RU2629706C1 - Способ измерения уровня вещества в емкости - Google Patents

Способ измерения уровня вещества в емкости Download PDF

Info

Publication number
RU2629706C1
RU2629706C1 RU2016118018A RU2016118018A RU2629706C1 RU 2629706 C1 RU2629706 C1 RU 2629706C1 RU 2016118018 A RU2016118018 A RU 2016118018A RU 2016118018 A RU2016118018 A RU 2016118018A RU 2629706 C1 RU2629706 C1 RU 2629706C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substance
frequency
electromagnetic waves
level
waves
Prior art date
Application number
RU2016118018A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Совлуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2016118018A priority Critical patent/RU2629706C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2629706C1 publication Critical patent/RU2629706C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves

Landscapes

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

Abstract

Изобретение может быть использовано для измерения уровня различных веществ в емкостях, в частности уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение быстродействия и точности измерения. Способ измерения уровня вещества в емкости, при котором зондируют его поверхность частотно-модулированными электромагнитными волнами в фиксированном диапазоне частот, принимают отраженные волны, при этом при частотной модуляции разбивают фиксированный диапазон частот не менее, чем на два поддиапазона, а частотную модуляцию осуществляют во всех поддиапазонах одновременно, и определяют число возбуждаемых типов электромагнитных колебаний, отличающийся тем, что зондирование поверхности вещества электромагнитными волнами осуществляют по нормали к ней, в каждом из поддиапазонов образуют из зондирующих и отраженных электромагнитных волн после их многократного последовательного зондирования и отражения от поверхности вещества стоячие электромагнитные волны и по числу соответствующих им при девиации частоты типов возбуждаемых электромагнитных колебаний в образуемом резонаторе судят об уровне вещества. 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня различных веществ, в частности уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства.
Известен бесконтактный способ измерения уровня вещества, содержащегося в какой-либо емкости, в котором зондируют поверхность вещества частотно-модулированными волнами в фиксированном диапазоне частот и определяют частотный сдвиг, по которому судят об уровне вещества (Викторов В.А. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с. С. 150-154). Такой способ позволяет определить уровень вещества в какой-либо емкости. Однако при изменении уровня контролируемого вещества за время измерения этот способ неприменим, так как имеет место большая погрешность измерения.
Известно также техническое решение (SU 1659730 A1, 30.06.1991), которое содержит описание способа, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству и принятого в качестве прототипа. Этот способ-прототип включает зондирование вещества частотно-модулированными волнами в фиксированном диапазоне частот, прием отраженных волн после их многократного последовательного зондирования и отражения от вещества, образование стоячей волны из отраженных и зондирующих волн и определение числа возбуждаемых собственных типов колебаний, по которому судят об уровне вещества. Недостатком этого способа-прототипа является невысокое быстродействие и сложность его реализации. Ограниченное быстродействие зависит от периода девиации частоты генератора (порядка 100 мс), что в реальных условиях, характеризуемых динамикой вещества в емкости, не является приемлемым и приводит к появлению значительной погрешности измерения уровня.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение быстродействия и точности измерения.
Технический результат в способе измерения уровня вещества в емкости, включающем его зондирование частотно-модулированными волнами в фиксированном диапазоне частот, прием отраженных волн после их многократного последовательного зондирования и отражения от вещества, образование стоячей волны из отраженных и зондирующих волн и определение числа возбуждаемых собственных типов колебаний, по которому судят об уровне, достигается тем, что при частотной модуляции разбивают фиксированный диапазон частот не менее, чем на два поддиапазона, а частотную модуляцию осуществляют во всех поддиапазонах одновременно.
Предлагаемый способ поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1 приведены: 1 - график временной зависимости частоты генератора при ее девиации в пределах
Figure 00000001
для способа-прототипа.
На фиг. 2 (а, б, в) - графики временной зависимости частоты в поддиапазонах частот для предлагаемого способа.
На фиг. 3 показан вариант схемы устройства для реализации способа.
На фигурах показаны генераторы частотно-модулированных колебаний 11, 12, …, 1k, элемент возбуждения колебаний 2, измерительный волновод 3, сумматор мощности 4, трехплечие циркуляторы 5а, 5б, …, 5k, приемо-передающие антенны 6а, 6б, …, 6k, вещество 7, элемент съема колебаний 8, детектор 9, регистратор 10.
Способ осуществляется следующим образом.
Данный способ основан, как и способ-прототип, на интерференции зондирующих и многократно провзаимодействовавших с контролируемым веществом электромагнитных волн и обеспечении выполнения условия резонанса в образуемом при этом резонаторе за счет девиации частоты
Figure 00000002
зондирующих волн в фиксированных пределах
Figure 00000003
за время
Figure 00000004
регистрации числа N таких импульсов (фиг. 1 соответствует способу прототипу, t - время). При девиации частоты последовательно в рассматриваемом резонаторе колебания различных типов, число N которых регистрируют. Это число служит дискретной мерой уровня вещества в емкости. Отраженные волны не сразу интерферируют с зондирующими волнами, а только после того, как их вновь, по меньшей мере, один раз используют в качестве зондирующих волн. Операцию использования отраженных волн в качестве зондирующих волн повторяют такое число раз, которое требуется для достижения заданной точности дискретного отсчета измеряемого уровня вещества в емкости.
Если частота
Figure 00000005
зондирующих волн изменяется в пределах от
Figure 00000006
до
Figure 00000007
то число Nk возбуждаемых типов колебаний, являющееся информативным параметром, есть (SU 1659730 A1, 30.06.1991)
Figure 00000008
где z - расстояние между поверхностью контролируемого вещества и точками, в которых происходит изменение направления отраженных волн (то есть их использование в качестве зондирующих волн),
Figure 00000009
- общая длина тракта распространения волн вне области зондирования вещества, c - скорость света, k=1, 2, … - число зондирований, то есть число раз, которое направляют зондирующие волны в сторону вещества в процессе измерения.
При этом точность Δzk дискретного отсчета уровня, соответствующая изменению ΔN счетного числа возбуждаемых колебаний в рассматриваемом резонаторе, то есть ΔN=1, есть, как это следует из (2),
Figure 00000010
При k=1 отсюда следует, что
Figure 00000011
Пусть зондирование осуществляется электромагнитными волнами СВЧ-диапазона частот при девиации их частоты в пределах 9÷11 ГГц. Тогда Δz1=7,5 см при однократном зондировании, Δz2=3,75 см при двукратном зондировании, Δzk=7,5/k см при k-кратном, k=2, 3, …, зондировании контролируемого вещества. Задавая требуемую точность измерения уровня, можно определить необходимое число k зондирований, то есть необходимое число чувствительных элементов.
Как видно из соотношения (2), точность дискретного отсчета уровня вещества может быть увеличена не только за счет числа зондирований, то есть числа чувствительных элементов, что нежелательно, но и за счет увеличения, также нежелательного увеличения диапазона
Figure 00000012
девиации частоты.
В предлагаемом способе исходный диапазон
Figure 00000013
девиации частоты поделен на подддиапазоны
Figure 00000014
Для возбуждения электромагнитных колебаний в этих поддиапазонах существуют на практике малогабаритные, компактные и недорогие генераторы частотно-модулированных колебаний.
Если в способе-прототипе частота колебаний изменяется со временем монотонно (фиг. 1), то при этом по мере девиации частоты последовательно возбуждаются электромагнитные колебания разных типов. Число N колебаний (резонансных импульсов) различных типов, возбуждаемых в диапазоне частот
Figure 00000015
несет информацию об уровне вещества в емкости.
Осуществляемое в предлагаемом способе возбуждение в резонаторе электромагнитных колебаний в поддиапазонах имеет место одновременно. Этим достигается существенное повышение быстродействия (в два и более раз). В отличие от способа-прототипа регистрация детектируемых колебаний (резонансных импульсов) происходит не монотонно по мере возрастания частоты, а в соответствии с графиками временной зависимости частоты
Figure 00000016
в поддиапазонах
Figure 00000017
(фиг. 2а, фиг. 2б, фиг. 2в соответствуют предлагаемому способу, t - время). При этом частотную модуляцию в поддиапазонах можно осуществлять как в одном направлении - увеличении (фиг. 2,а) или уменьшении частоты, так и в различных направлениях (фиг. 2б и фиг. 2в). Последовательность возбуждаемых колебаний (резонансных импульсов) различных типов определяется на стадии синтеза измерительного устройства, реализующего данный способ, в том числе и при проведении предварительных экспериментов. Регистрация числа N детектируемых колебаний (резонансных импульсов) осуществляется за время Tm, меньшее, чем время
Figure 00000018
регистрации этого же числа N таких импульсов в способе-прототипе (см. фиг. 1). При этом возможна регистрация сначала резонансного импульса на более высокой частоте, затем на более низкой и т.д., то есть закономерность последовательности регистрации типов колебаний совсем иная, чем в способе-прототипе, но число регистрируемых типов колебаний остается тем же.
На фиг. 3 приведен вариант схемы устройства. В этом устройстве электромагнитные колебания в поддиапазонах частот от генераторов частотно-модулированных колебаний 11, 12, …, 1k поступают одновременно через элемент возбуждения колебаний 2 к измерительному волноводу 3, закороченному на одном (верхнем) конце, с помощью только одной линии связи. Для этого в схему устройства вводится сумматор мощности 4, ко входам которого подсоединены данные генераторы, а выход которого подсоединен к измерительному волноводу 3. Возбуждаемые в измерительном волноводе 3 волны поступают через трехплечий циркулятор 5а на чувствительный элемент в виде приемопередающей антенны 6а и излучаются ею в сторону контролируемого вещества 7. Такая операция последовательного зондирования вещества повторяется k раз с применением k трехплечих циркуляторов 5а, 5б, …, 5k и соединенных с каждым из них соответственно приемо-передающих антенн 6а, 6б, …, 6k. Последние, принятые антенной 6k, отраженные от поверхности вещества волны поступают на короткозамкнутое плечо трехплечевого циркулятора 5k, отражаются от него и затем проходят в обратном направлении по цепочке трехплечих циркуляторов 5k, …5б, 5а. После этого волны через трехплечий циркулятор 5а поступают в измерительный волновод 3, где имеет место завершение процесса образования стоячей волны. Снимаемые с помощью элемента съема колебаний 8 колебания поступают на детектор 9 и затем, после детектирования, на регистратор 10, где определяют число возбуждаемых в рассматриваемом резонаторе типов колебаний, соответствующее уровню вещества в емкости.
Что касается сумматора мощности 6 на фиг. 3, то им может являться стандартный узел, выход которого подключен к волноводу, по которому электромагнитные колебания от всех генераторов 11, 12, …, 1k поступают в измерительный волновод 3. Вопросы суммирования мощности нашли отражение в литературе (см., например, монографию: Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев и др. Под ред. З.И. Моделя. М.: Советское радио. 1980. 296 с.). При этом в данном резонаторе одновременно возбуждают колебания в поддиапазонах, определяемых указанными генераторами.
Таким образом, данный способ позволяет с большим быстродействием измерять уровень вещества в емкости. Для его реализации необходимы достаточно простые (с малым диапазоном девиации частоты) генераторы, что практически является важным. Повышение быстродействия приводит и к повышению точности измерения, когда имеют место изменения уровня контролируемого вещества в процессе измерения.

Claims (1)

  1. Способ измерения уровня вещества в емкости, при котором зондируют его поверхность частотно-модулированными электромагнитными волнами в фиксированном диапазоне частот, принимают отраженные волны, при этом при частотной модуляции разбивают фиксированный диапазон частот не менее, чем на два поддиапазона, а частотную модуляцию осуществляют во всех поддиапазонах одновременно, и определяют число возбуждаемых типов электромагнитных колебаний, отличающийся тем, что зондирование поверхности вещества электромагнитными волнами осуществляют по нормали к ней, в каждом из поддиапазонов образуют из зондирующих и отраженных электромагнитных волн после их многократного последовательного зондирования и отражения от поверхности вещества стоячие электромагнитные волны и по числу соответствующих им при девиации частоты типов возбуждаемых электромагнитных колебаний в образуемом резонаторе судят об уровне вещества.
RU2016118018A 2016-05-10 2016-05-10 Способ измерения уровня вещества в емкости RU2629706C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118018A RU2629706C1 (ru) 2016-05-10 2016-05-10 Способ измерения уровня вещества в емкости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118018A RU2629706C1 (ru) 2016-05-10 2016-05-10 Способ измерения уровня вещества в емкости

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629706C1 true RU2629706C1 (ru) 2017-08-31

Family

ID=59797658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118018A RU2629706C1 (ru) 2016-05-10 2016-05-10 Способ измерения уровня вещества в емкости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629706C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3540275A (en) * 1968-02-28 1970-11-17 Bendix Corp Method and apparatus for measuring liquid volume in a tank
SU1659730A1 (ru) * 1988-08-25 1991-06-30 Институт проблем управления Способ измерени уровн вещества и устройство дл его осуществлени
SU1760352A1 (ru) * 1990-10-01 1992-09-07 Институт проблем управления Устройство дл измерени количества вещества в емкости
SU1770765A1 (ru) * 1990-12-10 1992-10-23 Inst Problem Upravlenia Avtoma Способ измерения количества вещества в металлической емкости
RU42654U1 (ru) * 2004-08-17 2004-12-10 Закрытое акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" Радиолокационный уровнемер

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3540275A (en) * 1968-02-28 1970-11-17 Bendix Corp Method and apparatus for measuring liquid volume in a tank
SU1659730A1 (ru) * 1988-08-25 1991-06-30 Институт проблем управления Способ измерени уровн вещества и устройство дл его осуществлени
SU1760352A1 (ru) * 1990-10-01 1992-09-07 Институт проблем управления Устройство дл измерени количества вещества в емкости
SU1770765A1 (ru) * 1990-12-10 1992-10-23 Inst Problem Upravlenia Avtoma Способ измерения количества вещества в металлической емкости
RU42654U1 (ru) * 2004-08-17 2004-12-10 Закрытое акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" Радиолокационный уровнемер

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4126047A (en) Surface acoustic wave rate sensor and position indicator
US20160054269A1 (en) Systems for Characterizing Resonance Behavior of Magnetostrictive Resonators
WO2016033561A1 (en) Wireless impedance spectrometer
RU2626409C1 (ru) Способ измерения физических свойств жидкости
JP2015064266A (ja) 媒質境界の位置計測システム
RU2629706C1 (ru) Способ измерения уровня вещества в емкости
Kalinin et al. Pulsed interrogation of the SAW torque sensor for electrical power assisted steering
RU2504739C1 (ru) Устройство для определения уровня жидкости в емкости
RU59262U1 (ru) Устройство для определения места повреждения линий электропередачи и связи
RU2706453C1 (ru) Автоподстроечный способ измерения малого значения уровня вещества
RU2276334C1 (ru) Радиоволновый измеритель уровня
KR102148027B1 (ko) 칩리스 rfid 유전율 센서 시스템
RU2536184C1 (ru) Концентратомер
RU2551260C1 (ru) Бесконтактный радиоволновый способ определения уровня жидкости в емкости
RU2161781C1 (ru) Способ определения уровня анизотропной жидкости в резервуаре
RU2446407C1 (ru) Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления
RU2655746C1 (ru) Способ измерения уровня и радиодальномер с частотной модуляцией
RU2650611C1 (ru) Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости
RU2350901C1 (ru) Способ определения толщины диэлектрического покрытия
RU2677113C1 (ru) Способ контроля длины электропроводного объекта
RU2330298C2 (ru) Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления
RU2473055C1 (ru) Способ измерения уровня жидкости в емкости
RU2748391C1 (ru) Устройство считывания информации с беспроводного датчика на поверхностных акустических волнах
RU2775867C1 (ru) Способ измерения уровня диэлектрической жидкости в резервуаре
RU2202804C2 (ru) Способ измерения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред на свч