Способ измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью "воздух-топливо-вода" и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Лункин Борис Васильевич (RU)

Криксунова Нина Абрамовна (RU)

G01F23/28 - путем измерения параметров электромагнитных или звуковых волн, направленных непосредственно в жидкие или сыпучие тела

Владельцы патента RU 2597682:

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

Использование: для определения количества топлива и его качества в баках транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью «воздух - топливо - вода», по которому в размещенном в баке резонаторе возбуждают электромагнитные колебания на трех собственных частотах, измеряют их и по ним судят о параметрах контролируемой среды - положении двух границ раздела и диэлектрической проницаемости топлива, по этим параметрам определяют количество топлива и его качество, нижняя часть резонатора погружена в автономный контейнер, полностью заполненный водой, а остальная его часть погружена в контролируемую смесь, для полностью заправленного топливом бака по трем измеренным собственным частотам резонатора определяют суммарное количество воды в баке и контейнере и диэлектрическую проницаемость топлива, их значения заносят в архив, по мере расходования топлива в зависимости от его количества параметры трехслойной смеси определяют в трех режимах, при большом количестве топлива - по трем измеренным собственным частотам резонатора, при среднем количестве - по двум из измеренных собственных частот и архивному значению суммарного количества воды в баке и контейнере, при малом количестве топлива - по одной из измеренных частот и архивным значениям суммарного количества воды и диэлектрической проницаемости топлива. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности определения количества топлива в трехслойной среде и его качества. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к электрическим методам измерения и предназначены для определения количества топлива и его качества в баках транспортных средств и стационарных установок, в которых в процессе эксплуатации образуется трехслойная смесь «воздух (газ) - топливо - вода». Количество топлива определяется по разности измеряемых значений положения границы раздела «газ - топливо» и границы раздела «топливо - вода», качество топлива оценивается по измерениям его диэлектрической проницаемости. Оно применимо также для измерения количества веществ, полученных в результате сепарации жидких смесей в технологических установках пищевых производств.

Известно широко используемое для наземных транспортных средств устройство, в котором количество топлива определяют по положению поплавка в объеме бака (Хасанов М. М. Световодный поплавковый бесконтактный измеритель уровня жидкости с цифровым выходом показаний результатов. RU 2359237, C1, 20.06.2009). Это устройство имеет невысокую точность измерения, а наличие подвижных частей приводит к его низкой надежности.

В авиации применяют, в основном, емкостные датчики уровня. При тщательном контроле качества топлива и при наличии дополнительных датчиков температуры и давления они обеспечивают высокую точность измерения (Гришов А.П., Луцкий А.С, Спивак В.Б. Электроемкостный топливомер. RU 2014573, С1, 15.06.1994). Однако появление слоя воды в баке приводит, практически, к полной потере информативности датчика. Поэтому устройство дополняют поплавковым датчиком.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым изобретениям является способ, приведенный в работе (Лункин Б.В. «Многоканальный датчик параметров слоистых сред с одним чувствительным элементом». Автоматика и телемеханика. 2012 г., №10, стр. 127-141) - прототип. По способу-прототипу в резонаторе, который является чувствительным элементом датчика, возбуждают электромагнитные колебания на трех собственных частотах. По этим измеренным частотам решением системы уравнений, составленной из их зависимостей от параметров контролируемой среды, определяются значения параметров. Недостатком этого способа является то, что для получения приемлемой точности измерения, особенно в области малых значений количества топлива, требуется высокая точность определения собственных частот, что на практике трудно осуществить. При этом возникает проблема выбора начальных значений параметров при решении вышеуказанной системы уравнений для получения однозначных решений даже при высокой точности определения собственных частот.

Известно устройство (Лункин Б.В., Азмаипарашвили А.А. Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре. RU 2427805, С1, 27.08.2011) - прототип. Реализующее данный способ устройство-прототип содержит синтезатор частоты электромагнитных колебаний, возбуждающий резонатор, который размещен в баке с контролируемой средой, детектор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, формирующий напряжение для перестройки частоты синтезатора и реализующий алгоритм определения параметров по трем измеренным собственным частотам. Недостатком этого устройства является то, что конфигурация чувствительного элемента и алгоритм преобразования собственных частот не обеспечивают необходимую точность; в нем даже не исключена возможность потери первичной информации.

Технический результат способа измерения и устройства, его реализующего, заключается в обеспечении высокой точности определения количества топлива в трехслойной среде (с погрешностью, не превышающей нескольких долей процентов) по измеренным собственным частотам с практически реализуемой точностью (относительная погрешность не превышает значения 10^-4) и осуществлении оценки качества топлива посредством измерения его диэлектрической проницаемости.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью «воздух - топливо - вода», по которому в размещенном в баке резонаторе возбуждают электромагнитные колебания на трех собственных частотах, измеряют их и по ним судят о параметрах контролируемой среды - положению двух границ раздела и диэлектрической проницаемости топлива, по этим параметрам определяют количество топлива и его качество, нижняя часть резонатора погружена в автономный контейнер, полностью заполненный водой, а остальная его часть погружена в контролируемую смесь, для полностью заправленного топливом бака по трем измеренным собственным частотам резонатора определяют суммарное количество воды в баке и контейнере и диэлектрическую проницаемость топлива, их значения заносят в архив, по мере расходования топлива в зависимости от его количества параметры трехслойной смеси определяют в трех режимах, при большом количестве топлива - по трем измеренным собственным частотам резонатора, при среднем количестве - по двум из измеренных собственных частот и архивному значению суммарного количества воды в баке и контейнере, при малом количестве топлива - по одной из измеренных частот и архивным значениям суммарного количества воды и диэлектрической проницаемости топлива.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для реализации предлагаемого способа содержится синтезатор частоты электромагнитных колебаний, резонатор, размещенный в баке с контролируемой смесью, детектор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, формирующий напряжение для перестройки частоты синтезатора и реализующий алгоритм измерения, резонатор выполнен в виде W-образнораспределенного в металлической трубе проводника в диэлектрической оболочке, нижняя часть которого изолирована от контролируемой смеси металлическим экраном, размещенным на внешней поверхности этой оболочки.

На фиг. 1 представлены графики погрешностей для разного количества топлива и воды.

На фиг. 2 - зависимость погрешности измерения от количества топлива.

На фиг. 3 - эскиз распределения проводника чувствительного элемента.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Трехслойная среда типична для смесей в топливных баках и резервуарах хранения нефти и нефтепродуктов. Для определенности рассматривается модель слоистой среды со следующими значениями диэлектрических проницаемостей: нижний слой - вода с ε₁=3.5, средний слой - топливо с ε₂=1.6-1.8, верхний слой - воздух с ε₃=1 (с учетом того, что в качестве чувствительного элемента применен отрезок длинной линии, покрытый оболочкой). Диэлектрические проницаемости воздуха и воды реально не меняются, а диэлектрическая проницаемость топлива есть величина переменная и зависит от температуры, сортности, наличия примесей и пр.

Параметры контролируемой среды - положение X₁ границы раздела «вода - топливо», Х₂ - «топливо - воздух» и диэлектрическая проницаемость ε₂ топлива могут быть определены по значениям трех собственных частот электромагнитных колебаний, возбуждаемых в резонаторе, размещенном в баке. По разности значений Х₂ и X₁ определяется количество топлива и по его диэлектрической проницаемости ε₂ оценивается качество топлива.

Для резонатора в виде длинной линии, образуемой распределенным в металлической трубке по W-образному закону проводником, и возбуждаемого низшими типами колебаний на первой, второй и четвертой собственных частотах, зависимости этих частот от контролируемых параметров имеют следующий вид (зависимости первой и третьей частот совпадают):

Параметры находятся из решения системы уравнений, образуемой этими зависимостями с известными (измеренными) значениями собственных частот. В уравнениях , - собственные частоты порожнего и заполненного резонатора, , l - длина распределенного отрезка длинной линии.

При решении системы уравнений (1) методом итерации истинные значения параметров могут быть найдены не при любых начальных заданиях параметров (НЗП). В результате сходимости итераций могут быть получены такие значения параметров, которые не соответствуют истинным, и при подстановке их в уравнения системы хотя бы одна из полученных при этом частот не совпадает с измеренной. Более того, при выборе произвольных НЗП наряду с истинными решениями могут существовать решения, не имеющие физического смысла, или методом итерации не удается найти какие-либо решения. Возникает проблема выбора начальных значений параметров.

Непосредственные вычисления позволили составить таблицу НЗП, при которых в результате решения системы (1) найдены значения параметров, соответствующие истинным, или не соответствующие, но находящиеся в априорно известном диапазоне изменения параметров. Причем в последнем случае при подстановке полученных параметров в уравнения всегда имеем , , но , где индекс «*» относится к величинам, полученным при решении системы (1), а «М» - к измеренным.

Погрешности измерения параметров определяются точностью измерения собственных частот. Причем точность измерения собственных частот определяется не только техническими возможностями вторичных преобразований, но и неконтролируемой нестабильностью влияющих факторов на чувствительный элемент, например температуры, давления, колебания границ раздела, отложения твердых частиц на поверхности чувствительного элемента и пр. Задача в этом случае состоит в поиске алгоритмов измерения, обеспечивающих приемлемые точности определения параметров при ограничениях на точность измерения собственных частот во всем диапазоне изменения параметров.

Моделирование погрешности измерения собственных частот, полученных с высокой точностью вычисления из соотношений (1) для истинных параметров, осуществлялась изменением на единицу значений числа в k-м знаке после запятой величин F_i, что соответствует погрешности измерения собственных частот . Рассматривались три варианта изменения на единицу: в сторону возрастания, в сторону убывания и в разные стороны для различных частот. Для измененных таким образом значений F_i решением системы уравнений определялись параметры x₁, х₂, ε₂ и погрешности их измерения.

По результатам вычислений, связанных с поиском решения, замечена тенденция повышения точности измерения параметров с увеличением x₁ до некоторых пределов. Это наглядно подтверждается графиками на фиг. 1а, б зависимости погрешности $δ_{x_{2} - x_{1}}$ от истинного количества топлива x₂-x₁ для разных значений положения границы раздела x₁ и погрешности измерения собственных частот δ_F. Существует оптимальное значение $x_{1}^{o}$ , при котором погрешность измерения количества топлива имеет минимальное значение; к примеру, для δ_F=10^-4 можно принять

Наличие оптимального значения $x_{1}^{o}$ позволяет не только получить приемлемые точности определения параметров при более грубых измерениях собственных частот в сравнении с δ_F≤10^-6, но и существенно упростить процедуру выбора НЗП: единственное решение существует при любых НЗП, кроме может быть случая x₀₁=x₀₂=0.

Однако, как видно из графиков фиг. 1,а, измерения малых значений количества топлива сопровождаются значительными погрешностями, вплоть до отсутствия каких-либо значений параметров при решении системы (1).

Для указанных значений количества топлива предлагается другой подход к алгоритму измерения, определяемый спецификой задачи. Он основан на том, что в процессе расходования топлива количество воды в баке практически не меняется. При этом алгоритм, связанный с возбуждением и достаточно «грубым» измерением трех собственных частот, обеспечивает высокую точность (десятые доли процентов) определения положения границы раздела «вода - топливо» в большом диапазоне изменения количества топлива, начиная от полного бака. Полученное значение количества воды можно хранить в памяти и использовать его для дальнейших измерений. При наличии такой информации остаются неизвестными два параметра x₂ и ε₂, которые могут быть найдены решением первых двух уравнений системы (1). Эти уравнения имеют следующий вид:

где значение параметра , взятого из архива, получено по измеренным (вычисленным) собственным частотам решением системы (1).

Зависимость погрешности измерения $δ_{x_{2} - x_{1}}$ от количества топлива для этого случая показана на фиг. 2 (график 2). Из сравнения графика 2 с графиком 1, изображающим ту же погрешность в случае измерения параметров по трем собственным частотам, отметим, что точность определения количества топлива по формуле (2) в два раза выше, чем по формуле (1) в диапазоне (x₂-x₁)<0,2.

Как видно из фиг. 2 (график 2), для (x₂-x₁)<0,02 погрешность определения количества топлива резко увеличивается вплоть до отсутствия решения системы уравнений (2). Чтобы получить приемлемые точности измерения в окрестности этих значений количества топлива, предлагается дополнительно сформировать архив значений диэлектрической проницаемости . Причем для этого можно использовать значения, полученные при решении системы уравнений (1) при большом количестве топлива. Используя архивные данные по диэлектрической проницаемости топлива и положения границы раздела «вода - топливо» задача измерения сводится к нахождению единственного оставшегося неизвестного параметра - положения границы раздела «топливо - воздух», из соотношения, полученного из первого уравнения системы (1) в виде:

Заметим, что для получения высокой точности измерения параметра x₂ при малом количестве топлива необходимы ограничения на погрешности измерения параметров, заносимых в архив. Вычисления показывают, что для получения измерений количества топлива с погрешностью не более 0.5% (прямая 3 на фиг. 2) погрешность измерения диэлектрической проницаемости не должна превышать 7,5%, а погрешность измерения положения границы раздела - быть не более 0,1-0,2%. Эти показатели достижимы при решении уравнений (1) в пределах изменения количества топлива 0,2<(x₂-x₁)<0,5. При снижении требований к точности измерения количества топлива (прямая 3 на фиг. 2) естественно снижаются требования к точности значений архивных параметров, и вместе с этим существует возможность их измерения при меньшем количестве топлива.

Таким образом, предлагаемый способ измерения параметров трехслойной смеси - положения двух границ раздела между слоями и диэлектрической проницаемости среднего слоя, по которым определяют количество и качество топлива в баке, сводится к измерениям трех собственных частот, возбуждаемых в W-образном резонаторе электромагнитных колебаний. Резонатор помещают верхней частью в топливный бак, а нижней - в автономный контейнер, полностью заполненный водой. Предварительно измеряют частоты для порожних бака и контейнера. Затем для полностью заправленного топливом бака и контейнера по трем измеренным собственным частотам резонатора из системы уравнений (1) определяют суммарное количество воды в баке и контейнере, а диэлектрическую проницаемость топлива и их значения заносят в архив. По мере расходования топлива в зависимости от его количества параметры трехслойной смеси определяют в трех режимах. При большом количестве топлива - по трем измеренным собственным частотам резонатора, решая систему уравнений (1). При среднем количестве топлива - по двум из измеренных собственных частот и архивному значению суммарного количества воды в баке и контейнере, решая систему уравнений (2). При малом количестве топлива - по одной из измеренных частот и архивным значениям суммарного количества воды и диэлектрической проницаемости топлива. В результате можно получить высокую точность измерения количества топлива (погрешность не более 0,5%) во всем диапазоне его изменения - от порожнего бака до полностью заполненного трехслойной смесью, и диэлектрической проницаемости (погрешность не более 5%) при больших количествах топлива.

Функциональная схема предлагаемого устройства аналогична схеме, описанной в прототипе. Отличаются они чувствительными элементами и реализуемыми в микроконтроллере алгоритмами измерения.

В этой схеме в резонаторе, являющимся чувствительным элементом датчика, от блока высокочастотного генератора с перестраиваемой частотой возбуждаются электромагнитные колебания. Получаемый на выходе резонатора непрерывный сигнал детектируется и преобразуется в цифровой двоичный код. Блок генератора включает синтезатор частоты, управляемый ступенчатым пилообразным напряжением, три частотных фильтра, пропускающие сигналы в соответствии с диапазоном изменения собственных частот, и селектор, разделяющий эти сигналы по времени. Сигнал с резонатора после детектирования и аналого-цифрового преобразования поступает на вход микроконтроллера, в котором измеряются три собственные частоты резонатора. Соответствие частот синтезатора собственным частотам устанавливается по максимуму напряжения сигнала, получаемого на выходе детектора.

В память микроконтроллера вводятся значения предварительно измеренных трех частот, соответствующих собственным частотам резонатора в порожнем баке и другие величины, в соответствии с предлагаемым способом. В микроконтроллере также заложены алгоритмы определения параметров трехслойной смеси по измеренным собственным частотам, основанных на решении систем уравнений (1)-(3).

На фиг. 3 приведен эскиз электромагнитного резонатора, используемого в качестве чувствительного элемента. В соответствии с предлагаемым способом устройство должно содержать автономный контейнер, заполненный водой, в который погружен резонатор нижней своей частью. Такое техническое воплощение чувствительного элемента является громоздким и непрактичным. В качестве чувствительного элемента выбран резонатор в виде проводника в диэлектрической оболочке, W-образно распределенного в металлическом цилиндре. В нем покрытие внешней поверхности диэлектрической оболочки металлическим экраном имитирует постоянное заполнение чувствительного элемента водой на длину этого покрытия. Это позволяет сделать конструкцию чувствительного элемента компактной. На фиг. 3 обозначено: 4 - металлическая стенка верхней части ЧЭ; 5 - его нижняя часть, находящаяся на уровне дна бака; 6 - линии трассировки проводника в верхней части ЧЭ; 7 - распределенный проводник в нижней части, имитирующий погружение ЧЭ в воде; 8-11 - точки сочленения проводников; 12 и 13 - генератор для возбуждения электромагнитных колебаний и детектор. Проводник по всей длине находится в диэлектрической оболочке, при этом в нижней части ЧЭ он дополнительно снабжен металлическим экраном.

Для такого чувствительного элемента, естественно, сохраняются зависимости собственных частот, описываемых системой уравнений (1), только в них следует иметь в виду, что параметр x₁ включает величину, имитирующую слой воды толщиной $x_{1}^{o}$ и слой воды, содержащейся в топливном баке.

1. Способ измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью «воздух - топливо - вода», по которому в размещенном в баке резонаторе возбуждают электромагнитные колебания на трех собственных частотах, измеряют их и по ним судят о параметрах контролируемой среды - положении двух границ раздела и диэлектрической проницаемости топлива, по этим параметрам определяют количество топлива и его качество, отличающийся тем, что нижняя часть резонатора погружена в автономный контейнер, полностью заполненный водой, а остальная его часть погружена в контролируемую смесь, для полностью заправленного топливом бака по трем измеренным собственным частотам резонатора определяют суммарное количество воды в баке и контейнере и диэлектрическую проницаемость топлива, их значения заносят в архив, по мере расходования топлива в зависимости от его количества параметры трехслойной смеси определяют в трех режимах, при большом количестве топлива - по трем измеренным собственным частотам резонатора, при среднем количестве - по двум из измеренных собственных частот и архивному значению суммарного количества воды в баке и контейнере, при малом количестве топлива - по одной из измеренных частот и архивным значениям суммарного количества воды и диэлектрической проницаемости топлива.

2. Устройство для измерения количества и качества топлива в баке с трехслойной смесью «воздух - топливо - вода», содержащее синтезатор частоты электромагнитных колебаний, резонатор, размещенный в баке с контролируемой средой, детектор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, формирующий напряжение для перестройки частоты синтезатора и реализующий алгоритм измерения, отличающееся тем, что резонатор выполнен в виде W-образно распределенного в металлической трубе проводника в диэлектрической оболочке, нижняя часть которого изолирована от контролируемой смеси металлическим экраном, размещенным на внешней поверхности этой оболочки.

Предлагаемое устройство относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения уровня жидкости в различных, в том числе и в агрессивных средах, эксплуатирующихся как в нормальных условиях, так и при повышенных температурах и давлении.

Беспроводная измерительная система для измерения количества жидкости // 2585321

Изобретение относится к области беспроводного измерения количества жидкости. Заявлены способ измерения количества жидкости и система для измерения количества жидкости.

Многоканальный радарный уровнемер // 2584917

Устройство относится к измерителям уровня наполнителя в резервуарах, емкостях и т.д., вВ частности, к радарному детектированию параметров процесса, связанных с расстоянием до поверхности содержимого в резервуаре с помощью электромагнитных волн.

Радарное измерение уровня с определением перемещения поверхности // 2582894

Изобретение относится к радарным уровнемерам. Заявлен способ радарного определения уровня и система для его реализации.

Ультразвуковой волноводный уровнемер жидкости // 2580907

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам ультразвукового контроля уровней жидких сред. Уровнемер содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух волноводов с закрепленными в их верхней части приемо-передающими преобразователями, и отражатель акустических импульсов, расположенный параллельно волноводу.

Радиолокационный волноводный уровнемер с волноводной парой // 2579634

Предложенные два варианта радиолокационного волноводного уровнемера предназначены для измерения уровня в установках, например в резервуарах, котлах с избыточным давлением, силосах.

Способ определения положения границы раздела двух веществ в емкости // 2578749

Изобретение относится к измерительной технике. В заявленном способе определения положения границы раздела двух веществ в емкости, при котором в емкости с веществами, одно над другим, образующими плоскую горизонтальную границу раздела, размещают вертикально отрезок длинной линии длиной l, заполняемый веществами в соответствии с их расположением в емкости, с оконечным горизонтальным участком фиксированной длины z0, скачкообразно заполняемым веществом и опорожняемым при, соответственно, поступлении веществ в емкость и их удалении из емкости, возбуждают в отрезке длинной линии электромагнитные колебания на двух разных резонансных частотах f 1 и f 2, измеряют эти резонансные частоты в зависимости от координаты z положения границы раздела двух веществ в емкости, дополнительно возбуждают в отрезке длинной линии электромагнитные колебания на третьей резонансной частоте f 3, измеряют f 3 и производят совместную функциональную обработку f 1, f 2 и f 3 согласно соотношению , где f 1 0 , f 2 0 , f 3 0 - начальные, в отсутствие веществ в емкости, значения f 1, f 2 и f 3, соответственно; - напряжение в точке с координатой ξ отрезка длинной линии с оконечным горизонтальным участком, возбуждаемого на резонансных частотах f 1, f 2 и f 3, соответственно.

Способ определения уровня наполнения резервуара // 2578022

Изобретение относится к способу и устройству определения уровня, использующему электромагнитные волны для определения расстояния до поверхности продукта, содержащегося в резервуаре.

Способ и устройство измерения физических параметров материала // 2576552

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, в том числе и при экстремальных температурах. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде отрезка длинной линии.

Отслеживание на основе фазы // 2576341

Изобретение относится к устройству для измерения уровня заполнения наполняемой среды в контейнере, а также к способу измерения и к компьютерно-читаемому носителю, служащему для управления устройством.

Способ и устройство измерения физических параметров материала // 2597809

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, а именно уровня материала, в том числе и при экстремальных температурах. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, погруженного в контролируемый материал, причем первичный преобразователь выполнен в виде отрезка длинной линии. Измерения напряжения выполняют дистанционно, для чего между входом амплитудного детектора и входом первичного преобразователя включают первый дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн. Подачу зондирующего сигнала с выхода генератора на вход первичного преобразователя производят через включенный между ними второй дополнительный отрезок линии передачи. Генератор перестраивают в диапазоне частот и определяют частоту хотя бы одной из гармоник, характеризующихся тем, что на частоте гармоники входное сопротивление первичного преобразователя достигает минимума. По значениям указанных частот определяют расстояние от входа первичного преобразователя до поверхности контролируемого материала. Технический результат заключается в обеспечении измерений при экстремальных температурах, повышении точности измерения, расширении функциональных возможностей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Отслеживание с учетом изменчивости // 2600496

Предложенная группа изобретений относится к средствам, предназначенным для определения уровня заполнения емкости с учетом изменчивости эхо-сигналов. Уровнемер для определения значений изменчивости эхо-сигналов кривой эхо-сигналов и для выполнения способа отслеживания с учетом по меньшей мере одного из значений изменчивости содержит: блок вычисления для определения первого значения изменчивости первого эхо-сигнала первой кривой эхо-сигналов с учетом позиционного сдвига первого эхо-сигнала и позиционного сдвига другого эхо-сигнала первой кривой эхо-сигналов; при этом блок вычисления дополнительно предназначен для выполнения способа отслеживания, чтобы группировать эхо-сигналы последовательных кривых эхо-сигналов, которые вызваны одной и той же точкой отражения; при этом блок вычисления назначает второй эхо-сигнал второй кривой эхо-сигналов, которая получена после первой кривой эхо-сигналов, определенной трассе с учетом изменчивости. Указанный уровнемер реализует соответствующий способ для определения значений изменчивости эхо-сигналов кривой эхо-сигналов. Также заявлен машиночитаемый носитель, на котором хранится элемент программы для выполнения такого способа. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Устройство измерения уровня заполнения и способ определения функциональной взаимосвязи между различными треками // 2600507

Изобретение относится к технической области измерения уровня заполнения. В частности, настоящее изобретение относится к устройству измерения уровня заполнения, к способу определения и читаемому компьютером носителю. Так, способ определения уровня заполнения содержит этапы, при которых: регистрируют несколько следующих во времени друг за другом кривых эхо-сигналов; определяют соответственно первый эхо-сигнал и второй эхо-сигнал в каждой из зарегистрированных кривых эхо-сигналов путем оценки кривых эхо-сигналов, причем первые эхо-сигналы ассоциируются с любым первым треком и вторые эхо-сигналы ассоциируются с любым вторым треком; вычисляют первую функциональную взаимосвязь между позициями первого трека и позициями второго трека кривых эхо-сигналов; регистрируют другую кривую эхо-сигнала; определяют позицию первого эхо-сигнала другой кривой эхо-сигнала путем оценки другой кривой эхо-сигнала, причем первый эхо-сигнал принадлежит первому треку; вычисляют позицию второго трека к моменту времени другой кривой эхо-сигнала с применением позиции первого эхо-сигнала другой кривой эхо-сигнала или позиции первого трека к моменту времени другой кривой эхо-сигнала и первой функциональной взаимосвязи. Задачей изобретения является обеспечить возможность альтернативного определения уровня заполнения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости // 2601283

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости в емкости, в частности оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов, охлаждающей жидкости в ядерных реакторах и др. Предлагается бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости, заключающийся в том, что сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал разностной частоты на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, сохраняют эти данные в виде массива выборок за время периода модуляции, аппроксимируют полученные данные синусоидой путем подбора амплитуды, частоты и фазы до максимального совпадения с полученными данными, по частоте полученной синусоиды судят об уровне жидкости в емкости. Технический результат - повышение точности измерения. 2 ил.

Радиолокационная система измерения уровня с функцией мониторинга эксплуатации // 2602417

Предложенная группа изобретений относится к средствам для мониторинга и эксплуатации радиолокационной системы измерения уровня для определения уровня наполнения резервуара. Устройство для мониторинга эксплуатации радиолокационной системы измерения уровня содержит приемопередатчик для формирования, передачи и приема электромагнитных сигналов; щуп, соединенный с приемопередатчиком для направления переданного электромагнитного сигнала от приемопередатчика к содержащемуся в резервуаре продукту с обеспечением проникновения указанного сигнала в продукт и для возврата отраженного электромагнитного сигнала, полученного в результате отражений на неоднородностях свойств распространения, с которыми столкнулся переданный электромагнитный сигнал, и включающего в себя поверхностный эхо-сигнал, полученный в результате отражения на уровне поверхности содержащегося в резервуаре продукта; по меньшей мере первую неоднородность свойств распространения, располагаемую вдоль щупа на первом известном расстоянии от исходного положения наверху указанного резервуара и выполненную с возможностью отражения фрагмента переданного электромагнитного сигнала обратно к приемопередатчику для формирования первого эталонного эхо-сигнала. Первая неоднородность свойств распространения расположена для задания зоны обнаружения переполнения над диапазоном нормального уровня наполнения резервуара; устройство оценки сигнала для оценивания первого фрагмента отраженного электромагнитного сигнала, показывающего время пролета, соответствующее указанному первому расстоянию от исходного положения; определяющее устройство для определения, на основе указанной оценки, выявляется ли первый эталонный эхо-сигнал в первом фрагменте отраженного электромагнитного сигнала, и для определения, на основе отраженного электромагнитного сигнала, может ли быть идентифицирован уровень поверхности; и устройство формирования сигналов для дедуктивного определения рабочего состояния мониторинга эксплуатации и допущения эксплуатации резервуара, если определено, что уровень поверхности не может быть идентифицирован и первый эталонный эхо-сигнал выявляется в первом фрагменте отраженного электромагнитного сигнала, и для формирования сигнала, указывающего, что уровень наполнения находится в зоне обнаружения переполнения, если определено, что уровень поверхности не может быть идентифицирован и первый эталонный эхо-сигнал не выявляется в первом фрагменте отраженного электромагнитного сигнала. Указанное устройство может быть выполнено в двух вариантах и реализует два варианта способа измерения уровня продукта в резервуаре. Предложенная группа изобретений позволяет реализовать дополнительный механизм сигнализации о переполнении резервуара в случае неблагоприятных для измерения условий. 4 н. и 8 з.п. ф-лы. 8 ил.

Линейное отношение между треками // 2606456

Заявленная группа изобретений относится к средствам для измерения уровня заполнения на основе времени распространения сигнала. Предложенное устройство измерения уровня заполнения содержит передающий блок для отправки передаваемого сигнала, который отражается на поверхности загруженного продукта заполняющей среды и по меньшей мере одном втором отражателе; приемный блок для регистрации отраженного переданного сигнала, который является эхо-кривой, которая имеет множество эхо-сигналов; блок оценки для выполнения способа отслеживания для группировки соответственно вызванных идентичными отражателями эхо-сигналов эхо-кривых, зарегистрированных в различные моменты времени, причем блок оценки выполнен с возможностью выполнения следующих этапов: (а) определение первого трека первой группы эхо-сигналов, которые вызваны первым отражателем, и второго трека второй группы эхо-сигналов, которые вызваны вторым отражателем, причем каждый трек описывает время распространения соответствующего переданного сигнала от передающего блока до ассоциированного с треком отражателя и обратно в приемный блок в различные моменты времени; (b) определение линейного отношения между первым треком и вторым треком, задаваемое линейным уравнением; (c) определение одной или нескольких неизвестных из линейного отношения между первым треком и вторым треком. Указанное устройство реализует соответствующий способ измерения уровня заполнения, а также реализованы процессор и машиночитаемый носитель, которые соответственно выполняют и хранят данный способ. Заявленная группа изобретений направлена на улучшение точности определения уровня заполнения емкости. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ измерения границы уровня жидкостей с разными плотностями или осадка, находящегося в жидкости, и комплекс измерительный // 2610047

Изобретение может быть использовано для измерения уровня границы жидкостей с разными плотностями и электропроводностями, диэлектрическими проницаемостями от 1,5 единиц, границы жидкость - осадок на предприятиях нефтегазовой отрасли в атомной энергетике. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения уровня границы раздела жидкостей в емкости и повышение точности данного измерения. Технический результат достигается способом, заключающимся в том, что в устройство контроля и сигнализации заносят данные о высоте емкости с жидкостями или жидкостью с осадком, посредством радарного уровнемера измеряют расстояние до жидкости с меньшей плотностью, передают информацию в устройство контроля и сигнализации, запускают цикл измерения, при котором рассчитывают величину опускания ультразвукового датчика ниже уровня менее плотной жидкости, опускают настроенный на скорость распространения звука в менее плотной жидкости ультразвуковой датчик, посылают ультразвуковой сигнал от ультразвукового датчика и принимают сигнал, отраженный от более плотной жидкости или осадка, вычисляют уровень границы раздела жидкостей в емкости вычитанием из высоты емкости расчетной величины опускания ультразвукового датчика и измеренного им расстояния от него до границы раздела менее плотной жидкости и более плотной жидкости или осадка, сохраняют и выводят данные на внешние устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости // 2611210

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения покомпонентного количества (объема) многокомпонентной среды в емкости, произвольным образом распределенной внутри нее. В частности, оно может быть применено для измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости в условиях невесомости. Предлагается способ измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости, произвольным образом распределенной внутри нее и содержащей n+1 компоненту, при котором отрезок двухпроводной длинной линии с равномерным распределением электромагнитного поля вдоль него размещают равномерно по объему емкости, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту. Способ отличается тем, что дополнительно размещают равномерно по объему емкости n отрезков двухпроводной длинной линии, причем все отрезки двухпроводной длинной линии имеют на их проводниках однородное диэлектрическое покрытие, отличное одно от других, возбуждают в этих n отрезках двухпроводной длинной линии электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту каждого из них, осуществляют совместное функциональное преобразование измеренных резонансных частот всех n+1-го отрезков двухпроводной длинной линии и определяют количество каждой компоненты согласно соотношению , где k=1, 2, …, n - номер компоненты, D=det[aik] - определитель системы уравнений; Dk - определитель, полученный из D после замены элементов k-го столбца соответствующими свободными членами b1, b2, …bn; ; ; - эффективная диэлектрическая проницаемость k-й компоненты i-ого канала; - эффективная диэлектрическая проницаемость n+1-й компоненты - исходной среды в резервуаре - i-го канала; - резонансная частота i-го отрезка двухпроводной длинной линии, i=1, 2, …, n; - значение в отсутствие многокомпонентной среды в емкости, при этом количество Vn+1 n+1-й компоненты определяют по разности между объемом емкости и суммарным объемом V1, V2, …, Vn n компонент. 1 ил.

Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости // 2611333

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости в емкости. Технический результат заключается в повышении точности измерений. В предлагаемом способе измерения уровня жидкости в емкости технический результат достигается тем, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал разностной частоты на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, записывают эти данные в виде массива выборок с частотой за время периода модуляции, определяют уровень по частоте максимума спектральной плотности сигнала разностной частоты. При этом дополнительно массив данных сигнала разностной частоты записывается с частотой , меняющейся пропорционально отклонению от линейной частотной характеристики измерительной системы, а затем вновь выбирается равномерно для спектральной обработки. 2 ил.

Устройство для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости // 2619401

Изобретение предназначено для измерения уровня жидких и сыпучих веществ в открытых емкостях, например, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла. Предлагаемое устройство для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости, содержащее объемный резонатор в виде совокупности полости емкости и подсоединенного к его открытой поверхности отражателя электромагнитных волн, подключенный к объемному резонатору с помощью, по меньшей мере, одного элемента связи электронный блок для возбуждения в резонаторе электромагнитных колебаний и измерения его резонансной частоты. Отражатель электромагнитных волн выполнен в виде располагаемой на поверхности емкости в одной с ней плоскости решетки из совокупности нескольких, в частности от 3 до 7, металлических линий, присоединенных к емкости в точках касания, при этом форма и расположение металлических линий соответствует форме и расположению в данной плоскости силовых линий электрического поля электромагнитных колебаний возбуждаемого в объемном резонаторе типа колебаний. Техническим результатом является расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений в емкостях без необходимости увеличения их высоты, что может быть принципиально необходимым при проведении технологических операций через открытую поверхность емкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.