RU2706455C1 - Method of measuring interface position of two substances in a reservoir - Google Patents

Method of measuring interface position of two substances in a reservoir Download PDF

Info

Publication number
RU2706455C1
RU2706455C1 RU2019109835A RU2019109835A RU2706455C1 RU 2706455 C1 RU2706455 C1 RU 2706455C1 RU 2019109835 A RU2019109835 A RU 2019109835A RU 2019109835 A RU2019109835 A RU 2019109835A RU 2706455 C1 RU2706455 C1 RU 2706455C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substances
long line
interface
segments
excited
Prior art date
Application number
RU2019109835A
Other languages
Russian (ru)
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 RU2019109835A priority Critical patent/RU2706455C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2706455C1 publication Critical patent/RU2706455C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating 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
    • G01F23/28—Indicating 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
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention can be used to measure the interface position of two substances in the reservoir one above the other and form a flat interface, in particular two immiscible liquids with different density, regardless of electrophysical parameters of both substances. Method comprises vertically placing two identical lengths of coaxial long line, filled with media in accordance with their location in reservoir, exciting in length sections long electromagnetic oscillations at resonance frequencies ƒ1 and ƒ2, which correspond to different standing wave electric field energy distributions along long line segments data, and these resonance frequencies are measured, in addition between the parallel external conductors of the long line segments, electromagnetic waves are excited in the section of the two-wire line at the fixed frequency, at the same end, electromagnetic waves propagating along it and reflected from its lower end are received at the same end, phase shift is measured Δϕ these excited and received electromagnetic waves and perform joint functional conversion ƒ1 and ƒ2 and Δϕ, by the result of which the position of the interface of substances is determined.
EFFECT: technical result is higher measurement accuracy.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения положения границы раздела двух веществ, находящихся в каком-либо резервуаре одно над другим и образующих плоскую границу раздела, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, независимо от электрофизических параметров обоих веществ.The invention relates to measuring technique and can be used for high-precision measurement of the position of the interface between two substances located in one tank one above the other and forming a flat interface, in particular two immiscible liquids with different densities, regardless of the electrophysical parameters of both substances.

Известны способы и устройства для измерения положения границы раздела двух веществ в резервуарах, основанные на применении отрезков длинных линий (коаксиальной линии, двухпроводной линии и др.) в качестве чувствительных элементов (Викторов В.А. Резонансный метод измерения уровня. М.: Энергия. 1969. 192 с.). Такой отрезок длинной линии размещается вертикально в емкости с контролируемыми веществами, образующими в резервуаре границу раздела. Измеряя какой-либо его информативный параметр, в частности, резонансную частоту электромагнитных колебаний, можно определить положение границы раздела двух веществ. Недостатком таких способов измерения и реализующих их устройств является невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения уровня от электрофизических параметров обоих или одного из веществ, образующих границу раздела.Known methods and devices for measuring the position of the interface between two substances in tanks, based on the use of segments of long lines (coaxial line, two-wire line, etc.) as sensitive elements (Viktorov VA Resonance level measurement method. M: Energy. 1969.192 p.). Such a length of a long line is placed vertically in a container with controlled substances that form an interface in the tank. By measuring some of its informative parameters, in particular, the resonant frequency of electromagnetic waves, it is possible to determine the position of the interface between two substances. The disadvantage of such measurement methods and devices that implement them is the low accuracy of the measurement, due to the dependence of the level measurement on the electrophysical parameters of both or one of the substances forming the interface.

Известно также техническое решение (SU 460447, 10.04.1973), которое содержит описание двухканального устройства - уровнемера, в котором в двух независимых отрезках длинных линий с разными нагрузками на их на концах, образующих его измерительные каналы, возбуждаются электромагнитные колебания типа ТЕМ на основной (1-ой) гармонике. Их другие концы подсоединены к входам соответствующих вторичных преобразователей, выходы которых соединены с входом блока обработки информации, выход которого подключен к индикатору. Вдоль данных отрезков длинной линии имеет место разное распределение энергии электромагнитного поля стоячей волны, требуемое для получения информации об уровне жидкости независимо от ее электрофизических параметров. Измеряя их резонансные частоты ƒ1 и ƒ2 электромагнитных колебаний (являющиеся функциями уровня z жидкости и его диэлектрической проницаемости ε), можно найти уровень z из соотношения

Figure 00000001
где
Figure 00000002
и
Figure 00000003
- начальные (при z=0) значения ƒ1 и ƒ2. Это соотношение обладает свойством инвариантности к величине ε и ее возможным изменениям. Недостатком этого способа является невысокая точность измерения при измерении положения границы раздела двух веществ в резервуаре, с непостоянными значениями диэлектрической проницаемости вышерасположенного вещества.A technical solution is also known (SU 460447, 04/10/1973), which contains a description of a two-channel device - a level gauge, in which in two independent segments of long lines with different loads at their ends, forming its measuring channels, electromagnetic oscillations of the TEM type are excited on the main ( 1st) harmonica. Their other ends are connected to the inputs of the respective secondary converters, the outputs of which are connected to the input of the information processing unit, the output of which is connected to the indicator. Along these segments of the long line, there is a different distribution of the energy of the electromagnetic field of the standing wave, required to obtain information about the level of the liquid, regardless of its electrophysical parameters. By measuring their resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 of electromagnetic oscillations (which are functions of the liquid level z and its permittivity ε), we can find the level z from the relation
Figure 00000001
Where
Figure 00000002
and
Figure 00000003
are the initial (at z = 0) values of ƒ 1 and ƒ 2 . This relation has the property of invariance to ε and its possible changes. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement when measuring the position of the interface between two substances in the tank, with variable values of the dielectric constant of the upstream substance.

Известно также техническое решение (SU 1765712 А1, 10.10.1980), по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа, в котором применяют два независимых отрезка длинной линии с оконечными горизонтальными участками разной длины, располагаемых вертикально отрезок длинной линии, и заполняемых жидкостью в соответствии с ее уровнем в резервуаре. Измеряя резонансные частоты этих отрезков длинной линии или фазовые сдвиги волн фиксированной частоты после их распространения вдоль этих отрезков длинной линии и производя их совместную функциональную обработку согласно математическим соотношениям, соответствующим именно этому способу измерения, можно определить значения уровня жидкости независимо от диэлектрической проницаемости жидкости.A technical solution is also known (SU 1765712 A1, 10.10.1980), which is closest in technical essence to the proposed method and adopted as a prototype, in which two independent segments of a long line with terminal horizontal sections of different lengths arranged vertically by a segment of a long line are used, and filled with liquid in accordance with its level in the tank. By measuring the resonant frequencies of these segments of the long line or the phase shifts of waves of a fixed frequency after their propagation along these segments of the long line and performing their joint functional processing according to the mathematical relations corresponding to this particular measurement method, it is possible to determine the values of the liquid level independently of the dielectric constant of the liquid.

Недостатком этого способа также является невысокая точность измерения при измерении положения границы раздела двух веществ в резервуаре, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, с непостоянными значениями электрофизических параметров вышерасположенного вещества.The disadvantage of this method is the low measurement accuracy when measuring the position of the interface between two substances in the tank, in particular two immiscible liquids with different densities, with variable values of the electrophysical parameters of the upstream substance.

Техническим результатом является повышение точности измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре.The technical result is to increase the accuracy of measuring the position of the interface between two substances in the tank.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре, содержащем два вещества, одно над другим, образующие плоскую горизонтальную границу раздела, размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых средами в соответствии с их расположением в резервуаре, возбуждают в отрезках длинной линии электромагнитные колебания на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля стоячей волны вдоль данных отрезков длинной линии, и измеряют эти резонансные частоты, дополнительно между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии возбуждают как в отрезке двухпроводной длинной линии электромагнитные волны на фиксированной частоте, принимают на том же конце распространившиеся вдоль него и отраженные от его нижнего конца отрезка электромагнитные волны, измеряют фазовый сдвиг Δϕ этих возбуждаемых и принимаемых электромагнитных волн и осуществляют совместное функциональное преобразование ƒ1 и ƒ2 и Δϕ, по результату которого определяют положение границы раздела веществ независимо от значений электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for measuring the position of the interface between two substances in a tank containing two substances, one above the other, forming a flat horizontal interface, vertically place two identical segments of a coaxial long line filled with media in accordance with their location in the tank excite a long line segments electromagnetic oscillations at the resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2, which correspond to the different distribution of the electromagnetic field energy Art cells of the wave along these segments of the long line, and these resonant frequencies are measured, in addition between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line, electromagnetic waves are excited in a segment of a two-wire long line at a fixed frequency, receive at the same end propagated along it and reflected from its lower end electromagnetic waves, measure the phase shift Δϕ of these excited and received electromagnetic waves and carry out a joint functional transformation s ƒ 1 and ƒ 2, and Δφ, according to the result which determine the position of the border section substances regardless of electrophysical parameters of the values of the two substances constituting the interface.

Предлагаемый способ поясняется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2.The proposed method is illustrated by drawings in FIG. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа.In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the method.

На фиг. 2 показано распределение напряженности электрического поля стоячей волны вдоль отрезков коаксиальной длинной линии.In FIG. 2 shows the distribution of the electric field strength of a standing wave along segments of a coaxial long line.

Здесь показаны контролируемые вещества 1 и 2, отрезки коаксиальной длинной линии 3 и 4, отрезок двухпроводной длинной линии 5, электронные блоки 6 и 7, вычислительный блок 8, регистратор 9, электронный блок 10.Controlled substances 1 and 2, segments of a coaxial long line 3 and 4, a segment of a two-wire long line 5, electronic units 6 and 7, a computing unit 8, a recorder 9, an electronic unit 10 are shown.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В резервуаре, содержащем расположенные одно над другим вещества 1 и 2, образующие плоскую границу раздела, размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии 3 и 4 (фиг. 1). Координата z границы раздела веществ 1 и 2, подлежащая определению, отсчитывается от нижних концов отрезков длинной линии; считается, что нижний конец каждого отрезка длинной линии совмещен с дном емкости.In a tank containing one above the other substances 1 and 2, forming a flat interface, vertically placed two identical segments of a coaxial long line 3 and 4 (Fig. 1). The z coordinate of the interface 1 and 2, to be determined, is counted from the lower ends of the long line segments; it is believed that the lower end of each segment of the long line is aligned with the bottom of the tank.

Третий отрезок длинной линии 5 - двухпроводной длинной линии - образован наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4. Отрезки коаксиальной длинной линий 3 и 4 имеют разные нагрузочные сопротивления на их концах. Это обеспечивает отличие друг от друга двух зависимостей соответствующих резонансных частот ƒ1 и ƒ2 отрезков длинной линии от координаты z границы раздела двух веществ. Между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии - отрезке двухпроводной длинной линии 5 осуществляют с его торца с помощью электронного блока 10 возбуждают электромагнитные волны на фиксированной частоте F, принимают отраженные волны, измеряют фазовый сдвиг Δϕ возбуждаемых и принимаемых электромагнитных волн. При этом, при совместной функциональной обработке ƒ1, ƒ2 и Δϕ за счет наличия трех отрезков длинной линии, устраняется недостаток способа-прототипа - зависимость результатов измерения значения z от электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.The third segment of the long line 5 - a two-wire long line - is formed by the outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4. The segments of the coaxial long line 3 and 4 have different load resistances at their ends. This ensures that two dependences of the corresponding resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 of the long line segments on the z coordinate of the interface of two substances are different from each other. Between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line — the segment of the two-wire long line 5, electromagnetic waves are excited from the end face thereof using the electronic unit 10 at a fixed frequency F, reflected waves are received, the phase shift Δϕ of the excited and received electromagnetic waves is measured. Moreover, with the joint functional processing ƒ 1 , ƒ 2 and Δϕ due to the presence of three segments of a long line, the disadvantage of the prototype method is eliminated - the dependence of the results of measuring the z value on the electrophysical parameters of both substances forming the interface.

Для осуществления способа измерения с использованием указанных двух отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4, являющихся резонаторами, возможна, в частности, следующая реализация устройства для этой цели. Один из отрезков однородной коаксиальной длинной линии 3 выполняют короткозамкнутым на нижнем конце (в этом случае реактивное сопротивление нагрузки равно нулю) и разомкнутым на верхнем конце, другой отрезок однородной коаксиальной длинной линии 4 выполняют разомкнутым на нижнем конце (в этом случае реактивное сопротивление нагрузки равно бесконечности) (фиг. 1). Третий отрезок длинной линии - отрезок двухпроводной длинной линии 5, образованный наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4, разомкнут на нижнем концеTo implement the measurement method using the indicated two segments of the coaxial long line 3 and 4, which are the resonators, it is possible, in particular, the following implementation of the device for this purpose. One of the segments of the homogeneous coaxial long line 3 is made short-circuited at the lower end (in this case, the load reactance is zero) and open at the upper end, the other segment of the homogeneous coaxial long line 4 is made open at the lower end (in this case, the reactance of the load is infinity ) (Fig. 1). The third segment of the long line is the segment of the two-wire long line 5, formed by the outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4, open at the lower end

С помощью высокочастотных генераторов, входящего в состав электронных блоков 6 и 7, соответственно, в отрезках коаксиальной длинной линии 3 и 4 возбуждают электромагнитные колебания основного ТЕМ-типа на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, соответственно. В этих же электронных блоках осуществляют также измерение соответствующих резонансных частот ƒ1 и ƒ2. Далее осуществляют в вычислительном блоке 8 совместное преобразование ƒ1, ƒ2 и Δϕ с целью определения положения границы раздела двух веществ 1 и 2 в емкости независимо от значений диэлектрической проницаемости обоих веществ 1 и 2. С выхода вычислительного блока 8 данные о текущем значении положения границы раздела двух веществ 1 и 2 поступают в регистратор 9.Using high-frequency generators, which is part of electronic units 6 and 7, respectively, in segments of a coaxial long line 3 and 4, electromagnetic oscillations of the main TEM type are excited at resonance frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively. In the same electronic units, the corresponding resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 are also measured. Next, a joint transformation 8 1 , ƒ 2 and Δϕ is carried out in computing unit 8 to determine the position of the interface between two substances 1 and 2 in the tank, regardless of the dielectric constant of both substances 1 and 2. From the output of computing unit 8, data on the current value of the boundary position section of two substances 1 and 2 enter the registrar 9.

Распределение напряженности электрического поля стоячей волны в этих четвертьволновых отрезках коаксиальной длинной линии 3 и 4 показано на фиг. 2 соответствующими линиями a и b (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 280 с. С. 50-59).The distribution of the electric field strength of the standing wave in these quarter-wave segments of the coaxial long line 3 and 4 is shown in FIG. 2 by the corresponding lines a and b (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electric quantities. M .: Nauka. 280 pp. 50-59).

Будем считать, что содержащиеся в резервуаре вещества 1 и 2 являются диэлектрическими веществами, характеризуемыми величинами относительных диэлектрических проницаемостей ε1 и ε2, соответственно, вышерасположенного и нижерасположенного веществ.We assume that the substances 1 and 2 contained in the reservoir are dielectric substances characterized by the relative permittivities ε 1 and ε 2 , respectively, of the upstream and downstream substances.

Для отрезков длинной линии, длина каждого из которых имеет длину

Figure 00000004
и возбуждаемых на, соответственно, резонансных частотах ƒ1 и ƒ2 электромагнитных колебаний, зависимость ƒ1 и ƒ2 от координаты z границы раздела двух веществ можно выразить следующими соотношениями:For long line segments, each of which has a length
Figure 00000004
and electromagnetic waves excited at the resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively, the dependence of ƒ 1 and ƒ 2 on the z coordinate of the interface between two substances can be expressed by the following relationships:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
,
Figure 00000008
- начальные (при отсутствии в резервуаре обоих веществ, образующих границу раздела) значения ƒ1 и ƒ2, соответственно; ε1 и ε2 - диэлектрическая проницаемость вышерасположенного и нижерасположенного веществ, соответственно;Where
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- initial (in the absence of both substances forming the interface) in the tank значения 1 and ƒ 2 , respectively; ε 1 and ε 2 are the dielectric constant of the upstream and downstream substances, respectively;

Figure 00000009
Figure 00000009

U1(ξ) и U2(ξ) - напряжение в точке с координатой ξ соответствующего отрезка линии, возбуждаемого на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, соответственно.U 1 (ξ) and U 2 (ξ) are the voltage at a point with coordinate ξ of the corresponding line segment excited at the resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively.

Если отрезок длинной линии короткозамкнут на нижнем конце и разомкнут на верхнем конце (в нем электромагнитные колебания возбуждают на резонансной частоте ƒ1), то в этом случае распределение напряжения вдоль него на основном типе колебаний, возбуждаемом в этом отрезке длинной линии, определяется следующим образом:If a segment of a long line is short-circuited at the lower end and open at the upper end (in it electromagnetic waves are excited at a resonant frequency of ƒ 1 ), then in this case the voltage distribution along it on the main type of oscillations excited in this segment of a long line is determined as follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

ТогдаThen

Figure 00000011
Figure 00000011

Если отрезок длинной линии разомкнут на нижнем конце и короткозамкнут на верхнем конце (в нем электромагнитные колебания возбуждают на резонансной частоте ƒ2), то в этом случае распределение напряжения вдоль него на основном типе колебаний, возбуждаемом в этом отрезке длинной линии, определяется следующим образом:If a segment of a long line is open at the lower end and short-circuited at the upper end (in it electromagnetic waves are excited at a resonant frequency of ƒ 2 ), then in this case the voltage distribution along it on the main type of oscillations excited in this segment of a long line is determined as follows:

Figure 00000012
Figure 00000012

ТогдаThen

Figure 00000013
Figure 00000013

В результате будем иметь:As a result, we will have:

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4 как в отрезке двухпроводной длинной линии 5 с его торца с помощью электронного блока 10 возбуждают электромагнитные волны на фиксированной частоте F, принимают отраженные волны, измеряют фазовый сдвиг Δϕ возбуждаемых и принимаемых электромагнитных волн.Between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4, as in the segment of the two-wire long line 5, electromagnetic waves at a fixed frequency F are excited from the end face using the electronic unit 10, reflected waves are received, the phase shift Δϕ of the excited and received electromagnetic waves is measured.

Для фазового сдвига Δϕ возбуждаемой на фиксированной частоте F электромагнитной волны и распространившейся вдоль отрезка двухпроводной длинной линии 5 и электромагнитной волны, отраженной от противоположного (нижнего) конца отрезка длинной линии и принимаемой на том же конце, где производим возбуждение волны, в данном случае - при наличии в емкости двух веществ, образующих границу раздела, будем иметь (это вытекает, например, из сведений в монографии: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 280 с. С. 73-74):For a phase shift Δϕ of an electromagnetic wave excited at a fixed frequency F and propagating along a segment of a two-wire long line 5 and an electromagnetic wave reflected from the opposite (lower) end of a long line segment and received at the same end where the wave is excited, in this case, when we will have the presence in the container of two substances forming the interface (this follows, for example, from the information in the monograph: Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electric Yelichin, Moscow: Nauka, 280 pp. 73-74):

Figure 00000016
Figure 00000016

где z - координата границы раздела между двумя веществами, отсчитываемые от нижнего конца отрезка длинной линии, где координата z=0; Δϕ0 - фазовый сдвиг фиксированной величины, обусловленный отражением от нагрузки на конце отрезка длинной линии.where z is the coordinate of the interface between two substances, measured from the lower end of the length of the long line, where the coordinate z = 0; Δϕ 0 - phase shift of a fixed value due to reflection from the load at the end of a long line segment.

Фазовый сдвиг Δϕ0 имеет следующее значение: Δϕ0=π-2arctg(Xн/W). Здесь XH - реактивное нагрузочное сопротивление, W - волновое сопротивление отрезка длинной линии. Для короткозамкнутого на конце отрезка длинной линии имеем Δϕ0=π. Для разомкнутого на конце отрезка длинной линии, который в дальнейшем и будем здесь рассматривать, Δϕ0=0.The phase shift Δϕ 0 has the following meaning: Δϕ 0 = π-2arctg (X n / W). Here X H is the reactive load resistance, W is the wave impedance of a segment of a long line. For a short section of a long line segment, we have Δϕ 0 = π. For a segment of a long line open at the end, which will be considered hereinafter, Δϕ 0 = 0.

Рассматривая соотношения (1), (2) и (9) как систему уравнений относительно трех неизвестных ε1, ε2 и z, в результате ее решения находим их значения. Из совместного преобразования соотношений (1) и (2) следует:Considering relations (1), (2) and (9) as a system of equations for three unknowns ε 1 , ε 2 and z, as a result of its solution we find their values. From the joint transformation of relations (1) and (2) it follows:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Подставив эти найденные значения ε1 и ε2 в соотношение (9), записанное для отрезка двухпроводной длинной линии, разомкнутого на нижнем конце (при этом Δϕ0=0) получим следующее соотношение для определения z, которое является инвариантом относительно ε1 и ε2:Substituting these found values of ε 1 and ε 2 into relation (9), written for a segment of a two-wire long line open at the lower end (with Δϕ 0 = 0), we obtain the following relation for determining z, which is invariant with respect to ε 1 and ε 2 :

Figure 00000019
Figure 00000019

В соотношении (12) информация об измеряемой величине z содержится в неявном виде. Следовательно, производя согласно соотношению (12) совместное функциональное преобразование значений величин ƒ1, ƒ2 и Δϕ, поступающих с трех отрезков длинной линии 3, 4 и 5 в вычислительный блок 8 устройства, реализующего данный способ измерения, можно определить текущее значение величины z независимо от значений величин ε1 и ε2.In relation (12), information on the measured quantity z is contained in an implicit form. Therefore, by performing, according to relation (12), a joint functional transformation of the values of ƒ 1 , ƒ 2 and Δϕ coming from three segments of a long line 3, 4 and 5 into the computing unit 8 of the device that implements this measurement method, it is possible to determine the current value of z independently from the values of ε 1 and ε 2 .

В вышеприведенных формулах следует использовать вместо ε1 и ε2 значения эффективной диэлектрической проницаемости εэфф1 и εэфф2, соответственно, при применении отрезков длинной линии, по меньшей мере, один из проводников каждого из которых покрыт диэлектрической оболочкой определенной толщины (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 280 с. С. 125-131). В этом случае возможно измерение положения границы раздела двух веществ с произвольными электрофизическими параметрами (диэлектрической проницаемости, электропроводности) независимо от их значений для обоих веществ и возможных изменений в процессе измерения.In the above formulas, instead of ε 1 and ε 2, the values of effective dielectric constant ε eff1 and ε eff2 should be used, respectively, when applying long line segments, at least one of the conductors of each of which is covered with a dielectric sheath of a certain thickness (V. Viktorov , Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electric quantities (Moscow: Nauka, 280 pp. 125-131). In this case, it is possible to measure the position of the interface between two substances with arbitrary electrophysical parameters (dielectric constant, electrical conductivity), regardless of their values for both substances and possible changes in the measurement process.

Таким образом, данный способ позволяет определять положение границы раздела двух веществ в резервуаре независимо от электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.Thus, this method allows you to determine the position of the interface between two substances in the tank, regardless of the electrophysical parameters of both substances forming the interface.

Claims (1)

Способ измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре, содержащем два вещества, одно над другим, образующие плоскую горизонтальную границу раздела, в котором размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых средами в соответствии с их расположением в резервуаре, возбуждают в отрезках длинной линии электромагнитные колебания на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля стоячей волны вдоль данных отрезков длинной линии, и измеряют эти резонансные частоты, отличающийся тем, что дополнительно между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии возбуждают, как в отрезке двухпроводной длинной линии, электромагнитные волны на фиксированной частоте, принимают на том же конце распространившиеся вдоль него и отраженные от его нижнего конца отрезка электромагнитные волны, измеряют фазовый сдвиг Δϕ этих возбуждаемых и принимаемых электромагнитных волн и осуществляют совместное функциональное преобразование ƒ1 и ƒ2 и Δϕ, по результату которого определяют положение границы раздела веществ независимо от значений электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.A method of measuring the position of the interface between two substances in a tank containing two substances, one above the other, forming a flat horizontal interface, in which two identical segments of a coaxial long line are placed vertically, filled with media in accordance with their location in the tank, are excited in segments of a long line electromagnetic oscillations at resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , which correspond to different distributions of the energy of the electromagnetic field of a standing wave along these segments of a long line, and measure these resonant frequencies, characterized in that in addition between the parallel outer conductors of the coaxial long line segments, electromagnetic waves are excited at a fixed frequency, as in a two-wire long line segment, receive electromagnetic waves propagating along it and reflected from its lower end, at the same end measured phase shift Δφ of excited and received electromagnetic waves and are jointly functional transformation ƒ 1 and ƒ 2, and Δφ, according to the results which determine the position of the interface between substances of electrical parameter values of the two substances constituting the interface.
RU2019109835A 2019-04-03 2019-04-03 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir RU2706455C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019109835A RU2706455C1 (en) 2019-04-03 2019-04-03 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019109835A RU2706455C1 (en) 2019-04-03 2019-04-03 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706455C1 true RU2706455C1 (en) 2019-11-19

Family

ID=68579934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019109835A RU2706455C1 (en) 2019-04-03 2019-04-03 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2706455C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752555C1 (en) * 2020-11-20 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2768556C1 (en) * 2021-03-15 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Apparatus for measuring the level of liquid in a tank

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744502A1 (en) * 1990-04-19 1992-06-30 Институт проблем управления Method of determining level of substance
SU1765712A1 (en) * 1990-10-10 1992-09-30 Институт проблем управления Device for determining substance level
US5675259A (en) * 1995-09-14 1997-10-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for measuring fluid flow
US9081087B2 (en) * 2007-12-13 2015-07-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for ascertaining and/or evaluating fill-state of a container containing at least one medium
EP3329227A1 (en) * 2015-07-30 2018-06-06 Endress+Hauser SE+Co. KG Device for determining and/or monitoring at least one process variable

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744502A1 (en) * 1990-04-19 1992-06-30 Институт проблем управления Method of determining level of substance
SU1765712A1 (en) * 1990-10-10 1992-09-30 Институт проблем управления Device for determining substance level
US5675259A (en) * 1995-09-14 1997-10-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for measuring fluid flow
US9081087B2 (en) * 2007-12-13 2015-07-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for ascertaining and/or evaluating fill-state of a container containing at least one medium
EP3329227A1 (en) * 2015-07-30 2018-06-06 Endress+Hauser SE+Co. KG Device for determining and/or monitoring at least one process variable

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752555C1 (en) * 2020-11-20 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2768556C1 (en) * 2021-03-15 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Apparatus for measuring the level of liquid in a tank

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
RU2706455C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2473889C1 (en) Method of measuring physical quantity
RU2702698C1 (en) Method of measuring the interface position between components of a three-component medium in a container
RU2698575C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2578749C1 (en) Method of determining position of interface of two substances in container
RU2752555C1 (en) Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2473052C1 (en) Device for measuring level of dielectric liquid in container
RU2534747C1 (en) Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
RU2620780C1 (en) Method for determining interface position between components of three-component medium in container
RU2753830C1 (en) Method for measuring position of interface between two liquids in container
RU2426076C1 (en) Liquid level meter
RU2774218C1 (en) Method for measuring the position of the interface between two dielectric media in a tank
RU2757759C1 (en) Method for measuring the position of the interface between two dielectric media in a container
RU2434229C1 (en) Apparatus for measuring physical properties of liquids
RU2647186C1 (en) Method for measuring a position of interfaces between components of three-component medium in a tank
RU2757472C1 (en) Method for determining liquid level in container
RU2645836C1 (en) Method of determining the level of liquid in a reservoir
RU2768556C1 (en) Apparatus for measuring the level of liquid in a tank
RU2424508C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2794447C1 (en) Device for measuring level of dielectric liquid in tank
RU2791866C1 (en) Device for measuring the position of the interface boundary of two dielectric media in a container
RU2776192C1 (en) Method for measurement of level of dielectric liquid in container
RU2778284C1 (en) Apparatus for measuring the level of dielectric liquid in a tank