Способ определения уровней, границ раздела и температуры жидких и сыпучих сред

 

Сущность изобретения: вырабатывают генератором сигнал, с помощью чувствительного элемента получают его в контролируемую среду, принимают отраженный сигнал и по времени задержки определяют уровень. В качестве генератора используют генератор стабильного напряжения, вырабатываемый сигнал представляет собой наложение видеосигнала на сигнал перепада напряжений, при этом чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников, соединенных или разъединенных между собой верхними концами, с помощью последовательно соединенных стробоскопического преобразователя, аналого-цифрового преобразователя и вычислительного устройства производят обработку принятого сигнала и по его форме определяют границы раздела и температуру сред. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для определения уровней, границ разделения жидкостей и сыпучих грузов, а также для измерения в них температуры.

Известен способ измерения границ разделения жидкостей по книге Г.Н.Бобровникова и А.Г.Каткова "Методы измерения уровня". М. Машиностроение, 1977, с. 127, 128, рис. 5.19.

Согласно этому способу, в чувствительный элемент, выполненный в виде двух изолированных друг от друга проводников (коаксиальных линий), подается высокочастотное синусоидальное напряжение, при измерении уровня жидкости изменяется картина распределения стоячих волн вдоль проводников, по которым регистрируется уровень жидкости.

Недостаток данного способа это низкая точность измерения, сложность настройки при изменении физических свойств жидкости, измерение уровня возможно только в электропроводящих средах, и невозможность измерения температуры в них.

Известен способ измерения температуры по а.с. N 1474481, 1981 г. В данном способе напряжение с преобразователя температуры подается в преобразователь код-напряжение, усилитель и индикатор.

Недостатком способа является низкая точность измерения и невозможность одновременного замера температур в различных точках среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения параметров хранения: уровня жидкостей и температуры среды различной плотности в резервуаре (патент Франции N 2624968, G01F23/00, 90 г.). Здесь в линию задержки, погруженную в жидкость, посылают импульсы напряжения. При различных плотностях жидкости будет различная скорость прохождения импульсов в линии задержки. Расстояние между отраженными импульсами будет соответствовать различным слоям жидкости. Известный способ отличается пониженной точностью, сложностью конструкции чувствительного элемента линии задержки, заключающийся в необходимости обеспечения в ней вакуума и невозможности работы с сыпучими грузами.

В основу изобретения поставлена задача расширения диапазона контролируемых сред (жидких и сыпучих), увеличение числа контролируемых параметров, повышение точности измерений, за счет этого появляется возможность строить мерительные системы с расширенными функциональными возможностями для использования в нефтеперерабатывающей, химической промышленности, судостроении и т.д.

Поставленная задача решается тем, что используется способ определения уровня, границ раздела и температуры жидких и сыпучих сред, заключающийся в том, что вырабатывают генератором сигнал, с помощью чувствительного элемента излучают его в контролируемую среду, принимают отраженный сигнал и по времени задержки определяют уровень, согласно изобретению, в качестве генератора используют генератор стабильного напряжения, вырабатываемый сигнал представляет собой наложение видеосигнала на сигнал перепада напряжений, при этом чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников, соединенных или разъединенных между собой верхними концами, с помощью последовательно соединенных стробоскопического преобразователя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и вычислительного устройства производят обработку принятого сигнала, и по его форме определяют границы раздела и температуру сред.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего описываемый способ. Устройство содержит генератор стабильного напряжения 1 сигналов специальной формы наложение (суперпозиций) видеосигнала 1 на сигнал перепада напряжений 11, выход которого соединен с входом приемника 2 и входом чувствительного элемента 3, выполненного в виде двух изолированных друг от друга проводников, соединенных или разъединенных между собой верхними концами, причем выход приемника 2 подключен к стробоскопическому преобразователю 4, выход которого подключен к АЦП 5, к выходу которого подключен вычислитель 6.

На фиг. 2 приведены временные соотношения при посылке сигнала в датчик; на фиг. 2а показан сигнал, посылаемый в линию, который содержит видеоимпульс 1 и перепад напряжения 11; на фиг. 2б отраженный сигнал, поступивший от чувствительного элемента, при условии, что температура среды вдоль него не изменяется. L1 расстояние до первой границы разделения; L2 расстояние до второй границы разделения; на фиг. 2в та же картина, но при условии, что температура среды вдоль чувствительного элемента изменяется; на фиг. 2г картина отраженного сигнала при изменении температуры жидкости или среды в противоположную сторону.

Способ осуществляют следующим образом: с помощью генератора стабильного напряжения 1 вырабатывают сигнал, представляющий собой наложение видеосигнала 1 и перепада напряжений 11, и подают на вход чувствительного элемента 3, излучающего его в контролируемую среду и принимающего отраженный сигнал. Отраженный сигнал с чувствительного элемента 3 подают на вход приемника 2. Появление неоднородностей вдоль чувствительного элемента (границы разделения сред, изменение сопротивления или диэлектрической проницаемости среды) вызывает изменение волнового сопротивления проводников в местах неоднородностей и изменяет вид отраженного сигнала. Использование сложного сигнала позволяет повысить точность и разрешающую способность в оценке места и вида неоднородности (температуры и границы разделения) вдоль проводников. Это обусловлено тем, что сигналы подобного типа содержат большое количество высокочастотных спектральных составляющих и позволяют тем самым выделить неоднородности по всей линии, не используя датчики специальных конструкций. Сигнал с выхода приемника 2 подают на стробоскопический преобразователь 4, который необходим для согласования времени распространения электромагнитной волны вдоль проводника и работы вычислительного устройства 6. Сигнал с выхода стробоскопического преобразователя 4 подают на АЦП 5 и далее на вход вычислителя 6, в котором по специализированному алгоритму ведут его обработку. Расстояние до границ раздела сред определяют по формуле: L_x 1/2 Vt, где L_x расстояние до неоднородности вдоль линии; V скорость распространения электромагнитной волны вдоль линии; t время запаздывания отраженного сигнала от посланного.

Для определения температуры среды оценивается величина и характер волнового сопротивления вдоль чувствительного элемента. Его измерение характеризуется коэффициентом отражения: где S_ou, S_nu спектральные функции отраженного и посланного сигналов; Z_x волновое сопротивление линии в месте неоднородности; W номинальное волновое сопротивление линии.

С волновым сопротивлением однозначно связана температура среды, т.к. для каждого материала эта взаимосвязь специфична, то она должна быть предварительно установлена. Место расположения границ разделения и температуры несмешиваемых сред определяют специализированным алгоритмом, записанным в вычислителе 6. Таким образом, по форме принятого сигнала определяют границы раздела и температуру сред.

Предлагаемый способ позволяет расширить диапазон контролируемых сред, автоматизировать процесс измерения уровня и температуры, упростить конструкцию датчика.

Формула изобретения

Способ определения уровня, границ раздела и температуры жидких и сыпучих сред, заключающийся в том, что вырабатывают генератором сигнал, с помощью чувствительного элемента излучают в контролируемую среду, принимают отраженный сигнал и по времени задержки определяют уровень, отличающийся тем, что в качестве генератора используют генератор стабильного напряжения, вырабатываемый сигнал представляет собой наложение видеосигнала и сигнала перепада напряжений, при этом чувствительный элемент выполнен в виде двух изолированных друг от друга проводников, разъединенных или соединенных между собой верхними концами, с помощью последовательно соединенных стробоскопического преобразователя, аналого-цифрового преобразователя и вычислительного устройства производят обработку принятого сигнла и по его форме определяют границы раздела и температуру сред.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2