RU2757542C1 - Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container - Google Patents

Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container Download PDF

Info

Publication number
RU2757542C1
RU2757542C1 RU2021104225A RU2021104225A RU2757542C1 RU 2757542 C1 RU2757542 C1 RU 2757542C1 RU 2021104225 A RU2021104225 A RU 2021104225A RU 2021104225 A RU2021104225 A RU 2021104225A RU 2757542 C1 RU2757542 C1 RU 2757542C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
long line
segment
liquid
level
container
Prior art date
Application number
RU2021104225A
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 RU2021104225A priority Critical patent/RU2757542C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757542C1 publication Critical patent/RU2757542C1/en

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

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring technology and can be used for high-precision determination of the level of a dielectric liquid located in a container, regardless of the dielectric constant of the liquid. In the method, electromagnetic pulse signals are excited in the first segment of a long line and filled with a liquid in accordance with its level z in the container, signals reflected from the lower end of the segment of a long line are received, the total time t1 of forward and reverse propagation of electromagnetic pulse signals is measured. In the second dimension, in the second segment of the long line located vertically in a container with a controlled liquid and filled with liquid in accordance with its level in the container, electromagnetic pulse signals propagating at a speed different from the propagation speed of electromagnetic pulse signals in the first segment of the long line are excited, electromagnetic pulse signals reflected from the lower end of the segment of the long line are received, the total time t2 of the forward and reverse propagation of electromagnetic pulse signals is measured and a joint functional transformation of the measured values t1 and t2 is performed, the result of which is judged based the liquid level.
EFFECT: increase in the accuracy of measurements.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в какой-либо емкости, независимо от диэлектрической проницаемости жидкости.The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision determination of the level of a dielectric liquid in any container, regardless of the dielectric constant of the liquid.

Известны способы и устройства для измерения уровня жидкостей в емкостях, 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 размещают вертикально в емкости с контролируемыми жидкостью. Измеряя какой-либо его информативный параметр, в частности, резонансную частоту электромагнитных колебаний, можно определить уровень жидкости. Недостатком таких способов измерения и реализующих их устройств является невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения уровня от электрофизических параметров жидкости.Known methods and devices for measuring the level of liquids in containers, based on the use of segments of long lines (coaxial line, two-wire line, etc.) as sensitive elements (Viktorov VA Resonant level measurement method. M .: Energy. 1969. 192 with.). This length of line is placed vertically in a container of controlled fluid. By measuring any of its informative parameter, in particular, the resonant frequency of electromagnetic oscillations, it is possible to determine the level of the liquid. The disadvantage of such measurement methods and devices implementing them is the low measurement accuracy due to the dependence of the level measurement results on the electrophysical parameters of the liquid.

Известно также техническое решение (SU 460447, 10.04.1973), которое содержит описание способа измерения и двухканального устройства - уровнемера, в котором в двух независимых отрезках длинных линий с разными нагрузками на их на концах, образующих его измерительные каналы, возбуждают 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 диэлектрической жидкости независимо от ее диэлектрической проницаемости. Измеряя их резонансные частоты f 1 и f 2 электромагнитных колебаний (являющиеся функциями уровня z жидкости и его диэлектрической проницаемости ε), можно найти уровень z из соотношенияThere is also known a technical solution (SU 460447, 04/10/1973), which contains a description of a measurement method and a two-channel device - a level gauge, in which electromagnetic oscillations of the TEM type are excited in two independent sections of long lines with different loads on them at the ends forming its measuring channels at the fundamental (1st) harmonic. Their other ends are connected to the inputs of the corresponding 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 a standing wave, required to obtain information about the level of a dielectric liquid, regardless of its dielectric constant. By measuring their resonance frequencies f 1 and f 2 of electromagnetic oscillations (which are functions of the level z of the liquid and its dielectric constant ε), one can find the level z from the relation

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
и
Figure 00000003
- начальные (при z=0) значения f 1 и f 2 соответственно. Данное соотношение обладает свойством инвариантности к величине £ и ее возможным изменениям. Недостатком этих способа и устройства является невысокая точность измерения, главным образом, в области малых значений уровня, близких к нулевому значению. В этом случае при нулевом значении уровня (z=0) имеется неопределенность типа "0/0", а вблизи значения z=0 погрешность измерения резко возрастает, поскольку результат совместного преобразования резонансных частот может принимать разные значения из-за возможных, даже малых, девиаций значений резонансных частот (вышеприведенное преобразование неустойчиво относительно возможных флуктуаций значений
Figure 00000004
и
Figure 00000005
).where
Figure 00000002
and
Figure 00000003
- initial (at z = 0) values f 1 and f 2, respectively. This relationship has the property of invariance to the value of £ and its possible changes. The disadvantage of this method and device is the low measurement accuracy, mainly in the region of low level values close to zero. In this case, at a zero value of the level (z = 0), there is an uncertainty of the type "0/0", and near the value z = 0, the measurement error sharply increases, since the result of the joint transformation of resonant frequencies can take different values due to possible, even small, deviations of the values of the resonant frequencies (the above transformation is unstable with respect to possible fluctuations of the values
Figure 00000004
and
Figure 00000005
).

Также известно техническое решение (RU 2473056 С1, 20.01.2013), в котором применяют отрезок длинной линии с оконечным горизонтальным участком, располагаемый вертикально отрезок длинной линии, и заполняемый жидкостью в соответствии с ее уровнем в емкости. Горизонтальный участок отрезка длинной линии скачкообразно заполняется жидкостью и опорожняется при соответственно поступлении жидкости в емкость и ее удалении из нее. Возбуждая в отрезке длинной линии электромагнитные колебания на двух разных резонансных частотах, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля вдоль данного отрезка длинной линии, измеряя эти резонансные частоты и производя их совместную функциональную обработку согласно соотношению, соответствующему именно этому способу измерения, можно определить значения уровня жидкости независимо от диэлектрической проницаемости жидкости. Недостатком этого способа является наличие определенных трудностей при возбуждении и выделении гармоники отрезка длинной линии более высокого порядка, чем основная гармоника, что усложняет его реализацию.A technical solution is also known (RU 2473056 C1, 01/20/2013), in which a segment of a long line with a terminal horizontal section is used, a vertically positioned segment of a long line, and filled with liquid in accordance with its level in the container. The horizontal section of a segment of a long line is abruptly filled with liquid and emptied when the liquid enters and is removed from it, respectively. Exciting electromagnetic oscillations in a segment of a long line at two different resonant frequencies, which correspond to different distributions of the energy of the electromagnetic field along a given segment of a long line, measuring these resonant frequencies and performing their joint functional processing according to the relationship corresponding to this particular measurement method, it is possible to determine the values of the liquid level regardless of the dielectric constant of the liquid. The disadvantage of this method is the presence of certain difficulties in the excitation and isolation of the harmonic of a segment of a long line of a higher order than the fundamental harmonic, which complicates its implementation.

Известно также техническое решение, по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа (RU 2125245 С1, 20.01.1999). Согласно данному способу, возбуждают электромагнитные колебания в располагаемом вертикально отрезке длинной линии и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем в емкости, измеряют собственную (резонансную) частоту f отрезка длинной линии и производят обработку результатов измерений. При этом дополнительно возбуждают в отрезке длинной линии электромагнитные импульсные сигналы, принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t прямого и обратного распространения импульсных сигналов и учитывают его при обработке результатов измерений. Недостатком этого способа является невысокая точность измерения в области малых значений уровня, близких к нулевому значению. В этом случае при нулевом значении уровня (z=0) имеется неопределенность типа "0/0", а вблизи значения z=0 погрешность измерения резко возрастает, поскольку при этом результат совместного преобразования f и t может принимать разные значения из-за возможных, даже малых, девиаций значений f и t.Also known is a technical solution, in terms of the technical nature of the closest to the proposed method and adopted as a prototype (RU 2125245 C1, 20.01.1999). According to this method, electromagnetic oscillations are excited in a vertically positioned segment of a long line and filled with liquid in accordance with its level in a container, the natural (resonant) frequency f of a segment of a long line is measured and the measurement results are processed. In this case, electromagnetic pulse signals are additionally excited in a segment of a long line, signals reflected from the lower end of a segment of a long line are received, the total time t of forward and backward propagation of pulse signals is measured and taken into account when processing the measurement results. The disadvantage of this method is the low measurement accuracy in the region of low level values close to zero. In this case, at a zero value of the level (z = 0), there is an uncertainty of the type "0/0", and near the value z = 0, the measurement error sharply increases, since in this case the result of the combined transformation of f and t can take different values due to possible, even small deviations of f and t values.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений.The technical result of the present invention is to improve the measurement accuracy.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости, при котором, в первом измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью первом отрезке длинной линии и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем z в емкости возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t1 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, дополнительно, во втором измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью втором отрезке длинной линии и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем в емкости, возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, распространяющиеся со скоростью, отличной от скорости распространения электромагнитных импульсных сигналов в первом отрезке длинной линии, принимают электромагнитные импульсные сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t2 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, и производят совместное функциональное преобразование измеренных значений t1 и t2, по результату которого судят об уровне жидкости в емкости.The technical result is achieved by the fact that in the method for measuring the level of a dielectric liquid in a container, in which, in the first measurement, in the first segment of a long line placed vertically in a container with a controlled liquid and filled with liquid in accordance with its level z in the container, electromagnetic pulse signals are excited, receive signals reflected from the lower end of a segment of a long line, measure the total time t 1 of forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals, additionally, in the second dimension, in a second segment of a long line placed vertically in a container with a controlled liquid and filled with liquid in accordance with its level in the container, excite electromagnetic pulse signals that propagate at a speed different from the propagation speed of electromagnetic pulse signals in the first segment of a long line, receive electromagnetic pulse signals reflected from the lower end of a segment of a long line, measure The total time t 2 of the forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals is taken, and a joint functional transformation of the measured values of t 1 and t 2 is performed, the result of which is used to judge the level of the liquid in the container.

Предлагаемый способ поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема измерительного устройства для реализации данного способа. На фиг. 2. показано поперечное сечение двух отрезков коаксиальной длинной линии.The proposed method is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a functional diagram of a measuring device for implementing this method. FIG. 2. shows a cross-section of two lengths of a coaxial long line.

Здесь показаны жидкость 1, отрезок длинной линии 2, электронный блок 3 отрезок длинной линии 4, электронный блок 5, функциональный преобразователь 6, регистратор 7, диэлектрические оболочки 8 и 9.Shown here are liquid 1, a segment of a long line 2, an electronic unit 3 a segment of a long line 4, an electronic unit 5, a functional converter 6, a recorder 7, dielectric shells 8 and 9.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Согласно данному способу, в первом измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой диэлектрической жидкостью первом отрезке длинной линии длиной

Figure 00000006
и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем z в емкости возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t1 прямого и обратного распространения импульсных сигналов. Дополнительно, во втором измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью втором отрезке длинной линии длиной
Figure 00000006
и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем z в емкости, возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, распространяющиеся со скоростью, отличной от скорости распространения электромагнитных импульсных сигналов в первом отрезке длинной линии, принимают электромагнитные импульсные сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t2 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, и производят совместное функциональное преобразование суммарное время t2 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов. Производят совместное функциональное преобразование измеренных значений t1 и t2, по результату которого судят об уровне жидкости в емкости.According to this method, in the first dimension, in the first segment of a long line with a length of
Figure 00000006
and filled with liquid in accordance with its level z in the container excite electromagnetic pulse signals, receive signals reflected from the lower end of the long line segment, measure the total time t 1 of forward and backward propagation of pulse signals. Additionally, in the second dimension, in a second segment of a long line of length vertically placed in a container with a controlled liquid
Figure 00000006
and filled with liquid in accordance with its level z in the container, excite electromagnetic pulse signals propagating at a speed different from the propagation speed of electromagnetic pulse signals in the first segment of a long line, receive electromagnetic pulse signals reflected from the lower end of a segment of a long line, measure the total time t 2 forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals, and produce a joint functional transformation of the total time t 2 forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals. A joint functional transformation of the measured values of t 1 and t 2 is carried out, according to the result of which the level of the liquid in the container is judged.

Поскольку информативные параметры t1 и t2 являются функциями как уровня z жидкости, так и ее диэлектрической проницаемости ε, то, осуществляя совместные преобразования t1 и t2, можно исключить влияние е на результаты определения уровня z.Since the informative parameters t 1 and t 2 are functions of both the level z of the liquid and its dielectric constant ε, then by carrying out joint transformations of t 1 and t 2 , it is possible to exclude the influence of e on the results of determining the level z.

Для осуществления способа измерения здесь используют два отрезка длинной линии, в частности коаксиальной линии, в качестве измерительных каналов. В качестве информативных параметров используют суммарное время t2 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, t1 и t2 соответственно, в первом и втором отрезках длинной линии. Рассмотрение зависимостей t1 и t2 от уровня z, каждая из которых выражается соответствующим уравнением, как системы уравнений относительно уровня z и диэлектрической проницаемости ε жидкости в емкости, позволяет получить после ее решения требуемую информацию об уровне z независимо от значения е.To implement the measurement method, two lengths of a long line, in particular a coaxial line, are used here as measuring channels. As informative parameters, the total time t 2 of forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals, t 1 and t 2, respectively, in the first and second segments of the long line is used. Consideration of the dependences of t 1 and t 2 on the level z, each of which is expressed by the corresponding equation, as a system of equations for the level z and the dielectric constant ε of the liquid in the container, makes it possible to obtain, after its solution, the required information about the level z, regardless of the value of e.

Рассмотрим измерительное устройство, реализующее данный способ измерения уровня жидкости. На фиг. 1 изображены располагаемые вертикально в емкости с контролируемой диэлектрической жидкостью два отрезка однородной коаксиальной длинной линии одинаковой длины

Figure 00000006
и отмечен уровень z диэлектрической жидкости; считается, что нижние концы отрезков длинной линии совмещены с дном емкости. У каждого отрезка коаксиальной длинной линии внутренний проводник покрыт по всей длине диэлектрической оболочкой определенной толщины. В первом измерении в емкости с контролируемой диэлектрической жидкостью 1 располагают вертикально первый отрезок длинной линии 2, пространство между проводниками которого заполняется жидкостью 1 в соответствии с ее уровнем в емкости. В отрезке длинной линии 2 возбуждают электромагнитные импульсные сигналы (видеоимпульсы), принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии 2, измеряют, в электронном блоке 3, суммарное время t1 прямого и обратного распространения импульсных сигналов. При этом сигналы, отраженные от поверхности жидкости, являются неинформативными (паразитными). Они могут быть достаточно легко отселектированы или за счет разной полярности сигналов, отраженных от поверхности жидкости и от нижнего конца отрезка длинной линии, который может быть выполнен, в частности, разомкнутым на этом конце, или за счет существенно разной амплитуды рассматриваемых сигналов (сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, имеют значительно большую амплитуду). Дополнительно, во втором измерении, в емкости с контролируемой жидкостью 1 располагают вертикально второй отрезок длинной линии 4, пространство между проводниками которого заполняется жидкостью 1 в соответствии с ее уровнем в емкости. В отрезке длинной линии 4 возбуждают электромагнитные импульсные сигналы (видеоимпульсы), распространяющиеся со скоростью, отличной от скорости распространения электромагнитных импульсных сигналов в первом отрезке длинной линии 2. Принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии 4, измеряют, в электронном блоке 5, суммарное время 2 прямого и обратного распространения импульсных сигналов во втором отрезке длинной линии 4. Для возбуждения электромагнитных импульсных сигналов, распространяющихся с разной скоростью в первом и втором отрезках длинной линии используют для проведения измерений отрезки длинной линии 2 и 4, проводники каждого из которых покрыты по всей длине диэлектрическими оболочками разной толщины. Значения t1 и t2, измеряемые с помощью, соответственно, электронных блоков 3 и 5, поступают в функциональный преобразователь 6. В нем осуществляют совместное преобразование t1 и t2, результат которого, несущий информацию об уровне z жидкости 1 в емкости независимо от диэлектрической проницаемости ε жидкости, поступает на индикатор 7, подсоединенный к выходу функционального преобразователя 6.Consider a measuring device that implements this method of measuring the liquid level. FIG. 1 shows two segments of a uniform coaxial long line of the same length placed vertically in a container with a controlled dielectric liquid
Figure 00000006
and the level z of the dielectric fluid is marked; it is believed that the lower ends of the long line segments are aligned with the bottom of the container. For each segment of the coaxial long line, the inner conductor is covered along its entire length with a dielectric sheath of a certain thickness. In the first measurement, in a container with a controlled dielectric liquid 1, the first segment of a long line 2 is placed vertically, the space between the conductors of which is filled with liquid 1 in accordance with its level in the container. In the segment of the long line 2, electromagnetic pulse signals (video pulses) are excited, the signals reflected from the lower end of the segment of the long line 2 are received, and the total time t 1 of the forward and reverse propagation of the pulse signals is measured in the electronic unit 3. In this case, the signals reflected from the surface of the liquid are uninformative (parasitic). They can be quite easily selected either due to the different polarity of signals reflected from the liquid surface and from the lower end of a segment of a long line, which can be made, in particular, open at this end, or due to significantly different amplitudes of the signals under consideration (signals reflected from the lower end of a segment of a long line, have a significantly greater amplitude). Additionally, in the second dimension, a second segment of a long line 4 is placed vertically in a container with a controlled liquid 1, the space between the conductors of which is filled with liquid 1 in accordance with its level in the container. In a segment of a long line 4, electromagnetic pulse signals (video pulses) are excited, propagating at a speed different from the propagation speed of electromagnetic pulse signals in the first segment of a long line 2. Signals reflected from the lower end of a segment of a long line 4 are received, measured in the electronic unit 5, total time 2 of forward and backward propagation of pulse signals in the second segment of a long line 4. To excite electromagnetic pulse signals propagating at different speeds in the first and second segments of a long line, segments of a long line 2 and 4 are used for measurements, the conductors of each of which are covered with the entire length with dielectric shells of different thicknesses. The values of t 1 and t 2 , measured with the help of electronic units 3 and 5, respectively, enter the functional converter 6. In it, t 1 and t 2 are jointly converted, the result of which, which carries information about the level z of the liquid 1 in the container, regardless of dielectric constant ε of the liquid, is fed to the indicator 7, connected to the output of the functional converter 6.

В коаксиальной длинной линии диэлектрической оболочкой может быть покрыт ее внутренний проводник. На фиг. 2 показано поперечное сечение двух отрезков коаксиальной длинной линии 2 и 4, на основе которых реализуют данный способ измерения. Эти отрезки длинной линии 2 и 4 имеют одинаковые диаметры внутреннего и внешнего проводников, но их внутренние проводники покрыты по всей длине диэлектрическими оболочками 8 и 9, соответственно, разной толщины. Поскольку данный способ измерения предназначен для измерения уровня диэлектрической жидкости, то в одном из двух отрезков коаксиальной длинной линии диэлектрическая оболочка на его внутреннем проводнике может отсутствовать (ее толщина равна нулю).In a coaxial long line, its inner conductor can be covered with a dielectric sheath. FIG. 2 shows a cross-section of two segments of a coaxial long line 2 and 4, on the basis of which this measurement method is implemented. These segments of the long line 2 and 4 have the same diameters of the inner and outer conductors, but their inner conductors are covered along their entire length with dielectric shells 8 and 9, respectively, of different thicknesses. Since this measurement method is designed to measure the level of a dielectric liquid, then in one of the two segments of the coaxial long line, the dielectric shell on its inner conductor may be absent (its thickness is zero).

Рассмотрим, как следует совместно преобразовать в функциональном преобразователе 6 устройства, реализующего данный способ измерения уровня диэлектрической жидкости, временные характеристики импульсных сигналов (видеосигналов), характеризуемые, в конечном счете, значениями t1 и t2 суммарного времени их прямого (до нижнего конца отрезка длинной линии) и обратного (ко входу отрезка длинной линии) распространении в первом и втором отрезках длинной линии, соответственно.Let us consider how the time characteristics of impulse signals (video signals), characterized, ultimately, by the values of t 1 and t 2 of the total time of their direct (to the lower end of a segment of a long lines) and backward (to the input of a segment of a long line) propagation in the first and second segments of a long line, respectively.

Скорость

Figure 00000007
распространения электромагнитных сигналов в каждом отрезке коаксиальной длинной линии в его верхней части, незаполненной контролируемой жидкостью, естьSpeed
Figure 00000007
propagation of electromagnetic signals in each segment of the coaxial long line in its upper part, not filled with the controlled liquid, is

Figure 00000008
Figure 00000008

где с - скорость света,

Figure 00000009
- относительная эффективная диэлектрическая проницаемость двухслойной диэлектрической среды, образованной воздухом и диэлектрической оболочкой; а 1, r, а 2 - диаметры, соответственно, внутреннего проводника, оболочки и внешнего проводника отрезка длинной линии; εn - относительная диэлектрическая проницаемость материала оболочки.where c is the speed of light,
Figure 00000009
- the relative effective dielectric constant of a two-layer dielectric medium formed by air and a dielectric shell; a 1 , r, and 2 are the diameters, respectively, of the inner conductor, the shell and the outer conductor of a segment of a long line; ε n is the relative dielectric constant of the shell material.

В нижней части отрезка коаксиальной длинной линии, заполненной контролируемой жидкостью с диэлектрической проницаемостью ε, скорость распространения электромагнитных сигналов естьIn the lower part of a segment of a coaxial long line filled with a controlled liquid with a dielectric constant ε, the propagation velocity of electromagnetic signals is

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
where
Figure 00000011

Поскольку временные характеристики распространения электромагнитных сигналов характеризуются, в конечном счете, временем t их распространения, то рассмотрим, чему равно это время при прохождении электромагнитных сигналов вдоль отрезка длинной линии, частично, до уровня z, заполненного контролируемой жидкостью, до нижнего конца этого отрезка длинной линии и его приеме на верхнем конце после прохождения удвоенного (при прямом и обратном распространении) вдоль отрезка длинной линии. Это время t, очевидно, естьSince the temporal characteristics of the propagation of electromagnetic signals are ultimately characterized by the time t of their propagation, let us consider what this time is equal to when electromagnetic signals travel along a segment of a long line, partially, to the level z, filled with a controlled liquid, to the lower end of this segment of a long line and its reception at the upper end after passing twice (with forward and backward propagation) along a segment of a long line. This time t is obviously

Figure 00000012
Figure 00000012

Отсюда получаемFrom this we get

Figure 00000013
Figure 00000013

Применив два отрезка длинной линии, у которых значения

Figure 00000014
(и, следовательно, также и εэфф) отличны друг от друга, можно, путем совместного функционального преобразования значений времени распространения электромагнитных сигналов в каждом из этих отрезков длинной линии, получить информацию об уровне z при обеспечении инвариантности результата такого совместного преобразования к величине s контролируемой среды.Applying two long line segments with values
Figure 00000014
(and, therefore, also ε eff ) differ from each other, it is possible, by joint functional transformation of the values of the propagation time of electromagnetic signals in each of these segments of a long line, to obtain information about the level z while ensuring the invariance of the result of such a joint transformation to the value s controlled Wednesday.

Обозначив значения

Figure 00000014
и εэфф, относящиеся к первому отрезку длинной линии, символами
Figure 00000015
и
Figure 00000016
, соответственно, а ко второму отрезку длинной линии - символами
Figure 00000017
и
Figure 00000018
, соответственно. В первом и втором измерениях, суммарное время t1 и t2, соответственно, прямого и обратного распространения импульсных сигналов вдоль первого и второго отрезков длинной линии выражается следующими формулами:By designating the values
Figure 00000014
and ε eff , related to the first segment of a long line, by symbols
Figure 00000015
and
Figure 00000016
, respectively, and to the second segment of the long line - by symbols
Figure 00000017
and
Figure 00000018
, respectively. In the first and second dimensions, the total time t 1 and t 2 , respectively, of forward and backward propagation of pulse signals along the first and second segments of a long line is expressed by the following formulas:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- длина каждого отрезка длинной линии, с - скорость света.where
Figure 00000021
is the length of each segment of a long line, c is the speed of light.

Из соотношения

Figure 00000022
следует, чтоFrom the ratio
Figure 00000022
follows that

Figure 00000023
Figure 00000023

Подставив в (7) значение εэфф из (4), будем иметьSubstituting into (7) the value of ε eff from (4), we will have

Figure 00000024
Figure 00000024

Обозначив величины, относящиеся к первому отрезку длинной линии, символами t1,

Figure 00000025
Figure 00000026
а ко второму отрезку длинной линии - символами t2,
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
и приравняв правые части соотношения (8), записанного для обоих отрезков длинной линии, получимDenoting the quantities related to the first segment of a long line by symbols t 1 ,
Figure 00000025
Figure 00000026
and to the second segment of the long line - symbols t 2 ,
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
and equating the right-hand sides of relation (8) written for both segments of the long line, we obtain

Figure 00000030
Figure 00000030

Данное соотношение является инвариантным к величине ε контролируемой среды.This ratio is invariant to the value of ε of the controlled environment.

Сделаем следующие обозначения:

Figure 00000031
С учетом этого выражения для
Figure 00000025
и
Figure 00000027
можно записать так:Let's make the following notation:
Figure 00000031
Given this expression for
Figure 00000025
and
Figure 00000027
can be written like this:

Figure 00000032
Figure 00000032

Figure 00000033
Figure 00000033

Тогда, учитывая (10) и (11), соотношение (9) для определения z, в котором значение z содержится в неявном виде, можно записать так:Then, taking into account (10) and (11), relation (9) for determining z, in which the value of z is contained in an implicit form, can be written as follows:

Figure 00000034
Figure 00000034

В соотношении (12) отсутствует величина ε, т.е. данное соотношение является инвариантным к значению ε и его изменениям. Таким образом, осуществляя в содержащем вычислительное устройство функциональном преобразователе 6 измерительного устройства, реализующего данный способ измерения, совместное функциональное преобразование величин t1 и t2, определяемых при первом и втором измерениях, соответственно, согласно соотношению (12), можно определить значение уровня z контролируемой жидкости независимо от значения ε. Нахождение значения z из (12) в вычислительном устройстве возможно при решении конкретных задач при известных численных значениях величин, входящих в соотношение (3). Соотношение (12) позволяет определять уровень z при любом его значении, включая нулевое значение. Данный способ измерения обеспечивает высокую точность измерения при любых значениях координаты z, включая его малые, вблизи нуля, значения.In relation (12), the quantity ε is absent, i.e. this ratio is invariant to the value of ε and its changes. Thus, carrying out in the functional converter 6 of the measuring device containing the computing device that implements this measurement method, the joint functional transformation of the values t 1 and t 2 determined in the first and second measurements, respectively, according to relation (12), it is possible to determine the value of the level z of the controlled liquid regardless of the value of ε. Finding the value of z from (12) in a computing device is possible when solving specific problems with known numerical values of the quantities included in relation (3). Relation (12) makes it possible to determine the level z at any of its values, including zero. This method of measurement provides high measurement accuracy at any values of the z coordinate, including its small, near zero, values.

Таким образом, данный способ позволяет измерять уровень диэлектрической жидкости в емкости независимо от значения ее диэлектрической проницаемости. Этот способ достаточно прост в реализации, которая осуществима на основе двух отрезков длинной линии, располагаемых в емкости с контролируемой жидкостью.Thus, this method makes it possible to measure the level of a dielectric liquid in a container, regardless of the value of its dielectric constant. This method is quite simple to implement, which is feasible on the basis of two segments of a long line located in a container with a controlled liquid.

Claims (1)

Способ измерения уровня диэлектрической жидкости в емкости, при котором, в первом измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью первом отрезке длинной линии и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем z в емкости возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, принимают сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t1 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, отличающийся тем, что дополнительно, во втором измерении, в располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью втором отрезке длинной линии и заполняемом жидкостью в соответствии с ее уровнем в емкости, возбуждают электромагнитные импульсные сигналы, распространяющиеся со скоростью, отличной от скорости распространения электромагнитных импульсных сигналов в первом отрезке длинной линии, принимают электромагнитные импульсные сигналы, отраженные от нижнего конца отрезка длинной линии, измеряют суммарное время t2 прямого и обратного распространения электромагнитных импульсных сигналов, и производят совместное функциональное преобразование измеренных значений t1 и f2, по результату которого судят об уровне жидкости в емкости.A method for measuring the level of a dielectric liquid in a container, in which, in the first measurement, in the first segment of a long line placed vertically in a container with a controlled liquid and filled with liquid in accordance with its level z in the container, electromagnetic pulse signals are excited, signals reflected from the lower end are received a segment of a long line, the total time t 1 of the forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals is measured, characterized in that, additionally, in the second dimension, in the second segment of the long line placed vertically in a container with a controlled liquid and filled with liquid in accordance with its level in the container, excite electromagnetic pulse signals propagating at a speed different from the propagation speed of electromagnetic pulse signals in the first segment of a long line, receive electromagnetic pulse signals reflected from the lower end of a segment of a long line, measure the total time t 2 forward and backward propagation of electromagnetic pulse signals, and perform a joint functional transformation of the measured values of t 1 and f 2 , the result of which is used to judge the level of the liquid in the container.
RU2021104225A 2021-02-19 2021-02-19 Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container RU2757542C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104225A RU2757542C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104225A RU2757542C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757542C1 true RU2757542C1 (en) 2021-10-18

Family

ID=78286355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021104225A RU2757542C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757542C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776192C1 (en) * 2022-03-15 2022-07-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measurement of level of dielectric liquid in container

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1377596A1 (en) * 1986-09-04 1988-02-28 Всесоюзный Институт По Проектированию Организации Энергетического Строительства "Оргэнергострой" Level gauge
EA005706B1 (en) * 2000-08-02 2005-04-28 Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг Device for measuring the level of a material in a container
UA20804U (en) * 2006-08-07 2007-02-15 Science Production Ltd Liabili Method for determining properties of liquid or free-flowing material
RU129222U1 (en) * 2012-09-18 2013-06-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации DEVICE FOR DETERMINING MEDIA PARAMETERS IN TANKS
US8813559B2 (en) * 2010-12-16 2014-08-26 Vega Grieshaber Kg Determination of media characteristics in fill-level measuring
US20150268084A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Messier-Dowty Limited Shock absorber and a method of determining the level of liquid in a shock absorber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1377596A1 (en) * 1986-09-04 1988-02-28 Всесоюзный Институт По Проектированию Организации Энергетического Строительства "Оргэнергострой" Level gauge
EA005706B1 (en) * 2000-08-02 2005-04-28 Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг Device for measuring the level of a material in a container
UA20804U (en) * 2006-08-07 2007-02-15 Science Production Ltd Liabili Method for determining properties of liquid or free-flowing material
US8813559B2 (en) * 2010-12-16 2014-08-26 Vega Grieshaber Kg Determination of media characteristics in fill-level measuring
RU129222U1 (en) * 2012-09-18 2013-06-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации DEVICE FOR DETERMINING MEDIA PARAMETERS IN TANKS
US20150268084A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Messier-Dowty Limited Shock absorber and a method of determining the level of liquid in a shock absorber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776192C1 (en) * 2022-03-15 2022-07-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measurement of level of dielectric liquid in container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9404890B2 (en) Method for noninvasive determination of acoustic properties of fluids inside pipes
Lynnworth Ultrasonic measurements for process control: theory, techniques, applications
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
RU2702698C1 (en) Method of measuring the interface position between components of a three-component medium in a container
Liu et al. Application of microwaves for nondestructive and high-efficiency detection of wall thinning locations in a long-distance metal pipe
RU2365903C1 (en) Method for measurement of moisture content and salt content in oil
RU2698575C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
Suchkov et al. A non-contact multifunctional ultrasonic transducer for measurements and non-destructive testing
RU2578749C1 (en) Method of determining position of interface of two substances in container
CN104457910A (en) Position measuring system for medium boundary
RU2757542C1 (en) Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container
RU2776192C1 (en) Method for measurement of level of dielectric liquid in container
RU2752555C1 (en) Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2757472C1 (en) Method for determining liquid level in container
US8473246B1 (en) Cable measurement device
RU2650605C1 (en) Method for measuring internal diameter of metal pipe
RU2645836C1 (en) Method of determining the level of liquid in a reservoir
RU2753830C1 (en) Method for measuring position of interface between two liquids in container
RU2647186C1 (en) Method for measuring a position of interfaces between components of three-component medium in a tank
RU2661349C1 (en) Dielectric fluid moisture content determination method
Semenov et al. Device for measurement and control of humidity in crude oil and petroleum products
RU2125245C1 (en) Method of determination of substance level in reservoir
RU2691288C1 (en) Method for measuring inner diameter of metal pipe
RU2536184C1 (en) Concentration meter