Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости



Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости
Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости
Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости
Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости

 


Владельцы патента RU 2531033:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объемов металлических полостей произвольной формы, а также для измерения количества (объема, массы) содержащихся в таких полостях веществ, занимающих произвольное положение в объеме емкости, в том числе и имеющих многосвязную конфигурацию. Область применения данного устройства включает проведение измерений количества вещества в емкости в условиях невесомости и на транспортных средствах, когда нет горизонтальной границы раздела сред, т.е. когда задачу измерения количества невозможно свести к задаче измерения уровня вещества в емкости. Предлагаемое устройство для измерения количества вещества в металлической емкости содержит датчик в виде полости емкости, служащей объемным резонатором, к которому подсоединены генератор электромагнитных колебаний, модулированных по частоте в диапазоне [f1, f2], и последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов колебаний, возбуждаемых в емкости. Устройство содержит дополнительно не менее одного подключенного к емкости генератора электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, причем диапазон изменения частоты каждого из этих генераторов составляет часть поделенного на поддиапазоны [f1, f1], [f1, f2], …, [fk-1, fk], [fk, f2] диапазона [f1, f2], отличную от диапазонов изменения частоты других генераторов. Каждый из генераторов может быть подсоединен к емкости с помощью соответствующей линии связи. Устройство может содержать сумматор мощности, ко входам которого подсоединены все генераторы, а выход которого подсоединен к емкости с помощью одной линии связи. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объемов металлических полостей произвольной формы, а также для измерения количества (объема, массы) содержащихся в таких полостях веществ, занимающих произвольное положение в объеме емкости, в том числе и имеющих многосвязную конфигурацию. Область применения данного устройства включает проведение измерений количества вещества в емкости в условиях невесомости и на транспортных средствах, когда нет горизонтальной границы раздела сред, т.е. когда задачу измерения количества невозможно свести к задаче измерения уровня вещества в емкости.

Известно устройство для измерения количества вещества, содержащегося в какой-либо емкости, в котором в качестве датчика устройства служит сама металлическая емкость, рассматриваемая как объемный резонатор, а информативным параметром - собственная (резонансная) частота электромагнитных колебаний, возбуждаемых в этом резонаторе (Викторов В.А. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с. С.59-64.). Такое устройство позволяет определить объем какой-либо полости-резонатора, уровень вещества в ней. Однако при изменении геометрии баков произвольном характере распределения в ней контролируемого вещества это устройство неприменимо, так как имеет место большая погрешность измерения, обусловленная неопределенностью расположения вещества в емкости, произвольностью формы емкости. Это устройство неприменимо и при изменении измеряемого параметра (количества) в широких пределах, приводящему к появлению (возбуждению) в емкости иных, кроме основного "рабочего", типов электромагнитных колебаний.

Известно также техническое решение (US 3540275, 17.11.1970), которое содержит датчик в виде объемного резонатора, к которому подсоединены генератор электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, и последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов электромагнитных колебаний (резонансов), возбуждаемых в емкости. Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие и сложность его реализации. Ограниченное быстродействие зависит от периода девиации частоты генератора (порядка 100 мс), что в реальных условиях, характеризуемых динамикой вещества в емкости, не является приемлемым и приводит к появлению значительной погрешности измерения количества.

Известно также техническое решение (SU 1770765, 23.10.1992), которое содержит описание устройства, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству и принятого в качестве прототипа. Это устройство-прототип содержит датчик в виде объемного резонатора, к которому подсоединены генератор электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, и последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов электромагнитных колебаний (резонансов), возбуждаемых в емкости. Недостатком этого устройства является достаточно сложная конструкция, характеризуемая наличием отдельных линий связи между каждым генератором и полостью емкости и соответствующих отдельных элементов связи (разъемов) с полостью резонатора в разных областях поверхности полости. В ряде случаев, когда есть возможность размещения элемента связи только в ограниченной области, а также когда есть ограничения по нарушению целостности полости емкости (для размещения на ней элементов связи и гермовводов для ввода в полость электромагнитной энергии) реализация такого устройства проблематична.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения количества вещества в металлической емкости содержит датчик в виде полости емкости, служащей объемным резонатором, к которому подсоединены последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов колебаний, возбуждаемых в емкости. При этом устройство содержит не менее двух генераторов электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, причем диапазон изменения частоты каждого из этих генераторов составляет часть поделенного на поддиапазоны [f1,f1], [f1,f2], …, [fk-1,fk], [fk,f2] диапазона [f1,f2], и сумматор мощности, ко входам которого подсоединены все генераторы электромагнитных колебаний, а выход которого подсоединен к емкости с помощью одной линии связи.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства.

На фиг.2 и фиг.3 приведены части схем устройства, где требуется измерять объем полости металлической емкости.

Здесь показаны металлическая емкость 1, вещество 2, генераторы частотно-модулированных колебаний 31, 32, …, 3k, детектор 4, регистратор 5, сумматор мощности 6, поршень 7, мембрана 8.

Устройство работает следующим образом.

В металлической емкости, рассматриваемой в качестве объемного резонатора, возбуждают электромагнитные колебания в диапазоне частот [f1,f2], в пределах которого в емкости существует множество N типов электромагнитных колебаний (US 3540275, 17.11.1970). Каждый из них характеризуемых резонансным откликом полости - резонансным импульсом - резким возрастанием амплитуды A возбуждаемых колебаний при совпадении частоты f генератора с собственной (резонансной) частотой fk данного k-ого типа колебаний (k=1,2,…,N). Определяя число N типов колебаний, возбуждаемых в резонаторе в диапазоне частот [f1,f2], можно судить об объеме V0 емкости произвольной конфигурации (US 3540275, 17.11.1970):

где c - скорость света, ∈ - относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего полость емкости, в частности воздуха.

Если емкость содержит диэлектрическое вещество объемом V, то (монография: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с. С.217-224)

где в данном случае ∈ - относительная диэлектрическая проницаемость вещества объемом V, частично и произвольным образом заполняющего полость емкости. При этом результат измерения не зависит (с допустимой погрешностью) от расположения вещества в объеме емкости.

Устройство-прототип, имеющее повышенное быстродействие по сравнению с устройством, описанным в US 3540275, 17.11.1970, характеризуется достаточно сложной конструкцией, наличием отдельных линий связи между каждым генератором частотно-модулированных колебаний и полостью емкости для ввода в нее электромагнитной энергии и соответствующих отдельных элементов связи (разъемов) с полостью резонатора в разных областях поверхности полости-резонатора. В схеме устройства-прототипа, в которой в металлической емкости, содержащей контролируемое вещество, одновременно возбуждают электромагнитные колебания с помощью генераторов частотно-модулированных колебаний в поддиапазонах, на который поделен исходный диапазон частот, причем каждый из этих генераторов подсоединен к емкости-резонатору с помощью отдельной линии связи. Снимаемые колебания регистрируют, для чего служит цепочка из последовательно соединенных детектора, на выходе которого образуются резонансные импульсы, и регистратора числа этих импульсов.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Здесь в металлической емкости 1, содержащей контролируемое вещество 2, произвольным образом распределенном внутри этой емкости, одновременно возбуждают электромагнитные колебания с помощью генераторов частотно-модулированных колебаний 31, 32, …, 3k (не менее двух генераторов, причем диапазон изменения частоты каждого из этих генераторов составляет часть поделенного на поддиапазоны [f1,f1], [f1,f2], …, [fk-1,fk], [fk,f2] диапазона [f1,f2]. Снимаемые колебания регистрируют, для чего служит цепочка из последовательно соединенных детектора 4, на выходе которого образуются резонансные импульсы, и регистратора 5 числа этих импульсов. Возбуждение колебаний в емкости в поддиапазонах частот производится с помощью совокупности указанных генераторов и с помощью только одной линии связи. Для этого в схему устройства вводится сумматор мощности 6, ко входам которого подсоединены данные генераторы, а выход которого подсоединен к емкости-резонатору 1.

В данном устройстве, как и в устройстве-прототипе, исходный диапазон [f1,f2] девиации частоты электромагнитных колебаний поделен на поддиапазоны [f1,f1], [f1,f2], …, [fk-1,fk], [fk,f2] (не менее двух поддиапазонов). Однако, в данном устройстве возбуждение электромагнитных колебаний в емкости в поддиапазонах частот с помощью совокупности генераторов осуществляется с применением только одной линии связи, что существенно упрощает конструкцию устройства. Для этого в схему устройства вводится сумматор мощности 6, ко входам которого подсоединены данные генераторы, а выход которого подсоединен к емкости-резонатору (фиг.1).

На фиг.2 показана часть схемы устройства, где требуется измерять объем полости металлической емкости 1, который изменяется путем перемещения содержащегося в ней металлического поршня 7. На фиг.3 - часть схемы аналогичного устройства, где изменение объема металлической полости производят с помощью гибкой металлизированной (или тонкой металлической) мембраны 8. Такие устройства предназначены для реально существующих металлических емкостей, объем которых подлежит измерению. В каждом из этих устройств целесообразно иметь только один элемент ввода электромагнитной энергии на поверхности полости-резонатора.

Что касается сумматора мощности 6 на фиг.1, то им может являться стандартный узел, выход которого подключен к волноводу, по которому электромагнитные колебания от всех генераторов 31, 32, …, 3k поступают в объемный резонатор-емкость 1. Вопросы суммирования мощности нашли отражение в литературе (см., например, монографию: Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев и др. Под ред. З.И. Моделя. М.: Советское радио. 1980. 296 с.). При этом в данном резонаторе одновременно возбуждаются колебания в поддиапазонах, определяемых указанными генераторами.

Таким образом, данное устройство имеет достаточно простую конструкцию, характеризуемую наличием только одного элемента связи всех генераторов с емкостью-резонатором. Оно позволяет с большим быстродействием измерять количество вещества в металлической емкости или объем самой металлической емкости. Для его реализации необходимы достаточно простые (с малым диапазоном девиации частоты) генераторы, что практически является важным. На практике существуют малогабаритные, компактные и недорогие генераторы частотно-модулированных колебаний.

Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости, содержащее датчик в виде полости емкости, служащей объемным резонатором, к которому подсоединены последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов колебаний, возбуждаемых в емкости, отличающееся тем, что при этом устройство содержит не менее двух генераторов электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, причем диапазон изменения частоты каждого из этих генераторов составляет часть поделенного на поддиапазоны [f1, f1], [f1, f2], …, [fk-1, fk], [fk, f2] диапазона [f1, f2], и сумматор мощности, ко входам которого подсоединены все генераторы электромагнитных колебаний, а выход которого подсоединен к емкости с помощью одной линии связи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. Способ заключается в том, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - a, по полученному коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в каком-либо резервуаре. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости в различных открытых и замкнутых металлических емкостях. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня вещества (жидкости, сыпучего вещества) в различных открытых металлических емкостях.

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для измерения уровня сыпучих веществ в резервуарах. .

Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидких и сыпучих веществ в резервуарах и может быть использовано на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях, где имеются резервуары, заполненные жидкими или сыпучими веществами.

Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться для измерения уровня жидких или сыпучих материалов, а также для измерения расстояния. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Радиоволновое фазовое устройство для определения уровня жидкости содержит генератор СВЧ фиксированной частоты, подсоединенный через первый делитель мощности, основной вывод направленного ответвителя и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности жидкости по нормали к ней и приема отраженных электромагнитных волн. Устройство также содержит первый смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно вспомогательный вывод направленного ответвителя и вывод циркулятора через второй делитель мощности, второй смеситель, первый делитель частоты на N и второй делитель частоты на N. При этом первый и второй входы второго смесителя соединены соответственно через первый и второй делители частоты на N со вторыми выходами первого и второго делителя мощности, а выход второго смесителя соединен с вычислительным блоком. Технический результат - повышение точности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагается способ измерения уровня жидкости в емкости, при котором размещают в емкости с диэлектрической жидкостью вертикально волноводный резонатор, уровень x жидкости в котором равен ее уровню в емкости, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту. На резонансной частоте fn(x) возбуждают во всем объеме резонатора электромагнитные колебания типа, для которого fn(x) выше критической частоты fnкр для волны данного возбуждаемого типа в волноводе, при значении x, меньшем некоторого значения x1, при котором fn(x1) выше fnкр, и измеряют fn(x), а при значении x, большем x1, при котором fn(x1) ниже fnкр, возбуждают во всем объеме резонатора на резонансной частоте fk(x) электромагнитные колебания типа, для которого fk(x) выше критической частоты fkкр для волны данного возбуждаемого типа в волноводе, с изменением значения fn(x1) до значения fk(x1) при х=х1, и измеряют fk(x). Конструктивные параметры резонатора могут быть выбраны исходя из условия fn(x1)=fk(x1). 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня электропроводной жидкости в различных открытых емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Предлагается способ определения уровня жидкого металла в технологической емкости, поступающего в нее из другой технологической емкости в виде струи, при котором возбуждают продольные электромагнитные колебания в открытом СВЧ резонаторе, образуемом совокупностью металлического зеркала над поверхностью жидкого металла и этой поверхностью. При этом струю жидкого металла подают через отверстие в центральной части металлического зеркала, при этом радиус кривизны металлического зеркала соизмерим с расстоянием между ним и поверхностью жидкого металла, а в образуемом открытом СВЧ резонаторе продольные электромагнитные колебания возбуждают с азимутальным индексом не менее 20 на фиксированной резонансной частоте и находят ее значение, по которому судят об уровне жидкого металла. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение области применения. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается способ измерения уровня жидкости, при котором в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают электромагнитные волны с первой частотой, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют первую разность фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн. После этого в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают электромагнитные волны со второй частотой, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют вторую разность фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, по измеренным значениям первой и второй разности фаз судят об уровне жидкости в емкости. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности, касается измерительного устройства для измерения уровня наполнения, измерения разделительного слоя или определения свойств наполняющего материала, которое состоит из: первого волноводного устройства с устройством ввода для проведения первого измерения и замеряющего устройства для проведения второго измерения, которое представляет собой второе волноводное устройство с вторым устройством ввода, при этом устройства ввода служат для присваивания потенциала и опорного потенциала и имеют развязку потенциалов. Также изобретение включает в себя устройство управления, измерительный прибор для измерения уровня наполнения, способ эксплуатации измерительного устройства, компьютерочитаемый носитель информации, применение измерительного устройства для измерения эмульсии и применение измерительного устройства для определения свойств среды. Технический результат заключается в реализации указанных выше устройств и их назначений. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в емкости, например для измерения уровня нефтепродуктов. Техническим результатом является увеличение чувствительности и точности измерений. В предлагаемом способе измерения уровня жидкости размещают в емкости с диэлектрической жидкостью вертикально волноводный резонатор, уровень x жидкости в котором равен ее уровню в емкости, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту. Электромагнитные колебания возбуждают во всем объеме резонатора, у которого нижняя часть имеет уменьшенное поперечное сечение, на резонансной частоте fn(x) типа колебаний, для которого fn(x) выше критической частоты fnкр нижней части волновода уменьшенного сечения для волны данного типа, при значении x, меньшем некоторого значения x1, при котором fn(x1) выше fnкp, и измеряют fn(x), а при значении x, большем x1, при котором fn(x1) ниже fnкр, электромагнитные колебания возбуждают в объеме резонатора, кроме его нижней части уменьшенного сечения, на резонансной частоте fk(x) типа колебаний, для которого fk(x) выше критической частоты fkкр верхней части волновода для волны данного типа, причем fkкр<fnкр, с изменением значения fn(x1) до значения fk(x1) при x=x1, и измеряют fk(x). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Радиолокационный волноводный уровнемер предназначен для измерения уровня материалов, например, в резервуарах, котлах с избыточным давлением, силосах. Он содержит приемопередающий блок, включающий блок обработки, модулятор, передатчик и приемник, волноводную линию, расположенную внутри резервуара и прикрепленную к его металлической поверхности, передающую и приемные связанные линии, соединенные с передатчиком и приемником соответственно, проходящие через СВЧ гермовводы и заканчивающиеся вибраторами, возбуждающими волноводную линию, которая монтируется как отдельная подвеска с грузом, который может быть отражателем или поглотителем. Задача, решаемая изобретением, заключается в достижении высокой прочности герметичного СВЧ перехода, волноводной линии и требуемого волноводного согласования конструкции, а также стойкость к воздействиям среды. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается устройство для измерения уровня жидкости, технический результат в котором достигается тем, что оно содержит два генератора электромагнитных волн фиксированной частоты, подсоединенных к первому и второму входам переключателя, выход которого через основной волновод направленного ответвителя присоединен к антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности жидкости по нормали, антенну для приема отраженных электромагнитных волн, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно антенна для приема отраженных электромагнитных волн и вспомогательный выход направленного ответвителя, выход смесителя соединен со входом вычислительного блока, выход которого соединен с управляющим входом переключателя. Технический результат заключается в повышении точности измерения уровня жидкости. 1 ил.

Изобретение относится к средствам контроля и измерения уровня жидких и сыпучих веществ в резервуарах и может быть использовано на химических, нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и других предприятиях, эксплуатирующих резервуары. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик уровнемера за счет повышения точности измерения уровня продуктов в резервуарах. Радиолокационный уровнемер содержит датчик 1 уровня, блок 2 управления диаграммой направленности микрополосковой антенны 3, преобразователь 4 интерфейса и устройство 5 управления фазовращителями 6. Блок 2 установлен на внутренней стороне антенны 3 и содержит управляемые фазовращатели 6 и блок 7 измерения углового положения микрополосковой антенны. Изменение положения диаграммы направленности микрополосковой антенны 3 осуществляется посредством управления фазами зондирующего сигнала, возбуждаемого разными группами элементарных излучателей 10. Формирование сигнала управления производится на основе данных блока 7 и требуемого угла наклона диаграммы направленности, поступающего от датчика 1. Фазовращатели 6 выполнены на основе микросхем, реализующих варакторный способ управления фазой сигнала. Блок 7 выполнен на основе твердотельного акселерометра. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной аппаратуры объектов атомной энергетики и может быть использовано в составе АСУ ТП АЭС для бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах. Техническим результат - возможность бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах АЭС с высокой точностью, надежностью и достоверностью. Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов, построенный на принципе импульсной сверхширокополосной радиолокации, содержащий антенну, генератор сигналов, приемник с компаратором, блок обработки с время-цифровым преобразователем и интерфейсом, выполнен с разделением на приемопередающий СВЧ-модуль и цифровой блок обработки. Приемопередающий СВЧ-модуль выполнен на радиационно-стойкой электронно-компонентной базе, состоит из генератора короткоимпульсных сигналов и приемника отраженных сигналов и расположен вместе с антенной на резервуаре. Цифровой блок обработки подключен к СВЧ-модулю с помощью кабеля и расположен вне зоны действия радиации. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх