Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2473055

(19)

RU

(11)

2473055

(13)

C1

(51) МПК G01F23/284 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011133797/28, 12.08.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.08.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 12.08.2011

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: GB 1315045 А, 26.04.1973. SU 1268959 A1, 07.11.1986. RU 2327958 C2, 27.06.2008. US 7075479 B2, 11.07.2006.

Адрес для переписки:

117997, Москва, ул. Профсоюзная, 65, Институт проблем управления, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Совлуков Александр Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости в различных открытых и замкнутых металлических емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Способ измерения уровня жидкости в емкости состоит в том, что размещают в емкости вертикально волновод, на одном из его торцов возбуждают в нем электромагнитные волны фиксированной частоты. Частоту возбуждаемых электромагнитных волн выбирают ниже критической частоты, принимают волны после их распространения вдоль волновода на том же или другом его торце и измеряют амплитуду принимаемых волн, по которой судят об уровне жидкости. При этом при измерении уровня жидкости в металлической емкости в качестве волновода возможно использовать саму емкость. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение процесса измерения. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости в различных замкнутых и открытых металлических емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства, запасов топлива в топливных баках с вытеснителем (поршнем).

Известны способы измерения уровня жидкостей в открытых емкостях, при которых определяют уровень жидкости в емкости с применением датчиков в виде линий передачи электромагнитных волн - отрезков длинных линий, полых волноводов, располагаемых в емкостях с контролируемыми жидкостями (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат. 1989. 208 с.).

Известно также техническое решение (GB 1315045, 26.04.1973), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принято в качестве прототипа. Этот способ-прототип заключается в возбуждении электромагнитных волн в волноводе, размещаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью, заполняющей полость волновода в соответствии с величиной ее уровня в емкости, и анализе формы стоячей волны в волноводе. Недостатком способа-прототипа является его достаточно сложная реализация. Она предполагает подсоединение к волноводу диодной секции с тремя диодами и проведение логической обработки сигналов, поступающих с выходов этих диодов.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение процесса измерения.

Технический результат в предлагаемом способе измерения уровня жидкости в емкости достигается тем, что в емкости с контролируемой жидкостью размещают вертикально волновод или используют саму емкость в качестве волновода, на одном из торцов которого возбуждают в нем электромагнитные волны фиксированной частоты, при этом частоту возбуждаемых электромагнитных волн выбирают ниже критической частоты, принимают волны после их распространения вдоль волновода на том же или другом его торце и измеряют амплитуду принимаемых волн, по которой судят об уровне жидкости.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1,а и фиг.1,б приведены примеры устройства для реализации предлагаемого способа измерения.

На фиг.2 приведен график зависимости относительного значения амплитуды напряженности результирующего электромагнитного поля от высоты незаполненной части цилиндрической емкости с электропроводным веществом, например жидким металлом.

Устройство (фиг.1) содержит волновод 1 с контролируемым веществом 2, элемент связи 3, генератор электромагнитных колебаний 4, элемент связи 5, детектор 6, регистратор 7.

Способ реализуется следующим образом.

Предлагаемый способ заключается в возбуждении электромагнитных волн в волноводе на частоте, которая ниже критической частоты для волны низшего типа, при этом вдоль волновода существует только ослабевающее реактивное поле, убывающее при удалении от возбуждающего элемента у одного из торцов емкости.

Условием распространения электромагнитных волн по любому волноводу является выполнение неравенства f > f кр , которому должны удовлетворять рабочая частота f и критическая частота f кр для волны низшего типа, например для волны H 11 в круглом волноводе. При f < f кр имеет место запредельный режим, при котором распространения волн по волноводу не происходит, а существует только ослабевающее реактивное поле, убывающее при удалении от возбуждающего элемента. В запредельном волноводе поле изменяется вдоль координаты z (оси волновода) по закону

а постоянная ослабления есть

В этих формулах E m и H m - амплитуды напряженности соответственно электрического и магнитного полей при z=0; =2 f; и µ - соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость вещества в волноводе, c - скорость света.

Выбирая соотношение между f и f кр , можно управлять величиной ослабления .

Согласно предлагаемому способу, в волноводе 1, располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью 2, возбуждают через элемент связи 3 с помощью генератора 4 электромагнитные колебания на частоте f, меньшей критической частоты f кр для этого волновода (фиг.1,а и фиг.1,б). Уровень жидкости в волноводе соответствует ее уровню в емкости. Напряженность электрического поля Е и магнитного поля Н при удалении от элемента связи, служащего для возбуждения и приема электромагнитных колебаний, спадает в соответствии с соотношением (1). При этом значение Е (и Н) зависит от уровня жидкости в емкости. У другого торца волновода 1 (фиг.1,а) или у того же его торца (фиг.1, б) принимаемый сигнал поступает через элемент связи 5 на детектор 6. Затем продетектированный сигнал поступает на регистратор 7 для определения амплитуды E(z) сигнала, служащего информативным параметром. Схема устройства на фиг.1, а применима при измерении уровня диэлектрической жидкости, а схема на фиг.1,б - при измерении уровня как диэлектрической, так и электропроводной жидкости, в частности жидкого металла.

Так, если контролируемая жидкость является электропроводной, в частности, жидким металлом (фиг.1,б), то амплитуда напряженности результирующего электромагнитного поля E(z) в некотором сечении с координатой z в данном случае есть

где E m - амплитуда напряженности зондирующего электромагнитного поля при z=0, то есть у элемента связи 4, где z=0; z 0 - координата поверхности жидкости, отсчитываемая от элемента связи 4. Величина коэффициента определяется соотношением (2).

Следовательно, как следует из (3), амплитуда результирующего значения напряженности электромагнитного поля в сечении с координатой z=0 есть

При измерении уровня диэлектрической жидкости выражение для E(z) должно учитывать распространение волн вдоль волновода (фиг.1,а), а также и их отражение от его торца (фиг.1,б). Такой учет нетрудно провести, рассматривая результирующее значение напряженности электромагнитного поля в сечении с координатой z для данного случая.

Оценим значение Е(0) принимаемого сигнала для металлической емкости конкретных размеров. Для определенности будем считать контролируемое вещество электропроводным (жидкий металл и т.п.); при этом применима схема на фиг.1, б. Аналогичная этому задача - измерение положения в емкости металлической поверхности (поршня), разделяющей емкость на две части; такая задача имеется при определении запасов жидкости в баках с вытеснителем (поршнем), содержащейся в одной из частей бака (в другой части бака - газ). Пусть высота цилиндрической емкости есть l=1 м, ее диаметр D=0,6 м. Тогда для волн типа H 11 будем иметь f кр - 2с/3,41D=0,293 ГГц (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.1. М.: Высшая школа. 1970. С.78-94). Положив рабочую частоту f=100 МГц, согласно (2) находим: =0,058 1/см; для сравнения, например, при f=200 МГц получим =0,045 1/см, то есть с увеличением f ослабление существенно уменьшается. На фиг.2 приведен график зависимости Е(0)/E m от z 0 при f=250 МГц в рабочем диапазоне изменения z 0 =0÷80 см.

Для емкостей конкретных размеров выбором частоты f генератора можно оптимизировать чувствительность такого датчика уровня в рабочем диапазоне изменения уровня жидкости в емкости. Монотонность зависимости амплитуды результирующего значения напряженности электромагнитного поля от уровня имеет место при измерении уровня как электропроводных, так и диэлектрических веществ.

При измерении уровня жидкости в замкнутой или открытой сверху металлической емкости в качестве волновода возможно использовать саму емкость с подсоединением в ней соответствующих элементов возбуждения и съема колебаний. Это возможно, в частности, осуществить при решении упомянутой выше задачи измерения положения в емкости металлической поверхности (поршня), разделяющей емкость на две части, существующей при определении запасов жидкости в баках с вытеснителем (поршнем), содержащейся в одной из частей бака (в другой части бака - газ).

Таким образом, данный способ измерения достаточно просто реализуем. Он может найти применение на практике там, где требуется производить измерения уровня жидкости в различных замкнутых и открытых металлических емкостях. В частности, он может быть применен для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства, запасов топлива в топливных баках с вытеснителем (поршнем).

Формула изобретения

Способ измерения уровня жидкости в емкости, при котором в емкости с контролируемой жидкостью размещают вертикально волновод или используют саму емкость в качестве волновода, на одном из торцов которого возбуждают в нем электромагнитные волны фиксированной частоты, отличающийся тем, что частоту возбуждаемых электромагнитных волн выбирают ниже критической частоты, принимают волны после их распространения вдоль волновода на том же или другом его торце и измеряют амплитуду принимаемых волн, по которой судят об уровне жидкости.

РИСУНКИ