Способ определения уровня диэлектрического вещества

Авторы патента:

Долгов Борис Константинович (RU)

Хачатуров Ярослав Вячеславович (RU)

Балакин Станислав Викторович (RU)

G01F23/26 - путем измерения емкости конденсаторов или индуктивности катушек, изменяющихся в присутствии жидких или сыпучих тел

Владельцы патента RU 2488783:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к системам измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Сущность: формируют синусоидальное напряжение на емкостном датчике уровня, измеряют комплексный ток через сухой емкостной датчик уровня и измеряют комплексный ток через заполняемый емкостной датчик уровня. Задают первую схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из параллельно включенных электрической емкости и активного сопротивления, формирование синусоидального напряжения на емкостном датчике уровня производят на двух частотах, после чего производят последовательно измерение комплексного тока через сухой датчик уровня и эталон на каждой из двух частот, причем результаты измерения фиксируют, определяют и фиксируют электрическую емкость сухого датчика уровня, вычисляют и фиксируют приращение электрической емкости емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество. Определяют относительное заполнение диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество емкостного датчика уровня. Задают вторую схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из последовательно включенной электрической емкости и активного сопротивления и по измеренным и зафиксированным ранее комплексным токам через емкостной датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот определяют и фиксируют последовательно включенное электрическое сопротивление цепей датчика уровня, по которому судят о достоверности определения уровня диэлектрического вещества. Технический результат - исключение результатов измерения уровня, возникающих вследствие отказа в длинной линии связи между датчиком и измерительной аппаратурой. 4 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах, транспортных средствах, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники.

Близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому способу является способ измерения уровня диэлектрического вещества, описанный в книге "Емкостные самокомпенсированные уровнемеры" авторов К.Б.Карандеева, Ф.Б.Гриневича, Л.И.Новика, Москва: издательство "Энергия", 1966, с.28. (1, 2)

Способ определения уровня диэлектрического вещества заключается в формировании синусоидального напряжения на емкостном датчике уровня, измерении комплексного тока через сухой емкостной датчик уровня и измерении комплексного тока через заполняемый емкостной датчик уровня.

В представленном аналоге способ измерения уровня диэлектрической жидкости базируется на сложении токов датчиков, которое осуществляется при помощи тесно связанных индуктивных плеч моста на суммирующем измерительном трансформаторе. Причем коэффициент, с которым ток входит в общую сумму, определяется числом витков плеча, а знак коэффициента - направлением включения обмотки этого плеча. Условием равновесия измерительной схемы является равенство нулю суммы всех токов, протекающих через датчики. Отношение числа витков тесно связанных индуктивных плеч определяет относительное заполнение (уровень) емкостного датчика уровня диэлектрическим веществом.

При использовании аналога для определения уровня диэлектрического вещества с помощью емкостного датчика уровня, удаленного на достаточно большое расстояние (до 400 метров) от средства измерения, получается результат с высокой степенью погрешности. Низкая технологичность и точность измерения прототипа обусловлена следующим:

- способ-аналог не обладает полной инвариантностью по отношению к длинной линии связи между средством измерения и емкостным датчиком уровня, т.е. не исключает влияния длинной линии связи на результат определения уровня;

- аналог измеряет комплексные токи через емкостные датчики уровня, которые не учитывают значения параметров диэлектрических веществ (диэлектрические проницаемости вещества и газовой среды над веществом, включая их температуру, изменение геометрических размеров емкостных датчиков уровня из-за воздействия на них криогенных температур). Исходя из этого перед технологическим процессом заправки требуется предварительная ручная настройка средства измерения на заданные параметры жидкости и датчика при определении уровня заправки, для каждого датчика индивидуально;

- относительно низкое быстродействие способа измерения (до 10 сек) на измерение. Это связано с конструктивным исполнением мостового средства измерения, представляющего собой следящую систему, которая уравновешивается как по активной, так и но реактивной составляющим комплексного сопротивления емкостного датчика. А так как процесс заправки ракеты непрерывный, то низкое быстродействие процесса измерения уровня вносит дополнительную погрешность.

Таким образом, недостатками аналога являются:

- низкая точность определения уровня на достаточно удаленном от средства измерения емкостном датчике уровня;

- низкое быстродействие способа измерения, связанное с процессом уравновешивания моста;

- низкая технологичность определения уровня, связанная предварительной ручной настройкой средства измерения на заданные параметры заправки. Наличие человеческого фактора в технологии определения уровня вносит также дополнительную погрешность в точность его определения.

Однако специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:

- удаленность до 400 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика контроля уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время ее заправки компонентами топлива;

- высокая точность измерения параметров удаленного двухполюсника, коим является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку;

- требование высокой технологичности подготовки ракеты, исключающее процедуру предварительной настройки аппаратуры измерения человеком-оператором, а также позволяющее проводить работу одного средства измерения с несколькими емкостными датчиками уровня ракеты поочередно;

- высокое быстродействие определения параметров двухполюсника, позволяющее расширить функциональные возможности способа измерения и использовать его аналогичным образом в уровнемере бортовой терминальной системы автоматического управления, которой является система управления расходом топлива ракеты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому способу - прототипом является способ измерения уровня диэлектрического вещества, описанный в патенте №2262669, МПК: G01F 23/26, G01R 17/00 авторов Балакина С.В, Долгова Б.К. (3). В указанном способе формируют синусоидальное напряжение на емкостном датчике уровня, измеряют комплексный ток через сухой емкостной датчик уровня и измеряют комплексный ток через заполняемый емкостной датчик уровня. Задают схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из электрической емкости и активного сопротивления включенных параллельно. Формирование синусоидального напряжения на емкостном датчике уровня производят на двух частотах, после чего производят последовательно измерение комплексного тока через. сухой датчик уровня и эталон на каждой из двух частот, причем результаты измерения фиксируют, определяют и фиксируют электрическую емкость сухого датчика уровня, вычисляют и фиксируют приращение электрической емкости емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество. Периодически производят последовательное измерение и фиксацию комплексного тока через заполняемый диэлектрическим веществом емкостной датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот, для каждого периодического измерения определяют и фиксируют электрическую емкость емкостного датчика уровня, затем определяют относительное заполнение диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество емкостного датчика уровня.

При определении уровня диэлектрического вещества с помощью емкостного датчика уровня, удаленного на достаточно большое расстояние (до 400 метров) от средства измерения, получаемый результат имеет малую погрешность. Вычисление параметров сухого и заполняемого диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня, а также вычисление приращения емкости датчика уровня при его полном погружении в диэлектрическое вещество, обеспечивается в одинаковых условиях наличия длинной линии. Это дает возможность учитывать влияние длинной линии в результате обоих вычислений при автоматической настройке средств измерений. А совокупность признаков, обеспечивающих определение относительного заполнения диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня, как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество емкостного датчика уровня, позволяет почти полностью исключить влияние длинной линии на результат определения относительного заполнения датчика уровня. Тем не менее, влияние длинной линии электрических соединительных цепей связи между датчиком и измерительной аппаратурой остается. Особенно это относится к случаям, когда параметры длинной линии значительно меняются прямо в процессе штатной работы (Практика показывает, что такой вариант случается нередко, так как линия связи проходит по ферме на открытом воздухе). В этом случае может возникнуть существенная погрешность при измерении основного параметра-уровня диэлектрического вещества. А это может иметь серьезные последствия, например недозаправку топлива для вывода РН на целевую орбиту.

Из ранее сказанного видно, что недостатком прототипа является существенное влияние длинной линии связи на результат определения уровня в случае, когда параметры длинной линии значительно меняются непосредственно в процессе штатной работы.

Задачей предлагаемого способа определения уровня диэлектрического вещества является повышение надежности его определения, заключающееся в исключении неправильных результатов определения уровня диэлектрического вещества, которые могут возникнуть из-за изменения электрического сопротивления длинной линии связи, возникающего при плохом контакте в соединителях, при обрывах токопроводящих жил, на «холодных» пайках, при попадании влаги и по ряду других причин.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения уровня диэлектрического вещества, заключающемся в формировании синусоидального напряжения на емкостном датчике уровня, измерении комплексного тока через сухой емкостной датчик уровня и измерении комплексного тока через заполняемый емкостной датчик уровня, задании первой схемы замещения емкостного датчика уровня, состоящей из параллельно включенных электрической емкости и активного сопротивления, формирование синусоидального напряжения на емкостном датчике уровня производят на двух частотах, после чего производят последовательно измерение комплексного тока через сухой датчик уровня и эталон на каждой из двух частот, причем результаты измерения фиксируют, определяют и фиксируют электрическую емкость сухого датчика уровня, вычисляют и фиксируют приращение электрической емкости емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодически производят последовательное измерение и фиксацию комплексного тока через заполняемый диэлектрическим веществом емкостной датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот, для каждого периодического измерения определяют и фиксируют электрическую емкость емкостного датчика уровня, затем определяют относительное заполнение диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество емкостного датчика уровня в отличие от прототипа задают вторую схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из последовательно включенной электрической емкости и активного сопротивления и, по измеренным ранее комплексным токам через емкостной датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот, для каждого периодического измерения определяют и фиксируют последовательно включенное электрическое сопротивление цепей датчика уровня, по которому судят о достоверности определения основного измеряемого параметра-уровня диэлектрического вещества.

Измеренное электрическое сопротивление цепей датчика уровня сравнивается с допуском и в случае его отклонения за поле допуска все результаты измерения основного параметра-уровня признаются неправильными и бракуются. Таким образом, заявленный способ приобретает новое качество: он не позволяет допустить ошибки при заправке РН из-за неисправностей в длинной линии связи между датчиком и измерительной аппаратурой, что заметно повышает надежность подготовки изделия к штатной работе.

Таким образом, совокупность признаков, позволяющая после измерения комплексных токов через сухой емкостной датчик уровня и эталон на каждой из двух частот определить его текущие параметры (С и R), определить приращение электрической емкости датчика при его полном погружении в диэлектрическое вещество (с учетом температурных и физических параметров диэлектрического вещества), а также последовательное сопротивление линий связи - r, что обеспечивает автоматизацию процесса настройки средств измерения, достижение повышенной технологичности, точности и надежности определения уровня диэлектрического вещества, исключив неисправности в длинной линии связи, а так же погрешность человеческого фактора из процедуры настройки средств измерения.

Для практической реализации способа авторами использована технология автоматизированного проектирования электронных схем, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате. Программное обеспечение Foundation Series позволяет реализовать все необходимые функции, включая реализацию численных методов вычисления значений физических величин.

На фиг.1 представлена первая схема замещения емкостного датчика уровня.

На фиг.2 представлена векторная диаграмма первой схемы замещения емкостного датчика уровня.

На фиг.3 представлена вторая схема замещения емкостного датчика уровня.

На фиг.4 представлена векторная диаграмма второй схемы замещения емкостного датчика уровня

В качестве примера осуществления способа рассмотрим процедуру определения уровня заправки диэлектрического вещества в баке изделия ракетно-космической техники и последовательного сопротивления линии связи между датчиком и измерительной аппаратурой. В качестве диэлектрического вещества можно рассмотреть, например, керосин.

Емкостному датчику уровня соответствует схема замещения, приведенная на фиг.1, где: C_p есть рабочая электрическая емкость датчика, которая несет полезную информацию об уровне заправки бака; R - сопротивление тока утечки через диэлектрик, которое зависит от сортности керосина и вносит погрешность в процесс измерения уровня заправки, если ее не учитывать. На фиг.2 представлена векторная диаграмма емкостного датчика уровня, для которой справедливы следующие соотношения:

$I_{C} = V \cdot ω \cdot C (1)$

$I_{R} = \frac{V}{R} (2)$

В силу специфики эксплуатации изделий ракетно-космической техники емкостной датчик уровня расположен па расстоянии до 400 метров от средства измерения.

Согласно первой схеме замещения емкостного датчика уровня имеем следующие выражения для определения его параметров:

Измеренная величина емкости датчика описывается выражением:

$C = \frac{1}{R_{Э Т}} \cdot \sqrt{\frac{{(\frac{I_{ω 1}}{I_{ω 1}^{Э Т}})}^{2} - {(\frac{I_{ω 2}}{I_{ω 2}^{Э Т}})}^{2}}{ω_{1}^{2} - ω_{2}^{2}}} (3)$

Измеренная величина сопротивления изоляции датчика описывается выражением:

$R = R_{Э Т} \cdot \sqrt{\frac{ω_{1}^{2} \cdot - ω_{2}^{2} \cdot}{ω_{1}^{2} \cdot C - ω_{2}^{2} \cdot {(\frac{I_{ω 1}}{I_{ω 1}^{Э Т}})}^{2}}} (4)$

Согласно второй схеме замещения емкостного датчика уровня измеренная величина последовательного сопротивления цепей датчика описывается выражением:

$r = R_{Э Т} \cdot \sqrt{\frac{ω_{1}^{2} \cdot {(\frac{I_{ω 1}^{Э Т}}{I_{ω 1}})}^{2} - ω_{2}^{2} \cdot {(\frac{I_{ω 2}^{Э Т}}{I_{ω 2}})}^{2}}{ω_{1}^{2} - ω_{2}^{2}}} (4 - 1)$

Для определения параметров C, R, r по выражениям 3, 4, 4-1 необходимо произвести измерение токов через емкостной датчик уровня и эталон. Так как емкостной датчик уровня является двухзвенным двухполюсником, то в соответствии с признаком формулы изобретения измерение комплексного тока необходимо проводить на двух частотах ω₁ и ω₂.

Для этого согласно признаку формулы изобретения производят формирование синусоидального напряжения на сухом емкостном датчике уровня на двух частотах ω₁ и ω₂. Затем последовательно производят измерение значений комплексных токов через сухой емкостной датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот. Значения токов через эталон соответствуют выражениям

$V_{ω 1} = I_{ω 1}^{Э Т} \cdot R_{Э Т} (5)$

$V_{ω 2} = I_{ω 2}^{Э Т} \cdot R_{Э Т} (6)$

Согласно векторной диаграмме фиг.2 модули измеряемых комплексных токов через емкостной датчик уровня можно записать следующими выражениями:

$I_{ω 1} = V_{ω 1} \cdot \sqrt{\frac{1}{R^{2}} - {(ω_{1} \cdot C)}^{2}} (7)$

$I_{ω 2} = V_{ω 2} \cdot \sqrt{\frac{1}{R^{2}} - {(ω_{2} \cdot C)}^{2}} (8)$

Следует сразу оговорить, что вышеописанные действия производят для настройки средств измерения перед заправкой бака изделия РКТ, заключающейся в измерении комплексных токов через сухой емкостной датчик уровня, подключенный к средствам измерения через линию связи. Измеренные результаты комплексных токов фиксируются. С точки зрения практической реализации процедура фиксации может быть выполнена в виде операции сохранения результатов измерения в запоминающем устройстве, построенного по технологии Xillinx.

После этого определяется состояние емкостного датчика уровня в соответствии с зависимостями (3) и (4) и качества соединительных линий до датчика по формуле (4-1). Результаты определения параметров сухого емкостного датчика С, R и линий связи до датчика - r фиксируются и представляют собой исходные данные, необходимые для выполнения дальнейшей последовательности действий способа. Если измеренная величина r выходят за пределы допуска на нее, то выдается сообщение оператору и в систему управления заправкой о неисправности в данном канале измерения системы измерения уровня. Если допусковый контроль по r пройден, то процедуру настройки средств измерения завершает действие согласно формуле изобретения по определению приращения электрической емкости емкостного датчика уровня, полностью погруженного в данном случае в керосин. Зависимость, по которой вычисляется приращение электрической емкости, имеет вид

$C_{П Р} = C_{С У Х} \cdot (ε_{Ж} - ε_{Г}) (9)$

C_СУХ - электрическая емкость емкостного датчика уровня, определяемая с учетом влияния линии связи по зависимости (3);

ε_Ж - диэлектрическая проницаемость керосина;

ε_Г - диэлектрическая проницаемость газовой подушки, расположенной в баке изделия РКТ над керосином.

Результат определения приращения емкости, выполненный по зависимости (9), фиксируется.

Совокупность признаков, обеспечивающая определение параметров сухого емкостного датчика уровня и приращение электрической емкости при его полном погружении в керосин с учетом влияния на результаты определения линии связи, позволяет процесс настройки средств измерения автоматизировать. Тем самым совокупность вышеописанных признаков позволяет повысить технологичность и точность измерения за счет исключения инструментальной погрешности человеческого фактора.

При осуществлении заправки бака изделия РКТ периодически производят последовательное измерение комплексного тока через заполняемый емкостной датчик уровня и эталон па каждой из двух заданных частот. Причем на результат измерения комплексных токов через заполняемый емкостной датчик линия связи оказывает такое же влияние, как и при измерении комплексного тока через сухой емкостной датчик. Результаты измерений фиксируются. Затем после каждого измерения комплексного тока через заполняемый емкостной датчик и эталон осуществляется определение его параметров в соответствии с выражениями (3), (4) и (4-1). Результаты определения параметров датчика и линий связи до него фиксируются. На протяжении всей штатной работы при заправке Ракеты-Носителя, в отличии от прототипа, производится контроль новой величины r - сопротивления линии связи до датчика. В случае выхода величины r за допуск производится сообщение оператору и в систему управления заправкой об отказе данного канала измерения уровня. Таким образом, появляется повое качество: непрерывный контроль сопротивления линий связи до датчика непосредственно в процессе боевой работы без расстыковки кабельных линий. Такой подход значительно увеличивает надежность системы измерения уровня.

Далее производится работа методике работы прототипа:

Электрическая емкость заполняемого емкостного датчика уровня является величиной переменной, поэтому ее можно назвать текущей C_ТЕК. Затем осуществляют определения (уровня) относительного заполнения емкостного датчика уровня керосином. Согласно признакам формулы изобретения это осуществляется следующим образом. Сначала определяется разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика (назовем ее текущей электрической емкостью стек) и электрической емкости сухого емкостного датчика, вычисленная при настройке средств измерения. Эту разность можно определить по выражению

$Δ C_{Т Е К} = C_{Т Е К} - C_{С У Х} (10)$

где C_ТЕК - значение электрической емкости заполняемого датчика уровня, вычисленное в соответствии с выражением (3). Аналитическое выражение электрической емкости заполняемого керосином емкостного датчика уровня можно записать в следующем виде:

$C_{Т Е К} = C_{С У Х} + C_{С У Х} \cdot (ω_{Ж} - ω_{Г}) \cdot \frac{h}{H} (11)$

где h - текущая высота погружения емкостного датчика уровня в керосин;

H - полная высота погружения датчика в керосин.

Далее определяется отношение разности электрических емкостей согласно выражению (10) и приращения электрической емкости полностью погруженного емкостного датчика уровня в керосин, которое можно записать в следующем виде

$\frac{h}{H} = \frac{C_{Т Е К} - C_{С У Х}}{C_{С У Х} \cdot (ε_{Ж} - ε_{Г})} (12)$

Совокупность признаков, характеризующих определение относительного заполнения емкостного датчика уровня керосином как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в керосин емкостного датчика уровня, обеспечивает исключение влияния линии связи на результат определения уровня. Из аналитической зависимости (12) это следует очевидным образом, C_СУХ и стек определялись с учетом влияния линии связи, C_ПР также определялось с учетом влияния линии связи. Поэтому в отношении согласно выражению (12) влияние линии связи аналитически исключается.

Таким образом, вышеописанная совокупность признаков характеризует способ как инвариантный по отношению к линии связи и защищенный от внезапных изменений электрических характеристик линии связи между датчиком и измерительной аппаратурой благодаря контролю нового параметра - последовательного сопротивления линий связи до датчика (r).

Процесс определения уровня периодически продолжается до тех пор, пока бак изделия РКТ не будет заполнен до требуемого уровня.

Заявленный способ определения уровня диэлектрического вещества может быть реализован с помощью устройства, функциональные блоки которого выполнены на микросхеме 2S200PQ208 фирмы Xilinx. Численные решения представленных выше выражений могут быть реализованы с помощью программного пакета Foundation Series.

Заявленный способ авторами апробирован на макетном изделии. В настоящий момент авторами создается система измерения уровня заправки ракетного блока, которая предназначена для наземной аппаратуры одной из стартовых пусковых установок полигона "Куру».

Используемая литература

1. К.Б.Карандеев, Ф.Б.Гриневич, Л.И.Новик. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М.: Энергия, 1966, С. - 135.

2. А.И.Цовик. Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока. Киев: Наукова Думка, 1983, с.9-10.

3. Патент РФ №2262 669, МПК: G01F 23/26, G01R 17/00 «Способ определения уровня диэлектрического вещества» (прототип).

Способ определения уровня диэлектрического вещества, заключающийся в формировании синусоидальных напряжений на емкостном датчике уровня, измерении комплексного тока через сухой емкостный датчик уровня и измерении комплексного тока через заполняемый емкостный датчик уровня, причем задают первую схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из параллельно включенной электрической емкости и активного сопротивления, формируют синусоидальное напряжение на емкостном датчике уровня на двух частотах, после чего производят последовательное измерение комплексного тока через сухой датчик уровня и эталон на каждой из двух частот и результаты измерения фиксируют, определяют и фиксируют электрическую емкость сухого датчика уровня, вычисляют и фиксируют приращение электрической емкости датчика уровня при его полном погружении в диэлектрическое вещество, периодически производят последовательное измерение и фиксацию комплексного тока через заполняемый диэлектрическим веществом емкостный датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот, для каждого периодического измерения определяют и фиксируют электрическую емкость датчика уровня, затем определяют относительное заполнение диэлектрическим веществом емкостного датчика уровня как разность значений электрической емкости заполняемого емкостного датчика уровня и электрической емкости сухого датчика уровня, отнесенную к приращению электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество емкостного датчика уровня, отличающийся тем, что задают вторую схему замещения емкостного датчика уровня, состоящую из последовательно включенной электрической емкости и активного сопротивления, и по измеренным и зафиксированным ранее комплексным токам через емкостный датчик уровня и эталон на каждой из двух заданных частот для каждого периодического измерения определяют и фиксируют последовательно включенное электрическое сопротивление цепей датчика уровня, по которому судят о достоверности определения уровня диэлектрического вещества.

Похожие патенты:

Индуктивный уровнемер // 2477456

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций. .

Устройство для измерения и индикации предельного уровня жидких масел, находящихся в непрозрачных емкостях // 2463565

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. .

Способ определения уровня диэлектрического вещества // 2456552

Многодатчиковое устройство измерения для бортового измерительного зонда // 2450248

Изобретение относится к области топливоизмерительных систем, в частности, для применения в авиации. .

Устройство для измерения уровня топлива // 2445585

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электронным устройствам для измерения уровня топлива. .

Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества // 2445584

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для измерения уровня диэлектрического вещества.

Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке // 2439504

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения положения границы раздела фаз водонефтяных потоков и может быть использовано в промысловой геофизике, в системах сбора и обработки информации при добыче нефти в горизонтальных и вертикальных скважинах, для учета фазового расхода расслоенного течения в трубопроводах, измерения уровня жидкостей в емкостях и резервуарах.

Устройство для определения граничной поверхности слоя шлака // 2425335

Изобретение относится к устройству для определения, по меньшей мере, одной граничной поверхности слоя шлака на металлическом расплаве. .

Емкостной уровнемер // 2425334

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких продуктов, в частности нефти и нефтепродуктов. .

Уровнемер непрерывного действия для измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых рабочих условиях и способ определения уровня жидкости этим уровнемером // 2424495

Изобретение относится к области измерения уровня, в частности для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла. .

Способ измерения уровня жидкости при изменении положения резервуара и устройство для его осуществления // 2491517

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам для измерения уровня и массы жидкостей в резервуарах, и может найти применение, в частности, в устройствах для измерения запаса топлива в баках транспортных средств и уровня жидких продуктов, наполняемых в танкеры при волнениях на море

Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества // 2499231

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества содержит эталон, первый вывод которого подключен к первому входу блока переключения, а второй вывод подключен к выходу генератора синусоидального напряжения и к первому измерительному входу устройства. Измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя уровня, вычислителя текущего приращения электрической емкости и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и к вычислителю полного приращения электрической емкости, который подключен к вычислителю уровня. Аналого-цифровой преобразователь подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, которые подключены к блоку управления по частоте, выход которого подключен к генератору синусоидального напряжения. Вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, при этом выход блока управления переключением является выходом устройства. При этом в устройство введен второй блок задания схемы замещения, причем выходы первого и второго блоков задания схемы замещения подключены к первому ключу, управляющий вход которого подключен к управляющему входу второго ключа и к блоку управления режимами. При этом выход первого ключа подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, который подключен к второму ключу, выход которого подключен к пороговому элементу, который подключен к блоку управления измерением, а выход порогового элемента является выходом устройства и подключен к управляющему входу третьего ключа, который подключен к вычислителю уровня, при этом выход второго ключа и выход третьего ключа являются выходами устройства. Технический результат - повышение надежности измерения. 3 ил.

Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества // 2499232

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство содержит эталон, который подключен к блоку переключения и к первому измерительному входу устройства, при этом измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к соответствующим входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключены к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Причем блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, блока задания схемы замещения, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя текущего приращения электрической емкости, вычислителя уровня и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Причем вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и вычислителю полного приращения электрической емкости, выход которого подключен к вычислителю уровня. Блок задания схемы замещения подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, входы которых подключены к блоку управления по частоте, при этом вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, выход которого, а также выходы вычислителя активного сопротивления и блока управления переключением, являются выходами устройства. При этом в устройство введен формирователь разности токов, который подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к формирователю разности токов, вход которого подключен к блоку управления измерением, выходы которого подключены к первому и второму ключам, которые соединены последовательно. Первый ключ подключен к первому измерительному входу устройства, а второй ключ подключен к источнику постоянного тока и генератору синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к блоку управления по частоте. Технический результат устройства - повышение точности измерения. 3 ил.

Способ определения массы сжиженного углеводородного газа в резервуаре // 2506545

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения массы сжиженного углеводородного газа, содержащегося в резервуаре. Предлагается способ определения массы сжиженного углеводородного газа в резервуаре, при котором измеряют электрическую емкость радиочастотного датчика, располагаемого в резервуаре с сжиженным углеводородным газом. Одновременно измеряют температуру в резервуаре с сжиженным углеводородным газом в нескольких областях в полости резервуара по вертикали с применением соответствующих датчиков температуры. Выполняют совместные функциональные преобразования указанных электрической емкости и температуры. При этом производят усреднение значений температуры жидкой и газовой фаз путем обработки информации от всех датчиков температуры, находящихся соответственно в жидкой и газовой фазах. О массе сжиженного углеводородного газа судят по результатам совместного функционального преобразования указанных электрической емкости и усредненных значений температуры жидкости и газа. Технический результат - повышение точности определения массы сжиженного углеводородного газа, содержащегося в резервуаре. 3 ил.

Датчик и способ измерения уровня поверхности металла в жидкой фазе // 2517771

Изобретение относится к датчику (1) для измерения уровня поверхности металла в жидкой фазе для установки непрерывной разливки, содержащей кристаллизатор, имеющий верхнюю сторону (3), куда выходит отверстие (4), в которое втекает жидкий металл, характеризующемуся тем, что этот датчик содержит: катушку возбуждения (7) с воздушным сердечником, ориентированную перпендикулярно к верхней стороне (3) кристаллизатора и питаемую током для создания магнитного поля, силовые линии которого распространяются вдоль верхних силовых линий (14), которые отходят от кристаллизатора, и вдоль нижних силовых линий (15), которые перекрывают верхнюю сторону кристаллизатора и поверхность расплавленного металла, - нижнюю приемную катушку (8) с воздушным сердечником, параллельную катушке возбуждения, в которой генерируется наведенное напряжение в результате действия нижних силовых линий (15), изменяющихся при изменении уровня поверхности расплавленного металла, и верхнюю приемную катушку (9) с воздушным сердечником, параллельную катушке возбуждения (8), наложенную непосредственно на нижнюю приемную катушку (8) и имеющую одинаковые с ней геометрию и характеристики, в которой генерируется наведенное напряжение в результате действия верхних силовых линий (14), которые, по существу, не претерпевают возмущений, обусловленных поверхностью расплавленного металла. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления и сборки емкостного датчика уровня жидкости // 2520961

Способ относится к конструированию и изготовлению контрольно-измерительной техники и может быть применен относительно проектируемых емкостных датчиков с металлическими коаксиально расположенными трубчатыми электродами для работы в диэлектрических жидкостях. Способ состоит в том, что при сборке коаксиально соединенных трубчатых электродов с выходным узлом электроды располагаются вертикально, выходной узел, выполненный в виде патрубка с внутренним диаметром больше диаметра внешнего электрода коаксиально размещается в верхней части электродов, внутрь электрода меньшего диаметра, между электродами, и между внешним электродом и выходным узлом, на необходимую глубину устанавливаются несъемные изоляционные эластичные заглушки, а сборка осуществляется одновременной заливкой полостей между выходным узлом и внешним электродом, между электродами, и меньшим электродом пластифицированной эпоксидной смолой. Технический результат - повышение технологичности изготовления, повышение надежности и снижение стоимости конечного изделия. 1 ил.

Устройство для измерения температуры и уровня продукта // 2521752

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям уровня путем измерения емкости конденсаторов, и предназначено для измерения температуры и уровня продукта, заполняющего хранилище. Устройство содержит измерительный шлейф с диэлектрической оболочкой, армированной двумя электропроводящими тросами, которые используются в качестве датчиков емкостного уровнемера. Внутри диэлектрической оболочки размещены датчики температуры и емкостные сенсоры, каждый из которых состоит из чувствительного элемента и модуля измерения емкости. Электропроводящие тросы, датчики температуры и выходы емкостных сенсоров соединены с блоком обработки, содержащим модули обработки сигналов датчиков температуры, емкостных сенсоров и датчиков емкостного уровнемера. В устройстве периодически выполняется автоматическая калибровка устройства с учетом диэлектрической проницаемости и температур продукта, окружающего измерительный шлейф в зонах размещения емкостных сенсоров. Технический результат - уменьшение погрешности измерения уровня заполнения хранилища. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Индуктивный уровнемер // 2536835

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций. Уровнемер содержит обмотку возбуждения и измерительную обмотку, помещенные в защитный чехол, погруженный в контролируемую среду. Датчик снабжен полым трубчатым каналом, закрепленным в защитном чехле внутри катушек обмотки возбуждения и измерительной обмотки, и подвижным индикатором уровня, перемещаемым внутри полого трубчатого канала. Подвижный индикатор уровня выполнен в виде штанги, на одном из концов которой закреплен чувствительный элемент, состоящий из группы индуктивно связанных катушек, а на другом конце установлен электрический разъем, к которому подключены выводы катушек чувствительного элемента. На защитном чехле закреплен узел фиксации штанги в любой точке диапазона изменений уровня. Использование предложенного уровнемера позволит обеспечить необходимые метрологические характеристики, надежность работы и длительный ресурс эксплуатации уровнемеров в жестких температурных и радиационных условиях ядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для измерения уровня жидких масел, находящихся в непрозрачных емкостях // 2538411

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Технический результат, достигаемый от осуществления изобретения - расширение области применения при одновременном увеличении точности измерения уровня и упрощении конструкции. Устройство содержит электрически соединенные между собой самовозбуждающийся кварцевый генератор импульсных колебаний высокой частоты на транзисторе, измерительную схему, содержащую предварительный усилитель на транзисторе, усилитель на транзисторе, емкостные электроды, включенные в измерительную схему, диоды, измерительный прибор, источник питания, диодный стабилизатор напряжения. В качестве емкостных электродов использованы два медных электрода, выполненных из ленты, прутка, трубки или другого профиля. Устройство содержит усилитель постоянного тока, выполненный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель), а также диоды, включенные последовательно, при этом диоды включены в обратном направлении. Вывод одного диода соединен с выводом емкостного электрода, вывод второго диода «заземлен». Вывод одного емкостного электрода соединен с коллектором транзистора усилителя измерительной схемы, вывод второго емкостного электрода соединен с катодом первого диода и анодом второго диода, анод первого диода «заземлен», катод второго диода через переключатель и сопротивление соединен с базой составного транзистора эмиттерного повторителя, между эмиттером которого и «землей» включены последовательно сопротивление и диод в прямом направлении. Эмиттер составного транзистора эмиттерного повторителя через сопротивление соединен с выводом измерительного прибора, второй вывод которого «заземлен», коллектор составного транзистора эмиттерного повторителя соединен с источником питания. 1 ил.

Емкостный датчик уровня // 2539739

Заявленное изобретение относится к емкостным датчикам, использующимся в качестве топливного датчика для определения количества топлива, оставшегося в топливном баке. Емкостный датчик (15) уровня содержит колоннообразный внутренний корпус (27) из диэлектрика; полый цилиндрический наружный корпус (23) из диэлектрика, размещенный снаружи окружности внутреннего корпуса (27) по всей его окружности и на расстоянии от него; внутренний электрод (29), прикрепленный к наружной круговой поверхности внутреннего корпуса (27); и наружный электрод (25), прикрепленный к внутренней круговой поверхности наружного корпуса (23). Предложенный емкостный датчик (15) уровня измеряет электроемкость между внутренним и внешним электродами (29, 25) и выявляет уровень топлива, находящегося между внутренним и внешним электродами (29, 25). Наружный корпус (23) снабжен группой наружных сквозных отверстий (31), позволяющих электрическому заряду перемещаться с его наружной круговой поверхности к наружному электроду (25). Технический результат - обеспечение подавления электризации при работе датчика при использовании в корпусе диэлектрика. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.