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

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2491517:

Сухинец Жанна Артуровна (RU)
Гулин Артур Игоревич (RU)

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. Заявленные способ и устройство измерения уровня жидкости при изменении положения резервуара используют типовые емкостные датчики уровня, не менее пяти при колебаниях резервуара в двух плоскостях, подвешенные шарнирно для поддержания их вертикального положения при колебаниях резервуара, расположенные равномерно по осям его симметрии и образующие вместе с внешними резисторами фазирующую RC-цепочку генератора гармонических колебаний, подключенного через частотомер номинальных значений и контроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от массы жидкости и учитывающей форму внутренней полости резервуара, а также возможностью коррекции значений диэлектрических проницаемостей различных жидкостей, инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки емкостных датчиков уровня в резервуаре,. установкой значения частоты, соответствующей минимальной массе жидкости в резервуаре, при достижении которого включают дополнительный режим индикации, к индикатору уровня и массы жидкости. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в непрерывном измерении уровня и количества жидкости при изменении положения резервуара в пространстве и разработке устройства для его осуществления с использованием однотипных стандартных емкостных датчиков уровня, что обеспечит высокую надежность.

2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известен способ определения физических параметров сжиженного газа в емкости (патент РФ №2262667 от 26.08.2002, опубл. 20.10.2005, G01F 23/26), в том числе уровня, с применением трех разнотипных, расположенных вертикально, радиочастотных датчиков емкостных или датчиков на основе отрезков длинных линий. При реализации данного способа измеряемым информативным параметром каждого датчика является резонансная частота колебательного контура, содержащего такой датчик в качестве частотозадающего элемента.

Для определения текущих значений уровня и массы сжиженного газа в емкости производят измерение уровня жидкости по величине электрической емкости первого радиочастотного датчика, второе измерение уровня жидкости в уменьшенном или увеличенном снизу диапазоне его изменения по измеряемой величине электрической емкости второго радиочастотного датчика и измеряют электрическую емкость третьего радиочастотного датчика, располагаемого в газовой фазе верхней части емкости.

Блок функциональной обработки сигналов, поступающих с радиочастотных датчиков, для определения искомых физических параметров сжиженного газа в емкости, определяет уровень и плотность газовой фазы.

Недостатками аналога являются необходимость трех измерений, громоздкость вычислений, применимость в неподвижных горизонтально стоящих емкостях, а также использование специальных эмпирических или расчетных таблиц, характеризующих зависимость объема заполнения жидкостью от ее уровня при сложных формах емкости.

Известно устройство для измерения уровня топлива в баке (патент РФ №2040779 от 1992.03.04, опубл. 1995.07.25, G01F 23/16), содержащее установленный вертикально емкостной датчик - конденсатор с профилированными пластинами. При изменении уровня топлива поплавок перемещаясь, увлекает через магнитное поле ползун с токопроводящей перемычкой пластин конденсатора, изменяя емкость, включенную в контур генератора, частоту которого измеряют, отображая на индикаторе в единицах массы топлива.

К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции датчика, не приспособленного к различным формам бака, наличие движущихся частей, что снижает надежность, и неприемлемая зависимость показаний уровня от положения топливного бака.

Наиболее близкими по технической сущности являются способ измерения уровня жидкости в баке и устройство для его осуществления (патент РФ №2301971 от 2005 08.22, опубл. 2007.06.27, G01F 23/16). Способ реализуется измерением частоты генератора, зависящей от емкостного датчика давления, расположенного вне бака, сообщающегося с ним гидравлическим каналом (трубкой). Для более точных измерений рекомендуется дополнительно использовать эталонный датчик давления с генератором, синтезатор и соответствующий процессор. Устройство крепится на баке посредством магнита, сообщается с жидкостью через опущенную в горловину трубку и содержит корпус с установленным в герметичной полости емкостным датчиком, подключенным к генератору, соединенному через частотомер с индикатором, а также процессор в схеме измерений, программа которого выполнена с возможностью отслеживания формы внутренней полости бака.

Основным существенным недостатком способа и устройства является невозможность измерения уровня жидкости при наклонных положениях емкости (бака, резервуара, танкера и т.д.) и регистрации минимального уровня, сложность конструкции не типовых датчиков, требующих использования двух типов жидкостей несмачивающей и для термокомпенсации, применение дополнительно эталонного датчика и генератора, а также магнита для крепления устройства.

Задачей, заявляемого изобретения, является непрерывное измерение уровня и количества жидкости при изменении положения резервуара в пространстве и разработка устройства для его осуществления с использованием однотипных стандартных емкостных датчиков уровня, что обеспечит высокую надежность.

Поставленная задача решается осуществлением способа измерения уровня жидкости при изменении положения резервуара путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров емкостных датчиков уровня, согласно которому емкостные датчики уровня располагают равномерно симметрично по осям симметрии резервуара и соединяют попарно параллельно с внешними сопротивлениями фазирующей RC - цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через частотомер и контроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от массы жидкости и учитывающей форму внутренней полости резервуара, после обработки контроллером результат подают на индикатор уровня и массы.

Кроме того, программу контроллера выполняют с возможностью коррекции значений диэлектрических проницаемостей различных жидкостей.

Кроме того, программу контроллера снабжают возможностью коррекции инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки емкостных датчиков уровня в резервуаре.

Кроме того, программу контроллера снабжают установкой значения частоты, соответствующей минимальной массе жидкости, при достижении которой включают дополнительный режим индикации.

Поставленная задача решается также устройством для измерения уровня жидкости в резервуаре при изменении его положений, содержащим емкостные датчики, генератор, соединенный через частотомер и контроллер с индикатором, в котором, согласно изобретению, емкостные датчики уровня, подвешенные шарнирно для сохранения вертикального положения в жидкости при колебаниях резервуара и соединенные попарно параллельно относительно осей симметрии резервуара, составляют с внешними сопротивлениями элементы фазирующей RC - цепочки, образующие совместно с усилителем генератор.

Кроме того, сущность технических решений поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 представлен преобразователь цепной структуры;

- на фиг.2 - примерная схема расположения емкостных датчиков уровня по резервуару;

- на фиг.3 - принципиальная схема фазирующей цепочки;

- на фиг.4 - схема измерения с использованием емкостных датчиков уровня в качестве элементов фазирующей цепочки RC - генератора.

Сущность: способ реализуется использованием типовых емкостных датчиков уровня, не менее пяти при колебаниях резервуара в двух плоскостях, подвешенных шарнирно для поддержания их вертикального положения при колебаниях резервуара, расположенных равномерно по осям его симметрии и образующих вместе с внешними резисторами фазирующую RC- цепочку генератора гармонических колебаний, частота которого зависит от уровня жидкости.

Известные традиционные методы исследования не позволяют получать аналитические выражения, связывающие уровень жидкости с частотой генерации, зависящей от одновременного индивидуального изменения параметров нескольких емкостных датчиков уровня (более четырех), и, тем самым, решить актуальную проблему.

Использование метода функций преобразования (ФП) позволило устранить этот пробел (см. Гулин А.И. Анализ амплитудно-фазочастотных критериев резонансов неоднородных цепных структур // Вестник УГАТУ. 2011. Т.15. №1 (41). С.123-125).

ФП K_n преобразователя цепной структуры (Фиг.1) (формально,

обратная величина традиционного коэффициента передачи), являющаяся отношением входной активной величины U₀ к выходной B_n (напряжение U_n или ток I_n) описывается выражением (см. Гулин А.И. Диагностика измерительных преобразователей и устройств связи с неоднородной цепной структурой // Контроль. Диагностика. 2010. №11. С.69-72) при четном числе плеч n

$K_{n} = 1 + \sum_{\begin{array}{l} i = 1 \\ k = i + 1 \end{array}}^{\begin{array}{l} n \\ n - 1 \end{array}} Z_{i} Y_{k} + \sum_{\begin{array}{l} i = 1 \\ k = i + 1 \end{array}}^{\begin{array}{l} n - 2 \\ n - 3 \end{array}} \sum_{\begin{array}{l} p = k + 1 \\ q = p + 1 \end{array}}^{\begin{array}{l} n \\ n - 1 \end{array}} Z_{i} Y_{k} Z_{p} Y_{q} + \dots, (1)$

где i=2b-1;

b=1, 2, 3, …, 0,5n,

а для цепных структур (ЦС) с нечетным числом плеч n

$K_{n} = \sum_{i = 1}^{n} Z_{i} + \sum_{\begin{array}{l} i = 1 \\ k = i + 1 \end{array}}^{\begin{array}{l} n - 1 \\ n - 2 \end{array}} \sum_{p = k + 1}^{n} Z_{i} Y_{k} Z_{p} + \dots, (2)$

где b=1, 2, 3, …, 0,5(n+1) для ЦС с нечетным числом плеч n.

Соотношения (1) и (2) приводят к рекуррентной формуле для вычисления ФП

$K_{n} = T_{n} K_{n}_{- 1} + K_{n - 2}, (3)$

где T_i иммитанс i-го плеча (сопротивление Z для нечетных i и проводимость Y для четных i).

Начальными условиями алгоритма вычисления K_n являются значения K₀=1 при n=0 и K₁=Т₁ при n=1.

Рекомендуемая схема расположения однотипных емкостных датчиков уровня, являющихся элементами RC фазирующей цепочки (ФЦ), по резервуару и ее электрическая схема представлены на Фиг.2 и Фиг.3 соответственно. Емкостные датчики уровня располагают по осям симметрии резервуара максимально в крайних точках и соединяют попарно, а один датчик - в центре. Следовательно, необходимое минимальное число емкостных датчиков уровня, при колебаниях резервуара в двух плоскостях, для создания ФЦ должно быть не менее пяти. При наклонах резервуара в различных плоскостях суммарные емкости С_2-1+С₂₌₂=2С₂, и C_6-1+C₆₌₂=2С₆. При сложных формах резервуаров число емкостных датчиков попарно соединенных увеличивают по его пространству.

Выражение ФП шестиплечей ФЦ согласно (1) будет

$\begin{array}{l} K_{6} = 1 Z_{1} Y_{2} + Z_{1} Y_{4} + Z_{1} Y_{6} + Z_{3} Y_{4} + Z_{3} Y_{6} + Z_{5} Y_{6} + Z_{1} Y_{2} Z_{3} Y_{4} + \\ + Z_{1} Y_{2} Z_{3} Y_{6} + Z_{1} Y_{2} Z_{5} Y_{6} + Z_{1} Y_{4} Z_{5} Y {}_{6}+ Z_{3} Y_{4} Z_{5} Y_{6} + Z_{1} Y_{2} Z_{3} Y_{4} Z_{5} Y_{6} . (4) \end{array}$

Для ФЦ (Фиг.3), где Z₁=Z₃=Z₅=R; Y₂=Y₆=jω2C; Y₄=jωC, ФП запишем в составляющих действительной и мнимой части

K₆=ReK₆+ImK₆,

Условием возникновения колебаний при использовании ФЦ является

$К_{А П} \cdot К_{Ф Ц} \leq 1, (5)$

где К_АП - ФП активного преобразователя (усилителя);

К_ФЦ - ФП фазирующей цепочки.

Т.к. ФП усилителя является вещественной, то для выполнения условия (5) необходимо, чтобы ФП ЦС К_ЦС на частоте самовозбуждения была тоже вещественной. При этом обе ФП могут иметь одновременно либо положительные, либо отрицательные значения, т.е. ФЦ в зависимости от вида активного преобразователя должна осуществлять сдвиг фазы на четное или нечетное число т радиан, где i=1, 2, 3 … - натуральный ряд чисел.

Рассмотрим вопрос определения частоты квазирезонанса у шестиплечей ФЦ (Фиг.3), составленной из RC элементов и осуществляющей поворот фазы на 180°, которая наиболее часто используется при построении генераторов на однокаскадных усилителях. Частота квазирезонанса определяется из мнимой части ФП фазирующего четырехполюсника при обращении ее в ноль, т.е.

$I m \cdot К_{Ф Ц} = 0, (6)$

Подставив в (4) значения Z_i и Y_i+1 и приравняв к нулю мнимую часть ФП (условие квазирезонанса), получим выражение для искомой частоты _ωω₀шестиплечей ФЦ

ImK₆=Z₁Y₂+Z₁Y₄+Z₁Y₆+Z₃Y₄+Z₃Y₆+Z₅Y₆+Z₁Y₂Z₃Y₄Z₅Y₆

ImK₆=-J4ω³C³R³+J10ωCR;

$ω {}_{0}^{3}4 C^{3} R^{3} - 10 ω_{0} C R = 0$ ;

$ω_{0}^{2} C^{2} R^{2} = 5 / 2$ ,

откуда $ω_{0} = \frac{1}{R C} \sqrt{\frac{5}{2}} . (7)$

Определим действительную часть ФП ReK₆ ФЦ на частоте квазирезонанса ω₀ из выражения (4)

ReK₆=Z₁Y₂Z₃Y₄+Z₁Y₂Z₃Y₆+Z₁Y₂Z₅Y₆+Z₁+Y₄Z₅Y₆+Z₃Y₄Z₅Y₆,

подставив в него значения элементов, получим

$R e K_{6} = 1 - 14 R^{2} ω_{0}^{2} C^{2}$ ,

а, подставив значение частоты квазирезонанса из (7), определим

ReK₆=-34.

ФЦ ослабляет уровень сигнала в 34 раза, а знак минус подтверждает поворот фазы на 180°. Следовательно, К_АП - ФП активного преобразователя (коэффициент усиления) должна превышать более чем в 34 раза.

При использовании четного числа емкостных датчиков, соединенных попарно, расчеты по вычислению частот квазирезонансов сводятся, как оказалось, к определению коэффициента k_n выражения

$ω_{0} = \frac{k_{n}}{R C}$ ,

В результате аналитического анализа впервые получена формула, определяющая коэффициент k_n из уравнений вида

$\sum_{i = 0, 1 \dots}^{P} {(- 1)}^{i} k_{n}^{2 i + 1} C_{0, 5 n + 1 + 2 i}^{2 + 4 i} = 0, \begin{matrix} \end{matrix} (8)$

где p=0,25n-1 - для четных 0,5n;

р=0,25(n+2)-1 - для нечетных 0,5n.

Например, для десятиплечей (пятизвенной) ФЦ уравнение (8) имеет вид 15k-28k³+k⁵=0, решение которого дает следующие значения k:

k_1,2=±23/32; k_3,4=±167/32; k₅=0.

Из всех вещественных положительных корней уравнения (8) необходимо использовать наименьшее значение k=23/32 (для шестиплечей - трехзвенной ФЦ оно равно $\sqrt{6}$ ), так как использование других значений, удовлетворяющих (8), приведет к сдвигу фаз на 2π радиан и более.

Для расчета более сложных ФЦ можно воспользоваться программой (см. Тулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC- структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611147 / 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003).

Необходимо отметить, что ФП K_n ФЦ на частотах квазирезонанса с увеличением числа плеч п от шести до бесконечности уменьшается и стремится от К₆=-29 до K_n=-11,6, т.е. $\underset{n \to \infty}{l i m} | K_{n} | = 11, 6$ .

Полученные выводы полностью распространяются и на случаи реализации данного способа с использованием радиочастотных датчиков на основе отрезков длинной линии (см., например, монографию: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. С.84-117). Тогда к радиочастотным датчикам для сохранения вертикального положения при наклонах резервуара необходимо снизу прикреплять грузила.

Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре 1 содержит емкостные датчики уровня 2, подвешенные шарнирно для сохранения вертикального положения в жидкости при колебаниях резервуара, и составляющие с внешними сопротивлениями элементы фазирующей цепочки 3 для образования совместно с усилителем 4 задающий генератор 5, соединенный через частотомер номинальных значений (измеряющий частоту в заданном диапазоне для повышения быстродействия) 6 через контроллер 7 с цифровым индикатором 8.

Программу контроллера снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от массы жидкости, учитывающей форму внутренней полости резервуара, а также возможностью коррекции: значений диэлектрических проницаемостей различных жидкостей; инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки емкостных датчиков уровня в резервуаре; установкой значения минимальной количества массы жидкости, при достижении которого включается дополнительный режим индикации, привлекающий внимание оператора.

Измерение уровня жидкости в резервуаре 1 осуществляется следующим образом. Однотипные емкостные датчики уровня 2 подвешивают на шарнирах, для сохранения вертикального положения в жидкости при колебаниях резервуара, равномерно по осям его симметрии, соединяют попарно параллельно с внешними сопротивлениями для образования фазирующей цепочки 3, а совместно с усилителем 4 - задающий генератор 5, который соединяют через частотомер номинальных значений (измеряющий частоту в заданном диапазоне для повышения быстродействия) 6 через контроллер 7 с цифровым индикатором 8. При изменениях и колебаниях уровня жидкости в резервуаре меняются значения емкостей датчиков уровня, причем суммарные емкости попарно соединенных датчиков неизменны при отклонениях резервуара и образуют однородную фазирующую цепочку 3 генератора 5. В соответствии с величинами этих емкостей устанавливается частота генератора 5, которая измеряется частотомером 6, а результат измерений преобразуется контроллером 7 в единицы уровня, объема или массы и индицируется на индикаторе 8 в этих единицах. Контроллер программно предусматривает установки значений массы жидкости, ниже которого включается дополнительный режим индикации, привлекающий внимание оператора, и градуировочной характеристикой зависимости частоты от количества жидкости и учитывающей форму внутренней полости топливного бака (резервуара),

Итак, заявляемое изобретение позволяет непрерывно измерять уровень и массу жидкости при изменении положений резервуара в пространстве с использованием однотипных стандартных емкостных датчиков уровня, что обеспечивает высокую надежность способа.

1. Способ измерения уровня жидкости при изменении положения резервуара путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров емкостных датчиков уровня, отличающийся тем, что емкостные датчики уровня располагают равномерно симметрично по осям симметрии резервуара и соединяют попарно параллельно с внешними сопротивлениями фазирующей RC - цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через частотомер и контроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от массы жидкости и учитывающей форму внутренней полости резервуара, после обработки контроллером результат подают на индикатор уровня и массы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что программу процессора выполняют с возможностью коррекции значений диэлектрических проницаемостей различных жидкостей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что программу процессора снабжают возможностью коррекции инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки емкостных датчиков уровня в резервуаре.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что программу процессора снабжают установкой значения частоты, соответствующей минимальной массе жидкости, при достижении которой включают дополнительный режим индикации.

5. Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре при изменении его положений, содержащее емкостные датчики, генератор, соединенный через частотомер и контроллер с индикатором, отличающееся тем, что емкостные датчики уровня, подвешенные шарнирно для сохранения вертикального положения в жидкости при колебаниях резервуара и соединенные попарно параллельно относительно осей симметрии резервуара, составляют с внешними сопротивлениями элементы фазирующей RC - цепочки, образующие совместно с усилителем генератор.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к системам измерения уровня заправки ракетно-космической техники. .

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

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов.

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. .

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.

Индуктивный уровнемер жидкометаллического теплоносителя // 2558010

Изобретение относится к области контроля уровня жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций и исследовательских стендов. Уровнемер содержит обмотку возбуждения, питаемую переменным током звуковой частоты, и измерительную обмотку, заключенные в герметичный защитный чехол, погружаемый в контролируемую среду. Обмотка возбуждения выполнена в виде двух продольных седлообразных катушек индуктивности, навитых на металлическом трубном каркасе протяженностью не менее диапазона измерения уровня. Измерительная обмотка выполнена одновитковой короткозамкнутой и является стенкой трубного каркаса, на котором расположены катушки возбуждения. На стенке каркаса с заданной дискретностью по высоте, равной абсолютной погрешности измерения, диаметрально-противоположно один к другому в промежутках между катушками возбуждения установлены электрически соединенные со стенкой трубного каркаса потенциальные электроды (токосъемники), образующие измерительные пары для вывода индуцированных полем возбуждения разностей потенциалов в стенке каркаса, являющихся мерой погружения уровнемера в жидкометаллический теплоноситель. Потенциальные электроды соединены с входом многоканального вторичного прибора. Технический результат: упрощение конструкции, повышение надежности работы и снижение стоимости изготовления уровнемера. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.