RU2521752C1 - Product temperature and level measuring device - Google Patents

Product temperature and level measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2521752C1
RU2521752C1 RU2013105686/28A RU2013105686A RU2521752C1 RU 2521752 C1 RU2521752 C1 RU 2521752C1 RU 2013105686/28 A RU2013105686/28 A RU 2013105686/28A RU 2013105686 A RU2013105686 A RU 2013105686A RU 2521752 C1 RU2521752 C1 RU 2521752C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
level
output
input
measuring
temperature
Prior art date
Application number
RU2013105686/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Аванесович Атаянц
Сергей Викторович Мирошин
Владимир Петрович Рынин
Вячеслав Михайлович Давыдочкин
Original Assignee
ООО предприятие "КОНТАКТ-1"
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 ООО предприятие "КОНТАКТ-1" filed Critical ООО предприятие "КОНТАКТ-1"
Priority to RU2013105686/28A priority Critical patent/RU2521752C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521752C1 publication Critical patent/RU2521752C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: device includes a measuring loop with a dielectric cover reinforced with two electrically conducting ropes that are used as sensors of a capacitance level indicator. Inside the dielectric cover an arrangement is made for temperature sensors and capacitance sensors, each of which consists of a sensitive element and a capacitance measurement module. Electrically conducting ropes, temperature sensors and outputs of capacitance sensors are connected to a processing unit containing signal processing modules of temperature sensors, capacitance sensors and capacitance level indicators. Automatic calibration of the device is performed from time to time considering dielectric permeability of temperatures of the product enveloping the measuring loop in arrangement zones of capacitance sensors.
EFFECT: reducing measurement error of a storage filling level.
3 cl, 4 dwg

Description

зобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению температуры и уровня продукта, заполняющего хранилище, с помощью емкостного уровнемера.The invention relates to measuring equipment, in particular, to measuring the temperature and level of a product filling a store using a capacitive level gauge.

Известны устройства измерения температуры продукта, заполняющего хранилище [1]-[3], с помощью датчиков температуры, распределенных по хранилищу. Известны устройства для измерения уровня продукта [4]-[7] с помощью емкостных датчиков. В устройствах, измеряющих уровень заполнения хранилища продуктом [4]-[7], отсутствует функция измерения температуры. При этом устройства, измеряющие уровень, имеют недостаток, свойственный емкостным уровнемерам, а именно зависимость результатов измерения уровня заполнения хранилища от физических характеристик продукта.Known devices for measuring the temperature of the product filling the store [1] - [3] using temperature sensors distributed over the store. Known devices for measuring the level of the product [4] - [7] using capacitive sensors. In devices that measure the level of storage of the storage product [4] - [7], there is no function of measuring temperature. At the same time, level measuring devices have a disadvantage inherent in capacitive level gauges, namely the dependence of the results of measuring the storage level on the physical characteristics of the product.

Для устранения этого недостатка в устройстве [8] введены эталонные чувствительные емкостные элементы, позволяющие получить оценку электрических характеристик продукта, расположенного вблизи эталонных чувствительных емкостных элементов, но эту оценку можно использовать только при заполнении всего хранилища продуктом с фиксированными электрическими характеристиками, что встречается крайне редко. Чаще всего в ходе технологического процесса загрузки-разгрузки хранилища меняются влажность, плотность, состав продукта, что приводит к изменению диэлектрической проницаемости продукта и, соответственно, к большим погрешностям измерения уровня.To eliminate this drawback, the device [8] introduced reference sensitive capacitive elements, which allow one to obtain an estimate of the electrical characteristics of a product located near the reference sensitive capacitive elements, but this assessment can only be used when filling the entire storage with a product with fixed electrical characteristics, which is extremely rare. Most often, during the technological process of loading and unloading storage, humidity, density, and composition of the product change, which leads to a change in the dielectric constant of the product and, accordingly, to large level measurement errors.

В устройстве [9] функция измерения уровня реализована путем анализа распределения температуры вдоль чувствительного элемента. У этого способа измерения уровня имеются недостатки, практически исключающие его использование для измерения уровня, а именно:In the device [9], the level measurement function is implemented by analyzing the temperature distribution along the sensitive element. This level measurement method has drawbacks that practically exclude its use for level measurement, namely:

- значительная разница температуры слоев продукта, перемешивание которых затруднено или исключено, например, для сыпучих продуктов; эта разница может существенно превышать разницу температуры верхнего слоя сыпучего продукта, уровень которого контролируется, и среды, расположенной над ним;- a significant difference in temperature of the layers of the product, the mixing of which is difficult or impossible, for example, for bulk products; this difference may significantly exceed the difference in temperature of the upper layer of the bulk product, the level of which is controlled, and the environment located above it;

- зависимость от климатических условий, т.к. в ряде случаев может отсутствовать перепад температуры между продуктом, уровень которого контролируется, и средой над ним, что полностью исключает возможность измерения уровня.- dependence on climatic conditions, as in some cases, there may be no temperature difference between the product, the level of which is controlled, and the medium above it, which completely excludes the possibility of measuring the level.

В [10] приведено устройство, позволяющее одновременно измерять температуру продукта и уровень заполнения хранилища. Более подробно оно описано в [11].In [10], a device is presented that allows one to simultaneously measure the temperature of a product and the level of storage filling. It is described in more detail in [11].

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и совокупности существенных признаков (прототипом) является устройство измерения температуры и уровня [11], содержащее размещенный внутри хранилища измерительный шлейф с диэлектрической оболочкой, армированной двумя изолированными друг от друга металлическими тросами, и блок обработки результатов измерений. Армирующие металлические тросы используются в качестве электродов емкостного датчика уровня. Внутри диэлектрической оболочки размещены датчики температуры, а блок обработки результатов измерений имеет в своем составе коммутатор, модуль управления и вычисления уровня, модуль измерения емкости, модуль измерения температуры. Один металлический трос соединен с заземлением устройства, а второй с входом модуля измерения емкости. Коммутатор, модуль измерения температуры и модули измерения емкости управляются модулем управления и вычисления уровня.The closest to the invention in terms of the result achieved and the combination of essential features (prototype) is a temperature and level measuring device [11], which contains a measuring cable inside the storage with a dielectric sheath reinforced with two metal cables isolated from each other and a processing unit for measuring results. Reinforcing metal cables are used as electrodes of a capacitive level sensor. Temperature sensors are located inside the dielectric sheath, and the processing unit for the measurement results includes a switch, a control and level calculation module, a capacitance measurement module, and a temperature measurement module. One metal cable is connected to the device ground, and the second to the input of the capacitance measurement module. The switch, temperature measurement module and capacitance measurement modules are controlled by a control and level calculation module.

Температура контролируемого продукта измеряется датчиками температуры, расположенными вдоль измерительного шлейфа.The temperature of the controlled product is measured by temperature sensors located along the measuring loop.

Модуль измерения температуры производит периодический опрос датчиков температуры и оценивает распределение температуры вдоль измерительного шлейфа.The temperature measurement module periodically polls the temperature sensors and estimates the temperature distribution along the measuring loop.

Армирующие тросы образуют емкость, входящую в состав времязадающей цепи генератора в модуле измерения емкости. Период колебаний напряжения на емкости линейно зависит от величины измеряемой емкости.Reinforcing cables form a capacitance, which is part of the generator timing circuit in the capacitance measuring module. The period of voltage fluctuations on the capacitance linearly depends on the size of the measured capacitance.

Перед началом работы необходимо выполнить калибровку прибора по двум значениям емкости и соответствующим им уровням.Before starting work, it is necessary to calibrate the device using two capacitance values and their corresponding levels.

Недостатками устройства измерения температуры и уровня [11] являются:The disadvantages of the device for measuring temperature and level [11] are:

- отсутствие коррекции значений уровня при изменении электрофизических характеристик продукта,- lack of correction of level values when changing the electrophysical characteristics of the product,

- большая погрешность измерения уровня, связанная как с изменением физических характеристик продукта, так и с нестабильностью частоты генератора в модуле измерения емкости.- a large level measurement error associated both with a change in the physical characteristics of the product and with the instability of the frequency of the generator in the capacitance measuring module.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение устройства, заключается в уменьшении погрешности измерения уровня заполнения хранилища продуктом, обусловленной как изменением физических характеристик продукта, так и нестабильностью параметров комплектующих элементов в составе устройства.The technical result to which the invention of the device is directed is to reduce the error in measuring the level of storage of the product with the product, due to both a change in the physical characteristics of the product and the instability of the parameters of the component elements in the device.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения температуры и уровня продукта, содержащее измерительный шлейф с диэлектрической оболочкой, армированной двумя изолированными друг от друга электропроводящими тросами, внутри которой размещены датчики температуры, и содержащее также блок обработки результатов измерений, включающий коммутатор, модуль управления и вычисления уровня, первый выход которого соединен с первым входом коммутатора, модуль измерения температуры, у которого первый вход через коммутатор соединен с датчиками температуры, второй вход соединен со вторым выходом модуля управления и вычисления уровня, а первый выход является первым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта, и модуль измерения емкости, у которого первый вход соединен с первым тросом, второй вход соединен с третьим выходом модуля управления и вычисления уровня, а выход соединен с первым входом модуля управления и вычисления уровня, при этом второй трос соединен с заземлением устройства для измерения температуры и уровня продукта, а вторым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта является четвертый выход модуля управления и вычисления уровня, дополнительно в блок обработки результатов измерений введен второй модуль измерения уровня, а в измерительный шлейф введены емкостные сенсоры, размещенные вдоль измерительного шлейфа с заданными координатами и соединенные своими выходами через коммутатор с первым входом второго модуля измерения уровня, у которого второй вход соединен с пятым выходом блока управления и вычисления уровня, третий вход соединен со вторым выходом модуля измерения температуры, а выход соединен со вторым входом модуля управления и вычисления уровня.The technical result is achieved in that in a device for measuring temperature and product level, containing a measuring loop with a dielectric sheath, reinforced with two electrically conductive cables isolated from each other, inside which temperature sensors are placed, and also containing a measurement results processing unit, including a switch, a control module and calculating the level, the first output of which is connected to the first input of the switch, a temperature measurement module, in which the first input through the switch is connected nen with temperature sensors, the second input is connected to the second output of the control and level calculation module, and the first output is the first output of the device for measuring temperature and product level, and the capacitance measuring module, in which the first input is connected to the first cable, the second input is connected to the third the output of the control and level calculation module, and the output is connected to the first input of the control and level calculation module, while the second cable is connected to the ground of the device for measuring the temperature and level of the product, and the second exit The device for measuring temperature and product level is the fourth output of the control and level calculation module, in addition to the measurement processing unit, a second level measurement module is introduced, and capacitive sensors are placed in the measurement loop, placed along the measurement loop with the specified coordinates and connected to their outputs via a switch with the first input of the second level measurement module, in which the second input is connected to the fifth output of the control and level calculation unit, the third input is connected to orym output temperature measurement module, and an output connected to the second input of the control and calculating unit level.

При этом каждый емкостной сенсор содержит чувствительный элемент с осевыми размерами много меньше расстояний между сенсорами и модуль измерения емкости, вход которого соединен с чувствительным элементом, а выход через коммутатор соединен с первым входом второго модуля измерения уровня. Причем чувствительные элементы емкостных сенсоров своей поверхностью прижаты к внутренней поверхности диэлектрической оболочки.Moreover, each capacitive sensor contains a sensitive element with axial dimensions much smaller than the distances between the sensors and a capacitance measuring module, the input of which is connected to the sensitive element, and the output through the switch is connected to the first input of the second level measuring module. Moreover, the sensitive elements of capacitive sensors with their surface are pressed against the inner surface of the dielectric sheath.

Сущность изобретения устройства заключается в том, что для уменьшения погрешности измерений уровня продукта в хранилище и снижения требований к стабильности характеристик электронных узлов, обеспечивающих измерение уровня, периодически выполняется автоматическая калибровка устройства с учетом диэлектрической проницаемости и температур продукта, окружающего измерительный шлейф в зонах размещения емкостных сенсоров. Для этого в измерительный шлейф введены емкостные сенсоры, соединенные выходами через коммутатор с входом второго модуля вычисления уровня, который дополнительно введен в блок обработки результатов измерений. При этом третий вход второго модуля измерения уровня соединен со вторым выходом модуля измерения температуры.The essence of the invention of the device lies in the fact that to reduce the error in measuring the level of the product in the store and to reduce the stability requirements of the characteristics of the electronic components that provide level measurement, the device is automatically calibrated periodically taking into account the dielectric constant and temperature of the product surrounding the measuring loop in the areas where capacitive sensors are located . For this, capacitive sensors are introduced into the measuring loop, connected by the outputs through the switch to the input of the second level calculation module, which is additionally introduced into the measurement results processing unit. In this case, the third input of the second level measurement module is connected to the second output of the temperature measurement module.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Совокупность существенных отличительных признаков в заявляемом объекте обеспечивает устройству для измерения температуры и уровня продукта новые качества - возможность автоматической калибровки и, соответственно, инвариантность к диэлектрической проницаемости продукта, климатическим условиям и нестабильности характеристик электронных компонент устройства. Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании того, что указанные отличия не следуют явным образом из доступных научно-технических источников, сделан вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law. The set of essential distinguishing features in the claimed object provides the device for measuring the temperature and level of the product with new qualities - the ability to automatically calibrate and, accordingly, the invariance to the dielectric constant of the product, climatic conditions and instability of the characteristics of the electronic components of the device. Information about the fame of the distinguishing features in the totality of the characteristics of the known technical solutions with the achievement of the same as the claimed device, there is no positive effect. Based on the fact that these differences do not follow explicitly from available scientific and technical sources, it is concluded that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "inventive step".

Сущность изобретения поясняется схемой и чертежом.The invention is illustrated by the diagram and drawing.

На фиг.1 изображена упрощенная функциональная схема заявляемого устройства. Figure 1 shows a simplified functional diagram of the inventive device.

На фиг.2 изображены продольный и поперечный разрезы отрезка измерительного шлейфа.Figure 2 shows the longitudinal and transverse sections of a segment of the measuring loop.

На фиг.3 приведены результаты моделирования работы устройства прототипа и предлагаемого.Figure 3 shows the simulation results of the device prototype and the proposed.

На фиг.4 представлены результаты испытаний опытного образца предлагаемого устройства, размещенного в зернохранилище.Figure 4 presents the test results of a prototype of the proposed device, placed in a granary.

Устройство для измерения температуры и уровня продукта (фиг.1) содержит измерительный шлейф с диэлектрической оболочкой, армированной двумя изолированными друг от друга электропроводящими тросами 1 и 2, внутри которой размещены датчики температуры 3, и содержит также блок обработки результатов измерений, включающий коммутатор 4, модуль управления и вычисления уровня 5, первый выход которого соединен с первым входом коммутатора, модуль измерения температуры 6, у которого первый вход через коммутатор соединен с датчиками температуры, второй вход соединен со вторым выходом модуля управления и вычисления уровня, а первый выход является первым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта, и модуль измерения емкости 7, у которого первый вход соединен с первым электропроводящим тросом 1, второй вход соединен с третьим выходом модуля управления и вычисления уровня, а выход соединен с первым входом модуля управления и вычисления уровня, при этом второй электропроводящий трос 2 соединен с заземлением устройства для измерения уровня и продукта, а вторым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта является четвертый выход модуля управления и вычисления уровня 5. В блок обработки результатов измерений введен второй модуль измерения уровня 8, а в измерительный шлейф введены емкостные сенсоры 9, размещенные вдоль измерительного шлейфа с заданными координатами и соединенные своими выходами через коммутатор 4 с первым входом второго модуля измерения уровня 8, у которого второй вход соединен с пятым выходом модуля управления и вычисления уровня 5, третий вход соединен со вторым выходом модуля измерения температуры 6, а выход соединен с вторым входом модуля управления и вычисления уровня 5.A device for measuring temperature and product level (Fig. 1) contains a measuring loop with a dielectric sheath reinforced with two electrically conductive cables 1 and 2 isolated from each other, inside which temperature sensors 3 are placed, and also contains a measurement results processing unit, including a switch 4, a control and calculation module of level 5, the first output of which is connected to the first input of the switch, a temperature measurement module 6, in which the first input through the switch is connected to temperature sensors, the second the input is connected to the second output of the control and level calculation module, and the first output is the first output of the device for measuring temperature and product level, and the capacitance measuring module 7, in which the first input is connected to the first electrically conductive cable 1, the second input is connected to the third output of the control module and calculating the level, and the output is connected to the first input of the control module and calculating the level, while the second conductive cable 2 is connected to the ground of the device for measuring the level and the product, and the second output The fourth output of the control and level 5 calculation module is the property for measuring the temperature and level of the product. A second level 8 measuring module is introduced into the processing unit of the measurement results, and capacitive sensors 9 are placed in the measuring loop, placed along the measuring loop with specified coordinates and connected by their outputs through switch 4 with the first input of the second level 8 measurement module, in which the second input is connected to the fifth output of the control and level 5 calculation module, the third input is connected to the second output The module temperature measurement 6, and the output is connected to the second input of the control unit and calculating a level 5.

Каждый емкостной сенсор 9 (фиг.2) содержит чувствительный элемент 10 с осевыми размерами много меньше расстояний между сенсорами и модуль измерения емкости 11, вход которого соединен с чувствительным элементом 10, а выход через коммутатор соединен с первым входом второго модуля измерения уровня 8.Each capacitive sensor 9 (Fig. 2) contains a sensitive element 10 with axial dimensions much smaller than the distances between the sensors and a capacitance measuring module 11, the input of which is connected to the sensitive element 10, and the output through the switch is connected to the first input of the second level measuring module 8.

Чувствительные элементы 11 емкостных сенсоров 9 своей поверхностью прижаты к внутренней поверхности диэлектрической оболочки.The sensitive elements 11 of the capacitive sensors 9 are pressed with their surface to the inner surface of the dielectric sheath.

Практическая реализация устройства не представляет собой сложности и осуществляется на основе широко распространенных электронных элементов, например, производимых фирмами Analog Devices, MAXIM, Atmel и др.The practical implementation of the device is not difficult and is based on widely used electronic elements, for example, those produced by Analog Devices, MAXIM, Atmel, etc.

При использовании в качестве датчиков температуры 3 микросхем DS18B20 фирмы MAXIM, а в качестве модуля измерения емкости 11 измерителя емкости AD7747 фирмы Analog Devices, управляемого микроконтроллером ATtiny84 фирмы Atmel, целесообразно для сокращения числа соединительных проводников между измерительным шлейфом и блоком обработки результатов измерений передачу данных между датчиками температуры 3, емкостными сенсорами 9 измерительного шлейфа и блоком обработки результатов измерений производить по одной шине данныхWhen using 3 MAXIM DS18B20 microcircuits as temperature sensors, and 11 Analog Devices capacitance meters AD7747 controlled by the Atmel microcontroller as the capacitance measuring module, it is advisable to reduce the number of connecting conductors between the measuring loop and the processing unit of the measurement results; data transmission between the sensors temperature 3, with capacitive sensors 9 of the measuring loop and the processing unit of the measurement results to produce on one data bus

В качестве коммутатора могут быть использованы микросхемы ADG736 фирмы Analog Devices. В модуле управления и вычисления уровня 5, в модуле измерения температуры 6 и в модуле измерения емкости 7 могут быть использованы микросхемы серии ATtiny фирмы Atmel.As a switch, ADG736 chips from Analog Devices can be used. Atmel's ATtiny series chips can be used in the control and calculation module of level 5, in the temperature measurement module 6, and in the capacitance measurement module 7.

Модуль измерения емкости 7 может быть выполнен на основе управляемого генератора, аналогично устройству прототипу, или с использованием микросхемы серии PCapOl фирмы Acam-messelectronic gmbh, позволяющей получать цифровое значение емкости до сотен нанофарад.The capacitance measuring module 7 can be made on the basis of a controlled generator, similar to the prototype device, or using a PCapOl microcircuit from Acam-messelectronic gmbh, which allows obtaining a digital capacitance value of up to hundreds of nanofarads.

Без изменения сущности изобретения возможен вариант программной реализации функций нескольких модулей блока обработки результатов измерений с использованием одного более мощного микроконтроллера, например, ATmegal28.Without changing the essence of the invention, a variant of the software implementation of the functions of several modules of the processing unit of the measurement results using one more powerful microcontroller, for example, ATmegal28, is possible.

На фиг.2 показан продольный и поперечный разрезы варианта конструкции измерительного шлейфа, в котором обмен данными между датчиками температуры 3, емкостными сенсорами 9 измерительного шлейфа и блоком обработки результатов измерений происходит по одной шине данных. При этом в качестве датчиков температуры могут быть использованы микросхемы DS18B20 фирмы MAXIM, а в качестве модулей измерения емкости 11 - AD7747 фирмы Analog Devices, управляемые контроллером ATtiny84 фирмы Atmel. Чувствительные элементы 10 емкостных сенсоров 9 могут быть выполнены, например, в виде многоэлементных пружин с общим контактом, в виде металлических труб, вмонтированных в диэлектрическую оболочку, и других элементов, которые обеспечивают механический контакт своей внешней поверхности с внутренней поверхностью диэлектрической оболочки, например, за счет упругих свойств элементов.Figure 2 shows the longitudinal and transverse sections of the design variant of the measuring loop, in which data are exchanged between the temperature sensors 3, the capacitive sensors 9 of the measuring loop and the processing unit of the measurement results via one data bus. In this case, MAXIM DS18B20 microcircuits can be used as temperature sensors, and Analog Devices AD7747 controlled by Atmel ATtiny84 controller can be used as capacitance measurement modules 11. The sensitive elements 10 of the capacitive sensors 9 can be made, for example, in the form of multi-element springs with a common contact, in the form of metal pipes mounted in a dielectric sheath, and other elements that provide mechanical contact of their outer surface with the inner surface of the dielectric sheath, for example, due to the elastic properties of the elements.

Устройство для измерения температуры и уровня продукта работает следующим образом.A device for measuring temperature and product level works as follows.

После монтажа устройства на пустом хранилище с помощью команды на модуль управления и вычисления уровня 5 оператор подтверждает факт отсутствия продукта в хранилище, уровень и температура которого подлежат контролю. По этой команде устройством производится измерение емкости между армирующими электропроводящими тросами 1, 2 - C0x, соответствующей начальному значению уровня H0x, а также начальных емкостей чувствительных элементов 10 емкостных сенсоров 9 - CS01…CS0k. Измеренные величины C0x и CS01…CS0k сохраняются соответственно в памяти модуля управления и вычисления уровня 5 и второго модуля измерения уровня 8. После этого устройство готово к работе. Опрос датчиков температуры 3 и фиксация результатов измерения температуры модулем измерения температуры 6 позволяет получить распределение температуры вдоль хранилища. Опрос емкостных сенсоров 9 дает предварительную (грубую) оценку уровня продукта в хранилище. Точное значение уровня оценивается устройством на основе емкости между армирующими тросами 1, 2. Таким образом, существуют два независимых канала измерения уровня, совместная работа которых позволяет существенно снизить погрешность устройства при измерении уровня. Рассмотрим взаимодействие каналов более подробно.After mounting the device on an empty storage, using the command on the control module and calculating level 5, the operator confirms the absence of a product in the storage, the level and temperature of which are subject to control. By this command, the device measures the capacitance between the reinforcing conductive cables 1, 2 - C0x, corresponding to the initial value of the level H0x, as well as the initial capacitances of the sensitive elements 10 of the capacitive sensors 9 - CS01 ... CS0k. The measured values C0x and CS01 ... CS0k are stored respectively in the memory of the control and calculation module level 5 and the second measurement module level 8. After that, the device is ready for operation. Interrogation of temperature sensors 3 and fixing the results of temperature measurements by temperature measuring module 6 allows you to get the temperature distribution along the storage. A survey of capacitive sensors 9 gives a preliminary (rough) estimate of the level of product in the store. The exact value of the level is estimated by the device based on the capacitance between the reinforcing cables 1, 2. Thus, there are two independent channels for level measurement, the joint operation of which can significantly reduce the error of the device when measuring the level. Consider the interaction of channels in more detail.

На основе априорных сведений о шумах модулей измерения емкости 11 емкостных сенсоров 9 устанавливаются предварительные пороговые уровни емкостей чувствительных элементов для всех емкостных сенсоров 9 Ср01…Ср0к, превышение которых свидетельствует о появлении продукта в месте расположения емкостного сенсора 9. В последующем на основе значений емкостей чувствительных элементов 11 емкостных сенсоров 9, расположенных ниже уровня продукта Cf1…Cfj (погруженных в продукт), корректируются пороговые значения емкостей чувствительных элементов 11 всех емкостных сенсоров 9 Cp1…Cpk. Таким образом, устройство адаптируется к конкретному продукту, которым заполняется хранилище и снижается влияние шумов модулей измерения емкости 11 емкостных сенсоров 9 на работу устройства. Увеличение или уменьшение емкости чувствительного элемента j-гo емкостного сенсора Csj, расположенного на известном уровне Hsj, приводящее к прохождению значения, равного порогу Cpj, позволяет скорректировать показания уровня прибора и оценить величину диэлектрической проницаемости продукта для дальнейших вычислений уровняBased on a priori information about the noise of capacitance measuring modules 11 of capacitive sensors 9, preliminary threshold levels of capacitance of sensitive elements are established for all capacitive sensors 9 Ср01 ... Ср0к, the excess of which indicates the appearance of the product at the location of the capacitive sensor 9. Subsequently, based on the values of the capacitance of the sensitive elements 11 capacitive sensors 9 located below the level of the product Cf1 ... Cfj (immersed in the product), the threshold values of the capacitances of the sensing elements are adjusted 11 all x capacitive sensors 9 Cp1 ... Cpk. Thus, the device adapts to a specific product, which fills the storage and reduces the influence of the noise of the modules for measuring the capacitance 11 of the capacitive sensors 9 on the operation of the device. Increasing or decreasing the capacitance of the sensitive element of the j-th capacitive sensor Csj located at a known level Hsj, leading to the passage of a value equal to the threshold Cpj, allows you to adjust the level readings of the device and estimate the dielectric constant of the product for further level calculations

ε=1+(Cx-C0x)·Hm/C0x-Hsj,ε = 1 + (Cx-C0x); Hm / C0x-Hsj,

где Cx - величина емкости между тросами 1 и 2, измеренная модулем 7,where Cx - the value of the capacitance between the cables 1 and 2, measured by module 7,

Hm - максимально возможное значение уровня (длина измерительного шлейфа),Hm - the maximum possible level value (length of the measuring loop),

Hsj - уровень, на котором расположен j-й сенсор, при этом, значение уровня принимается равным уровню размещения j-гo емкостного сенсора Hsj.Hsj is the level at which the j-th sensor is located, while the level value is taken equal to the level of placement of the j-th capacitive sensor Hsj.

При коррекции показаний уровня устраняется влияние на погрешность устройства не только изменений величины диэлектрической проницаемости продукта, но и нестабильности характеристик комплектующих элементов в составе устройства, влияющих на его показания уровня.When correcting the level readings, the effect on the error of the device is eliminated not only of changes in the dielectric constant of the product, but also of the instability of the characteristics of the component parts in the device, affecting its level readings.

Вместе с этим канал уровнемера на основе тросов 1 и 2 дает возможность исключить ложные срабатывания емкостных сенсоров 9, находящихся на большом удалении от уровня продукта, измеренного устройством.At the same time, the level gauge channel based on cables 1 and 2 makes it possible to eliminate false alarms of capacitive sensors 9 located at a great distance from the level of the product measured by the device.

Кроме этого, для емкостных сенсоров 9, расположенных выше уровня продукта, определяются начальные значения емкостей чувствительных элементов сенсоров 9, учитывающие возможное загрязнение измерительного шлейфа.In addition, for capacitive sensors 9 located above the product level, the initial values of the capacitances of the sensitive elements of the sensors 9 are determined, taking into account possible contamination of the measuring loop.

Во второй модуль измерения уровня 8, кроме значений емкостей чувствительных элементов емкостных сенсоров 9, поступают данные измерения температуры с датчиков температуры 3, расположенных вблизи емкостных сенсоров 9, которые используются для температурной коррекции значений всех емкостей.In the second module for measuring level 8, in addition to the capacitance values of the sensitive elements of the capacitive sensors 9, temperature measurement data are received from temperature sensors 3 located near the capacitive sensors 9, which are used for temperature correction of all capacities.

Температурную зависимость емкостей чувствительных элементов 10 емкостных сенсоров 9 измеряют и записывают в память до монтажа устройства на хранилище.The temperature dependence of the capacitance of the sensitive elements 10 of the capacitive sensors 9 is measured and recorded in memory before mounting the device in storage.

На фиг.3 приведены результаты моделирования работы устройства прототипа и предлагаемого. В ходе моделирования вместе с изменением уровня менялась величина диэлектрической проницаемости продукта в пределах 2.2±15%. При моделировании предлагаемого устройства использовались пять емкостных сенсоров, расположенных на уровнях - 2, 6, 10, 14 и 18 метров соответственно. Пунктирной линией 12 показано изменение уровня продукта. Штрихпунктирная линия 13 дает оценку уровня устройством прототипом, не учитывающим изменение его диэлектрической проницаемости. Показания уровня могут превышать физические размеры хранилища. Сплошной линией 14 дана оценка уровня предлагаемым устройством. На ней отчетливо заметны места коррекции показаний прибора при достижении уровня продукта координат расположения емкостных сенсоров 9. Причем видно, что характер коррекции различный. В нижних трех точках коррекции оценка уровня достигает координат расположения емкостных сенсоров 9 быстрее, чем реальный уровень (т.е. предшествующие оценки диэлектрической проницаемости ниже, чем диэлектрическая проницаемость продукта, заполняющего хранилище). А в точках, расположенных на уровнях 14 и 18 метров, характер коррекции меняется, в хранилище поступает продукт с диэлектрической проницаемостью ниже, чем используется в вычислениях уровня.Figure 3 shows the simulation results of the device prototype and the proposed. During the simulation, together with a change in the level, the dielectric constant of the product changed within 2.2 ± 15%. When modeling the proposed device, five capacitive sensors were used, located at levels of 2, 6, 10, 14, and 18 meters, respectively. Dotted line 12 shows the change in product level. The dash-dotted line 13 gives an estimate of the level of the device with a prototype that does not take into account the change in its dielectric constant. Level readings may exceed the physical size of the vault. Solid line 14 gives an estimate of the level of the proposed device. On it, correction points of the device readings are clearly visible when the product level reaches the coordinates of the location of the capacitive sensors 9. Moreover, it is clear that the nature of the correction is different. At the bottom three correction points, the level estimate reaches the location coordinates of the capacitive sensors 9 faster than the actual level (i.e., the previous dielectric permittivity estimates are lower than the dielectric constant of the product filling the storage). And at the points located at the levels of 14 and 18 meters, the nature of the correction changes, a product with a dielectric constant lower than that used in level calculations comes into the storehouse.

Необходимо отметить, что кроме коррекции величины диэлектрической проницаемости, используемой в предлагаемом устройстве, при достижении уровня продукта координат расположения емкостных сенсоров 9 осуществляется и учет нестабильности комплектующих элементов на основе точно известных уровней (координат) расположения емкостных сенсоров 9.It should be noted that in addition to the correction of the dielectric constant used in the proposed device, upon reaching the product level, the location coordinates of the capacitive sensors 9 also take into account the instability of components based on the exactly known levels (coordinates) of the location of the capacitive sensors 9.

Тем самым, точность измерения уровня повышается не только за счет оценки характеристик продукта, но и за счет оценки характеристик прибора.Thus, the accuracy of level measurement is improved not only by evaluating the characteristics of the product, but also by evaluating the characteristics of the device.

На фиг.4 представлены результаты испытаний опытного образца прибора, размещенного на хранилище зерна, которое использовалось при приготовлении комбикорма. В течение рабочего дня, с 8 до 23 часов, в хранилище постоянно поступало зерно от различных поставщиков с различными физическими характеристиками и одновременно шла выгрузка зерна в емкости, где готовился комбикорм. Здесь тоже, как и при моделировании, отчетливо заметны места коррекции 15 при загрузке хранилища зерном с различными физическими характеристиками. В ходе опытной эксплуатации (около 1.5 месяцев) показания уровня периодически контролировались с помощью измерительного лота, разница показаний уровней не превысила 0.3 м, при этом погрешность 6-14 раз ниже погрешности известного устройства.Figure 4 presents the test results of the prototype of the device, placed in a grain storage, which was used in the preparation of animal feed. During the working day, from 8 a.m. to 11 p.m., grain from various suppliers with different physical characteristics was constantly supplied to the storage and at the same time the grain was unloaded in the tank where the compound feed was prepared. Here, as well as during modeling, correction points 15 are clearly visible when loading the storage with grain with various physical characteristics. During the trial operation (about 1.5 months), the level readings were periodically monitored using a measuring lot, the difference in the level readings did not exceed 0.3 m, while the error was 6-14 times lower than the error of the known device.

Таким образом, реализуемость изобретения подтверждена изготовлением опытного образца и актом его опытной эксплуатации на элеваторе.Thus, the feasibility of the invention is confirmed by the manufacture of a prototype and the act of its trial operation at the elevator.

Источники информацииInformation sources

1. http://www.liroselectronic.com/gw/sensor_lines.html1. http://www.liroselectronic.com/gw/sensor_lines.html

2. http://www.rolfesatboone.com/index.cfm?fuseaction=cEcommerce.Product& ProductID=10002. http://www.rolfesatboone.com/index.cfm?fuseaction=cEcommerce.Product& ProductID = 1000

3. http://www.cimbria.com/files/filer/Solutions/Brochures/Temperature_Momitoring_ System_GB.pdf3. http://www.cimbria.com/files/filer/Solutions/Brochures/Temperature_Momitoring_ System_GB.pdf

4. http://www.dinel.cz/uploads/pdf/080901024831-clm-36-dat-en.pdf4.http: //www.dinel.cz/uploads/pdf/080901024831-clm-36-dat-en.pdf

5. http://www.hawker-electronics.co.uk/files/flexicap_data_sht_254_iss_e_2.pdf5. http://www.hawker-electronics.co.uk/files/flexicap_data_sht_254_iss_e_2.pdf

6. https://eb.automation.siemens.com/goos/catalog/Pages/ProductData.aspx71anguage-en&nodeid=10017044&tree=CatalogTree&regionUrl=/#activetab=product&6. https://eb.automation.siemens.com/goos/catalog/Pages/ProductData.aspx71anguage-en&nodeid=10017044&tree=CatalogTree&regionUrl=/#activetab=product&

7. http://www.vegacontrols.co.uk/product_details.asp?productID=78&fixedRangeID=047. http://www.vegacontrols.co.uk/product_details.asp?productID=78&fixedRangeID=04

8. http://www.emo.org.tr/ekler/b7cleabb2baa803_ek.pdf8. http://www.emo.org.tr/ekler/b7cleabb2baa803_ek.pdf

9. Патент RU2079818 «Способ измерения уровня зерна или комбикорма в силосах», МПК G 01 F 23/22, публ. 20.05.1997 г.9. Patent RU2079818 "Method for measuring the level of grain or feed in silos", IPC G 01 F 23/22, publ. 05/20/1997

10. Берестнев Е.В., Петриченко В.Е., Новицкий В.О. Рекомендации по организации и ведению технологического процесса на мукомольных предприятиях. М.: ДеЛи принт, 2008, с.164 (прототип).10. Berestnev E.V., Petrichenko V.E., Novitsky V.O. Recommendations on the organization and conduct of the process at flour mills. M .: DeLi print, 2008, p.164 (prototype).

11. http://www.kontakt-l.ru/pdf/tur01.pdf (прототип).11. http://www.kontakt-l.ru/pdf/tur01.pdf (prototype).

Claims (3)

1. Устройство для измерения температуры и уровня продукта, содержащее измерительный шлейф с диэлектрической оболочкой, армированной двумя изолированными друг от друга электропроводящими тросами, внутри которой размещены датчики температуры, и содержащее также блок обработки результатов измерений, включающий коммутатор, модуль управления и вычисления уровня, первый выход которого соединен с первым входом коммутатора, модуль измерения температуры, у которого первый вход через коммутатор соединен с датчиками температуры, второй вход соединен со вторым выходом модуля управления и вычисления уровня, а первый выход является первым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта, и модуль измерения емкости, у которого первый вход соединен с первым тросом, второй вход соединен с третьим выходом модуля управления и вычисления уровня, а выход соединен с первым входом модуля управления и вычисления уровня, при этом второй трос соединен с заземлением устройства для измерения температуры и уровня продукта, а вторым выходом устройства для измерения температуры и уровня продукта является четвертый выход модуля управления и вычисления уровня, отличающееся тем, что в блок обработки результатов измерений введен второй модуль измерения уровня, а в измерительный шлейф введены емкостные сенсоры, размещенные вдоль измерительного шлейфа с заданными координатами и соединенные своими выходами через коммутатор с первым входом второго модуля измерения уровня, у которого второй вход соединен с пятым выходом блока управления и вычисления уровня, третий вход соединен со вторым выходом модуля измерения температуры, а выход соединен с вторым входом модуля управления и вычисления уровня.1. A device for measuring temperature and level of a product, comprising a measuring loop with a dielectric sheath, reinforced with two electrically conductive cables isolated from each other, inside which temperature sensors are placed, and also containing a unit for processing measurement results, including a switch, a control and level calculation module, the first the output of which is connected to the first input of the switch, a temperature measurement module, in which the first input through the switch is connected to temperature sensors, the second input with is single with the second output of the control and level calculation module, and the first output is the first output of the device for measuring the temperature and level of the product, and the capacitance measuring module, in which the first input is connected to the first cable, the second input is connected to the third output of the control and level calculation module, and the output is connected to the first input of the control and level calculation module, while the second cable is connected to the ground of the device for measuring temperature and product level, and the second output of the device for measuring temperature and the product level is the fourth output of the control and level calculation module, characterized in that a second level measurement module is introduced into the processing unit of the measurement results, and capacitive sensors are placed in the measurement loop, placed along the measurement loop with predetermined coordinates and connected by their outputs through the switch with the first input the second level measurement module, in which the second input is connected to the fifth output of the control unit and calculating the level, the third input is connected to the second output of the tempo measurement module the output, and the output is connected to the second input of the control and level calculation module. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый емкостной сенсор содержит чувствительный элемент с осевыми размерами много меньше расстояний между сенсорами и модуль измерения емкости, вход которого соединен с чувствительным элементом, а выход через коммутатор соединен с первым входом второго модуля измерения уровня.2. The device according to claim 1, characterized in that each capacitive sensor contains a sensitive element with axial dimensions much less than the distances between the sensors and a capacitance measuring module, the input of which is connected to the sensitive element, and the output through the switch is connected to the first input of the second level measurement module . 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что чувствительные элементы емкостных сенсоров своей поверхностью прижаты к внутренней поверхности диэлектрической оболочки. 3. The device according to claim 2, characterized in that the sensitive elements of capacitive sensors with their surface are pressed against the inner surface of the dielectric sheath.
RU2013105686/28A 2013-02-11 2013-02-11 Product temperature and level measuring device RU2521752C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013105686/28A RU2521752C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Product temperature and level measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013105686/28A RU2521752C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Product temperature and level measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2521752C1 true RU2521752C1 (en) 2014-07-10

Family

ID=51217065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013105686/28A RU2521752C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Product temperature and level measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521752C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753668C1 (en) * 2020-12-24 2021-08-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам" Method for controlling release of grain from silos of elevator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4334663A1 (en) * 1993-10-12 1995-04-13 Rolf Windhorst Method for continuously measuring the filling level of a liquid container and the temperature of the liquid, using a capacitive measuring probe which accurately indicates the volume even in the case of different shapes of container
RU2042982C1 (en) * 1993-08-24 1995-08-27 Ильчишин Владимир Адамович Method for writing and reading binary information
RU2079818C1 (en) * 1994-07-18 1997-05-20 Акционерное общество закрытого типа "Ингравт" Method of measurement of level of grain or mixed in silos
CN201497543U (en) * 2009-05-21 2010-06-02 浙江达峰科技有限公司 Capacitance induction type water temperature and level sensor
CN201697690U (en) * 2009-07-31 2011-01-05 佛山市中协电器有限公司 Capacitive sensing liquid level sensor
CN202057386U (en) * 2011-05-27 2011-11-30 皇明太阳能股份有限公司 Digital communication gradient sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2042982C1 (en) * 1993-08-24 1995-08-27 Ильчишин Владимир Адамович Method for writing and reading binary information
DE4334663A1 (en) * 1993-10-12 1995-04-13 Rolf Windhorst Method for continuously measuring the filling level of a liquid container and the temperature of the liquid, using a capacitive measuring probe which accurately indicates the volume even in the case of different shapes of container
RU2079818C1 (en) * 1994-07-18 1997-05-20 Акционерное общество закрытого типа "Ингравт" Method of measurement of level of grain or mixed in silos
CN201497543U (en) * 2009-05-21 2010-06-02 浙江达峰科技有限公司 Capacitance induction type water temperature and level sensor
CN201697690U (en) * 2009-07-31 2011-01-05 佛山市中协电器有限公司 Capacitive sensing liquid level sensor
CN202057386U (en) * 2011-05-27 2011-11-30 皇明太阳能股份有限公司 Digital communication gradient sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753668C1 (en) * 2020-12-24 2021-08-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам" Method for controlling release of grain from silos of elevator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200378816A1 (en) Calibration-free continuous bin level sensor
US3862571A (en) Multielectrode capacitive liquid level sensing system
US8931340B2 (en) Contactless filling level measurement of liquids
CN103430016B (en) For calibrating the method for conductivity measurement unit
US20130276533A1 (en) Device for measuring fluid level in a container
Schwartz et al. Soil permittivity response to bulk electrical conductivity for selected soil water sensors
DE102014101855B4 (en) Measuring device for detecting material level and temperature
JP7272774B2 (en) LEAKAGE DETECTION SYSTEM AND LEAKAGE DETECTION METHOD
CN102096057B (en) Calibration method and device of capacitance measurement circuit
EP2435820A2 (en) Hydrogen chlorine level detector
CN103513195A (en) Hall sensor measurement system and temperature compensation method
CN102169029B (en) Two-wire system digital sensing device for online measuring temperature and water of multi-layer grains of grain pile
CN104390932A (en) Method for detecting moisture content of wood on basis of infrared differential spectrum technology
US10114139B1 (en) Multi-capacitor liquid detection device and method(s) of use
RU2521752C1 (en) Product temperature and level measuring device
CN108519171B (en) method for judging grain condition of stored grains
CN105352571B (en) A kind of silo gravimetric analysis sensing method and device based on exponential relationship estimation
US20110280281A1 (en) Temperature Sensor
RU2417349C1 (en) Procedure for measurement of relative deformations of structures with multi-pointed tensometric measuring system
CN103913119A (en) Workpiece length online measuring system and method
CN110426419A (en) The moisture transducer of digital resistance-type
CN104622437A (en) Ultrasonic body height measuring equipment
US20060201022A1 (en) In-kiln moisture measurement calibration system
NO20140185A1 (en) System and method for multiphase flow measurements
CN110199178B (en) Method for compensating for the Venturi effect on a pressure sensor in a flowing water