Способ измерения уровня

 

Социалистическик

Республик

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.05.81 (2!) 328664!/18-10 с присоединением заявки №-(23) Приоритет (5!) М, Кл

G 01 F 23/28

Государственный комитет

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень №41

Дата опубликования описания 17.1!.82 (53) УДК 621.128..82 (088.8) llo делам изобретений и открытий

В Р .,:.".,;:

В. Я. Воробейчик и Г. Д. Пе ров i "Ч 9)т 7(...;,,, ГЕХ!(11(1г, . (ЕИБЩ„Д .;,Кировоградский институт сельскохозяйствен(иц) машиностроения (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Изобретение относится к радиоволновым способам измерения уровня и может быть использовано в сельском хозяйстве для контроля положения машин и их рабочих органов относительно поверхности почвы.

Известны радиоволновые способы измерения уровня сред путем воздействия на них электромагнитными волнами и последующей регистрации распределения поля стоячей волны (1).

Недостатками указанных устройств являются необходимость механических перемеще=.. ний измерительных устройств, волноводной системы и высокая предельная погрешность определения текущего значения контролируемого уровня, равная Л/4 или Л/2, где Л,— длина волны. 15

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения уровня по напряженности поля между соседними экстремумами стоячей волны (2).

В известном способе в интервале между

20 соседними экстремумами, расположенными на расстоянии Л/4 друг от друга, имеются участки „линейных зависимостей между напряженностью поля Е и уровнем h.

Недостатком изв c Tl(o(.() способа являе)ся то, что крутизна упомянутых участков зависит от свойств контролируемой среды. а конкретно — пропорциональна модулк) коэффициента отражения ф/ волн от иовер iности уровня, что приводит к ошибкам в измерении уровня сред, параметры которых изменяются в технологическом процессе.

Цель изобретения - повышение т()чности определения уровня за счет искл)очения влияния изменений модуля коэффициент; ) отражения.

Поставленная цель достигается T()1, IT() в спос(бе измерения уровня сред путем воздействия на них электромагнитными волнами и последующей регистрации нанряже н()сти поля стоячей волны, изменяют длин (к)лны, сравнивают напряженность поля ст()ячей волны с напряженностью поля в отсутствии облучаемой среды, определяют длину волны, при которой упомянутые напряженности совпадают. и по результату судят об уровне.

На фиг. 1 даны кривые и 2, которые изображают зависимость напряженности E поля стоячей волны от уровня h в единицах Л при дву., значеHHRx модулей коэф972237

Е ("о/lo ) =- Eo (Ло ) Формула изобретения

11э1 цис" 1хн1 <г1 ражения, соответственно, /p I / и;32 (Q1/ больше, 3g/); на фиг.2 — кри11ы,, 6 зависих1ости E(h) при четырех зна111111ях Л (возрастающих с номером кривых) и соответстви<нцих им величинах напряжен1Я (4) (5) (, ностей Ep,Ep, Ep и Ер в отсутствии отражакяцей среды, кривой 7 - — зависимость Е(Л) нри фиксированном значении h,ðàânîì hp, кривой 8 зависимость Ео (Л); на фиг. 3— блок-схема уровнемера, реализующего предлагаемый способ.

Уровнемер (фиг. 3) содержит задающий генера гор 9, измерительный преобразователь 10, приемно-передающую антенну 11; нгн1ерхность 12 уровня, функциональные преобразователи !3 и 14, устройство 15 сравнения.

Г!ри облучении поверхности среды нормальными к ней волнами распределение напряженности поля стоячей волны в зависимости от уровня имеет вид (фиг. 1) . С увеличением h кривые E (h/À) осциллируют с затуханием вокруг значения напряженности Ео, которая была бы в отсутствии отра>какнцей среды. Для обширного класса сред на частотах выше 100 МГц изменения электрических свойств сказываются на изменении

/3,1, в то время как фаза коэффициента отражения ср изменяется незначительно. Кроме т«гп, во многих случаях q близко к К. Например, для почвы на частоте 500 МГц в диапазоне изменения полевой влажности ! 0 — 30", 11, 3/ изменяется от 0,4 до 0,6, а сР от 176 до 178 . В результате непостоянства электрических свойств среды Е зависит

»с только от h, но и от /3/, что ограничивает область nðèìpIIållèH прототипа средами, для которых з1гачение /3/ постоянно,в частности

I;lH зер ка 1 ь)!ого отр а жатв 1Я /3! = 1, или изменяется незначительно.

Предлагаемый способ измерения основан на однозначной связи между положениями урогн1я и длиной волны в случае равенства напряженностей

Эта связь имеет вид

ho = Ло(—" — — — "« ), п = 012, В случае, если ч1 изх1епяется мало

ho = Kho (2) где К вЂ” — константа. Для сред, у которых q близко к Г, эта константа не зависит от свойств среды.

4 соображений. Однозначное определение уровня осуществляется в интервале Л/4. Необходимое для этого относительное изменение длины волны раво 1/и. При больших h малые изменения Л приводят к значительному смещению распределения поля, тогда как Ео меняется мало,а дисперсия свойств практически отсутствует.

Устройство по предлагаемому способу (фиг. 3) работает следующим образом.

Под воздействием периодического, например пилообразного напряжения U (t) задающего генератора 9, изменяется длина волны Л(t) измерительного преобразователя 10, приемно-передающая антенна 11 которого облучает поверхность среды 12 с уровнем h. В результате на выходе измерительного преобразователя 10 формируется сигнал в виде сложной функции времени t

f fE (h/Л (t) )) . Одновременно напряжение генератора 9 подается на функциональные преобразователь 13, воспроизводящий функцию Л (3), и преобразователь 14, на выходе которого формируется сигнал в функции

f (Eo (Л (t) )) . Сигналы преобразователей 10 и 14 сравниваются в устройстве 15. В момент to, когда упомянутые сигналы равны, устройство 15, воздействуя на функциональный преобразователь 13, фиксирует значение Л (tp), которое при градуировке (2) определяет величину уровня h. Функции Л (t) и Ер (Л ) определяются экспериментально для конкретного измерительного преобразователя, в частности при больших п, когда необходимые изменения Л малы, можно осуществить линейную зависимость Л (t), à Ер считать константой.

Предлагаемый способ позволяет контролировать уровень сред в интервале его изменения шириной Л /4 независимо от /3/, при условии, что ср изменяется мало. Например, при длине волны 0,6 м (частоте 500 МГц) диапазон измерения составляет 15 см, что достаточно для копирования профиля поверхности почвы рабочими органами корнеклубнеуборочных и почвообрабатывающих машин, сошниками сеялок и в ряде других случаев.

Пусть значение уровня составляет ho (фиг. 2). Тогда при непрерывном увеличении 50

Л изменяется картина распределения поля стоячей волны, последовательно изображенная кривыми 3 --6; поле стоячей волны Е(Л) в точке ho — — HO кривой 7; значение Ер (Л)— по кривой 8. Для некоторой длины волны достигается равенство (1). В этом случае Л о определяет искомый уровень ho в масштабе (2), Натуральное число h, входяцгее и К, определяется из конструктивных

Способ измерения уровня, основанный на излучении электромагнитных волн в направлении контролируемого материала и последующей регистрации напряженности поля стоячей волны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения влияния непостоянства коэффициента отражения, изменяют длину волны, сравнивают напряженность поля стоячей волны с напряженностью поля в отсутствии облучаемой среды, определяют длину волны, при

025

Фиг 1

Фиг 2 которой упомянутые напряженности совпа дают, и по результату судят об уровне

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

972237

1. Авторское свидетельство СССР № 433353, кл. G Ol F 23/28, !971.

2. Брандт А. А. Исследования диэлектриков на сверхвысоких частотах.М., Физматгиз, 1963, с. 310 (прототип).

972237

Составитель М. Гулевич

Редактор И. Ковальчук Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 7878/27 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4