через усилитель 12 - на второй вход дифференциального усилителя 13, выходной сигнал которого преобразуется в цифровой код в аналого-цифровом преобразователе 14, запускаемого управляющим сигналом с выхода 153 микропроцессора. Цифровой сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает на цифровые входы микропроцессора 15, в котором реализован алгоритм определения максимума напряжения на элементе связи 3, достигающего его при совпадении частоты синтезатора 4 с собственной частотой резонатора 1. В микропроцессоре 15 фиксируются значения всех трех собственных частот резонатора и реализуется алгоритм определения по ним массы сжиженного газа, значения которой в цифровом коде поступают с выхода 154 на вход блока индикации 16.
Резонатор 1 (фиг.2 и фиг.3) содержит чувствительную часть 16 (фиг.2) в виде металлической трубки 17, в стенке которой образована непрерывная щелевая линия 18 (см. фиг.3 с развернутой поверхностью стенки металлической трубки) в форме вытянутого вдоль трубки меандра (на фиг.3 изображен резонатор с развернутой металлической трубкой). Концы 19 и 20 щелевой линии доходят до верхнего края трубки и соединены с соответствующим кабелем 21 и 22, короткозамкнутого на другом конце 23 и 24. Там же находятся элементы связи 2 и 3, которые линией связи соединены, соответственно, с выходом широкополосного усилителя 9 и с входом детектора 11. Возбуждаемые в резонаторе электромагнитные поля распределены вдоль линии, состоящей из последовательно соединенных щелевой линии и кабелей, образуя стоячие волны напряжения с числом чередующихся и равномерно распределенных вдоль такой линии минимумов и максимумов, соответствующих номеру собственной частоты: на первой частоте - два минимума и один максимум, на второй частоте - три минимума и два максимума, на третьей частоте - четыре минимума и три максимума, причем на любой частоте два минимума находятся на короткозамкнутых концах 23 и 24 кабелей.
При заполнении чувствительной части 16 последовательно по времени возбуждаемого на первых трех собственных частотах резонатора 1 сжиженным газом в двухфазном состоянии получим разные функциональные зависимости резонансных частот fi=(i=1, 2, 3) от положения границы раздела x между фазами и от их диэлектрических проницаемостей. Эти зависимости для известных (измеренных) резонансных частот составляют систему трех уравнений относительно неизвестных диэлектрических проницаемостей газовой εг и жидкой εж фаз и положения границы раздела х. Известно, что отношение вида зависит только от положения границы раздела и не зависит от диэлектрических проницаемостей газовой и жидкой фаз контролируемой среды (Н.А.Криксунова, Б.В.Лункин, Инвариантные измерения положения границы раздела двух сред на основе радиоволнового датчика, ж-л Автоматика и телемеханика, №11, 1991 г.). В соотношении f0i - частоты при полном погружении чувствительной части резонатора в газовую фазу. При определенном соотношении длины щелевой линии и длин кабелей функция Ψ(х) близка к линейной. Этот результат и известное соотношение (формула Клаузиуса-Мосотти) между плотностью и диэлектрической проницаемостью сжиженного газа положены в основу алгоритма измерения массы сжиженного газа в резервуарах с известными размерами. К примеру, для цилиндрического резервуара высотой Н масса сжиженного газа определяется как , где К - постоянная величина для известного вещества.
Таким образом алгоритм измерения массы сжиженного газа состоит в следующем:
- измеряются текущие значения трех резонансных частот и фиксируются в микропроцессоре 15,
- по их значениям из формулы (1) находится значение функции Ψ(x), вычисляется положение границы раздела двух фаз сжиженного газа x=x*, как значение обратной к Ψ(x) функции.
- по известным зависимостям каких-либо двух резонансных частот колебаний из трех возбуждаемых в резонаторе 1 от положения границы раздела и диэлектрических проницаемостей определяются диэлектрические проницаемости газовой εг * и жидкой фаз εж *; подставляя в формулу (2) x=x*, εг=εг *, εж=εж *, получаем текущее значение массы сжиженного газа, которое фиксируется в блоке индикации 16. Все процедуры, задающимися выходными сигналами с микропроцессорного блока, повторяются в следующем цикле.
Таким образом предложено устройство и разработан алгоритм, которые позволяют по трем резонансным частотам электромагнитных колебаний, возбуждаемых в погруженном в замкнутый резервуар резонаторе в виде щелевой линии, измерять массу сжиженных газов в замкнутом резервуаре известной формы в условиях неизвестных и меняющихся плотностей газовой и жидкой фаз.
Предложенное устройство имеет один чувствительный элемент с одним входом и одним выходом, что является существенным упрощением в сравнении с прототипом, имеющим три чувствительных элемента, каждый из них со своим входом и выходом.
Возбуждение трех резонансных частот в одном чувствительном элементе (резонаторе) и применяемое преобразование частот, как отношение разностей квадратов двух нормированных частот (формула 1), повышает стабильность устройства к внешним температурным изменениям.
В нем также повышается точность измерения за счет применения цифрового метода измерения резонансной частоты на базе синтезатора частоты и микропроцессорного блока.
Claims (1)
- Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре, содержащее электромагнитный резонатор, встроенный в резервуар, и электронный преобразователь, включающий генератор электромагнитных колебаний с перестройкой частоты и блок измерения резонансной частоты резонатора, отличающееся тем, что электромагнитный резонатор выполнен в виде металлической трубки, в стенке которой образована непрерывная щелевая линия в форме вытянутого вдоль трубки меандра, концы щелевой линии доходят до одного из краев трубки и соединены с соответствующим кабелем, другой конец которых короткозамкнут, один из кабелей короткозамкнутым концом через первый элемент связи подсоединен к выходу широкополосного усилителя, вход которого соединен с выходом селектора, каждый из трех входов селектора через соответствующий фильтр подключен к выходу синтезатора частоты, цифровые входы которого соединены с цифровыми выходами микропроцессорного блока, этот же кабель короткозамкнутым концом через первый элемент связи подключен к входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с одним из входов дифференциального усилителя, другой кабель через второй элемент связи, второй амплитудный детектор, усилитель подключен ко второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а его цифровые выходы соединены с цифровыми входами микропроцессорного блока, первый выход которого соединен с синтезатором, второй выход соединен с управляющим входом селектора, третий выход соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, четвертый выход соединен с блоком индикации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010115541/28A RU2427805C1 (ru) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010115541/28A RU2427805C1 (ru) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2427805C1 true RU2427805C1 (ru) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010115541/28A RU2427805C1 (ru) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427805C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597682C1 (ru) * | 2015-07-06 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью "воздух-топливо-вода" и устройство для его осуществления |
-
2010
- 2010-04-19 RU RU2010115541/28A patent/RU2427805C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597682C1 (ru) * | 2015-07-06 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью "воздух-топливо-вода" и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2473889C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
RU2626409C1 (ru) | Способ измерения физических свойств жидкости | |
CA2333892A1 (en) | A microwave fluid sensor and a method for using same | |
RU2427805C1 (ru) | Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре | |
RU2578749C1 (ru) | Способ определения положения границы раздела двух веществ в емкости | |
RU2421693C1 (ru) | Способ измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре | |
RU2473052C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости | |
RU2426099C1 (ru) | Устройство для определения концентрации смеси веществ | |
RU2534747C1 (ru) | Устройство для измерения физических свойств жидкости в емкости | |
RU2620780C1 (ru) | Способ определения положения границ раздела между компонентами трехкомпонентной среды в емкости | |
RU2567446C1 (ru) | Способ измерения количества диэлектрической жидкости в металлической емкости | |
RU2426076C1 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкости | |
RU2427851C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
RU2558629C1 (ru) | Способ измерения параметров сжиженного газа в трехфазном состоянии | |
RU2576552C1 (ru) | Способ и устройство измерения физических параметров материала | |
RU2536184C1 (ru) | Концентратомер | |
RU2626458C1 (ru) | Способ измерения физических свойств жидкости | |
RU181064U1 (ru) | Устройство для измерения физических свойств жидкости | |
RU2393435C1 (ru) | Способ индикации наличия жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления | |
RU2794447C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости | |
RU2354980C2 (ru) | Способ определения диэлектрической постоянной диэлектрического продукта | |
RU2647186C1 (ru) | Способ измерения положения границ раздела между компонентами трехкомпонентной среды в емкости | |
RU2768556C1 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре | |
RU2579359C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
RU2778284C1 (ru) | Устройство для измерения уровня диэлектрической жидкости в резервуаре |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180420 |