Способ определения уровня вещества

(5)5 6 01 Р 23/ И Е ИЗОБР ТЕН АВТОР У ЕТЕЛЬС во СССР , 1975.во СССР , 1977.ЕНИЯ УР Н ити применение ышленности для ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(71) Институт проблем упра(57) Изобретение может нав различных отраслях пром Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения уровня различных веществ в содержащих их емкостях.Известен способ определения уровня вещества, который заключается в возбуждении электромагнитных колебаний типа ТЕМ на основной гармонике в двух электрически несвязанных отрезках длинной линии, имеющих разные нагрузки, измерении собственных (резонансных) частот электромагнитных колебаний этих отрезков линии и совместном их преобразовании. Результат этого преобразования не зависит от диэлектрической проницаемости контролируемого вещества.Недостатком данного способа является невысокая точность измерения, обусловленная получением информации об уровне с помощью отрезков линии в разных областях внутри емкости, в которых вещество может иметь разные значения диэлектриче-, ской проницаемости, а также сложность его реализации. высокоточного измерения уровня веществ в содержащих их емкостях независимо от тех или иных физических параметров веществ. Цель изобретения - повышение точности измерения, что достигается за счет дополнительного возбуждения в волноводе волн на фиксированной частоте и измерения фазового сдвига возбуждаемых волн и волн, отраженных от торца волновода. Совместное преобразование собственной частоты колебаний отрезка волновода и фазового сдвига указанных волн обеспечивает независимость результата измерения уровня от физических параметров вещества. 1 ил,Известен также способ определения уровня, основанный на возбуждении электромагнитных колебаний типа ТЕМ в одном отрезке длинной линии на собственных частотах основной и одной из высших гармоник, их измерении и совместном преобразовании с устранением зависимости результата измерения уровня от электрофизических параметров контролируемого вещества.Этому способу, однако, присуща также невысокая точность измерения, которая заведомо снижена вследствие аппроксимации зависимости собственной частоты высшей гармоники от уровня с некоторой погрешностью. Кроме того, возбуждение колебаний на гармонике с достаточно большим номером, ее идентификация и измерение собственной частоты колебаний представляют существенные трудности.Цель изобретения - повышение точности определения уровня вещества,Сущность способа заключается в следующем. В емкости с контролируемым вещефк)е 1 о - начальн я (при г = О) собственная 4 лновода(резонатора); частота отрезк со(Я и О ) - погонное.(т.е. на единицудлины) значение емкости отрезка линии вточке с координатой ф, отсчитываемой отнагрузки, и напряжение в сечении с даннойкоординатой,Для отрезка однородной линии со ф) = сопм,таккто р(а) =ГО Я)бк/У О М)а.Для фазового сдвига Лу возбуждаемой на фиксированной частоте волны и волством, уровень которого подлежит измерению, располагают вертикально отрезок волновода, В качестве этого отрезка волновода может быть использован полый волновод, отрезок длинной линии (коаксиальной, 5 двухпроводной и др.) и другие направляющие системы. Возбуждаемыми волнами могут быть как электромагнитные, так и акустические волны различных диапазонов частот, По мере изменения уровня вещества 10 в емкости изменяются характеристики распространения волн в отрезке волновода и, как следствие, его те или иные информативные параметры при использовании этого отрезка в качестве чувствительного элемента. В 15 данном способе в качестве информативных параметров используют собственную (резонансную) частоту колебаний 1 отрезка волновода, рассматриваемого как волноводный резонатор, и фазовый сдвиг Ь р возбуждае мой на фиксированной частоте Е волны и волны, распространившейся вдоль волновода (в прямом и обратном направлении или только в прямом направлении; в первом случае волну принимают на верхнем торце волно вода; на котором осуществляют возбуждение волны, во втором случае - на противоположном торце). Поскольку информативные параметры 1 и Ь ря вляются функциями как уровня г вещества, так и его электрофизических или 30 акустических параметров, то, осуществляя совместное преобразование 1 и Ао, можно исключить влияние этих параметров вещества на результат измерения уровня.Не ограничивая общности, получим со отношение для совместного преобразования 1 и Ьр при использовании отрезка волновода, которым является отрезок длинной линии. При этом для зависимости т(г) будем иметь 40ны, отраженной от противоположного (нижнего) торца волновода и принимаемой на том же торце, где производят возбуждение волны, будем иметь 4 дЕ 4 жЕ Й - 1 гс с +где Ьр о- фазовый угол фиксированной величины, обусловленный отражением от нагрузки волновода (отрезка линии). Например, для короткозамкнутого на торце отрезка линии имеем Ьфо = к, для разомкнутого на торце отрезка линии Ь уъ = 0 .Рассматривая соотношения (1) и (2) как систему уравнений относительно г и е, находим в результате решения этой системы значение уровня + - ( 1) = ( - о - 1). 2 Л - Л 1 т 2 г л 2(3)8 данном соотношении отсутствует величина е, т.е, оно является инвариантом к этой величине и ее изменениям,Следовательно, измеряя значения. 1 и Ьр, можно на основании (3) определить значение уровня г независимо от значения е .В случае равномерного распределения энергии электромагнитного поля вдоль отрезка линии можно (3) привести к такому соотношению, которое содержит информацию об уровне в явном и, более того, в линейном виде. Так как при этом О ф) - = сопзс и, следовательно, п(г) = И, то получаем(4)2Обеспечить равномерное распределение энергии электромагнитного поля вдоль отрезка линии можно, подключив на одном из его торцов достаточно большое индуктивное сопротивление.На чертеже изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа,Возбуждение колебаний (электромагнитных, акустических) в отрезке волновода 2, расположенном вертикально в емкости с контролируемым веществом 1, производят с помощью вторичного преобразователя 4, который предназначен также для измерения собственной частоты колебаний (электромагнитных, акустических) этого отрезкааказ 2188 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул ина, 10 волновода. Другой вторичный преобразователь 5 обеспечивает возбуждение в волноводе 2 волн (электромагнитных, акустических) на фиксированной частоте и измерение фазового сдвига возбуждаемой и принимаемой волн (принимаемая волна отражается от нагрузочного торца волновода). Связь преобразователей 4 и 5 с отрезком, волновода 2 осуществляется через коммутатор 3. Измеренные значения собственной (резонансной) частоты отрезка вол новода и фазового сдвига с помощью соответственно блоков 4 и 5 поступают в функциональный преобразователь 6, в котором осуществляется совместное преобразование параметров 1 и Ьр согласно соотношениям (3) и (4) или какому-либо другому аналогичному соотношению, вытекающему из решения системы уравнений для 1 и Ьр относительно г (соотношение для 1 может быть записано при этом в неявном или явном виде). Результат совместного преобразования, несущий информацию об уровне вещества, поступает на индикатор 7.Отметим, что в случае определения уровня вещества с применением отрезка длинной линии, когда вещество является несовершенным диэлектриком, возможнопроведение измерений при покрытии хотябы одного из проводников отрезка линиидиэлектрической оболочки определенной5 толщины,Данный способ, реализуемый на основеодного отрезка волновода, позволяет определять уровень веществ независимо от ихфизических параметров. Он может быть осу 10 ществлен с применением электромагнитныхили акустических волн и соответствующих имчувствительных элементов,Формула изобретенияСпособ определения уровня вещества,15 при котором возбуждают колебания в отрезке волновода, расположенном вертикальнов емкости с контролируемым веществом, измеряют собственную частоту его колебанийи обрабатывают результаты измерений, о т 20 лича ющийся тем,что,сцельюповышения точности, дополнительно возбуждают вволноводе волны на фиксированной частоте, принимают волны, отраженные от нижнего торца волновода, измеряют фазовый25 сдвиг и учитывают его при обработке результатов измерения.