Способ измерения уровня вещества и устройство для его осуществления

(56 Авторское свидетельство СССР М 553472, кл. 6 01 Р 23/28, 1974,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня, различных веществ в содержащих их емкостях. Цель иэобретения - повышение точности измерений уровня.Способ заключается в проведении в процессе измерения изменения хотя бы одной из торцовых нагрузок отрезка линии или вообще каких-либо его нагрузок (а не только торцовых). При этом в отрезке линии изменяется распределение энергии электромагнитного поля. Именно разное распреГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ деление энергии поля позволяет получить разные по форме зависимости резонансной частоты отрезка линии от уровня вещества на одном и том же типе колебаний. Измеряя собственные частоты колебаний отрезка линии при двух разных нагрузках по меньшей мере на одном из его торцовых участков и преобразуя измеренные частотьс, определяют уровень, Устройство содержит отрезок 2 длинной линии с включенными на его торцах нагруэочными сопротивлениями 3, подключенными к блоку вторичной аппаратуры 4 и коммутатору 5. Коммутатор 5 управляется сигналом переключения частот от вторичной аппаратуры 4 и формирует управляю.цие сигналы на пере;лючение нагрузочных сопротивлений (открывает или запирает диоды, входящие в состав этих нагоузочных сопротивлений). Вторичная аппаратура 4 измеряет резонансные частоты и осуществляет вычисление уровня. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня различных веществ (жид,. костей, сыпучих веществ) в содержащих их емкостях,Целью изобретения является повышение точности измерения.На фиг, 1 представлены примеры распределения энергии электрического поля в отрезке длинной линии при различных нагрузках на его торцах; на фиг. 2 - примеры реализации нагрузочных сопротивлений; на фиг. 3 - пример реализации предлагаемого устройства; на фиг. 4 - примеры конкрет ной реализации устройства с применением отрезка двупроводной линии (а) и коаксиальной длинной линии (б).На фиг. 1-4 введены. следующие обозначения: 1 - контролируемое веьцество, 2 - отрезок длинной линии, 3 - нагрузочное сопротивление отрезка линии, 4 - блок вторичнойаппаратуры, 5 - коммутатор, 6 и 7 - проводники отрезка двупроводной длинной линии, 8 и 9 - линии связи датчика с вторичной аппаратурой, 10 - элемент возбуждения колебаний, 11 - изолятор, 12 - элемент съема колебаний, 13 - дроссель, 14 - резистор ограничения тока, 15 - электронный ключ, 16 - двухполярный источник напряжения, 17 - внутренний проводник отрезка коаксиальной длинной линии, 18 - наружный проводник отрезка коаксиальной длинной линии,Сущность технического решения заключается в следующем. В емкости с контролируемым веществом 1 располагается отрезок 2 длинной линии. В зависимости от нагрузок на торцах отрезка линии, а также от распределения характеристического (волнового) сопротивления отрезка линии вдоль его длины, если этот отрезок линии является отрезком неоднородной линии, в отрезке имеет место то или иное распределение напряженностей электрического и магнитного полей. На фиг, 1 приведены в качестве примеров распределения напряженности электрического поля Е(Е) в четвертьволновом отрезке линии, разомкнутом на верхнем и короткозамкнутом на нижнем торцах (а), в четвертьволновом отрезке линии, короткозамкнутом на верхнем и разомкнутом на нижнем торцах (б), в полуволновом отрезке линии, разомкнутом на обоих концах (в), Согласно способу производят в процессе измерения изменение хотя бы одной из торцовых нагрузок отрезка линии или вообще каких-либо его нагрузок (и не только торцовых). При этом в отрезке линии изменяется распределение энергии электромагнитного (т,е. электрического и магнитного) поля, Именно разное такое распределение энергии поля позволяет получить разные по форме зависимости резонансной частоты отрезка линии от уровня Е вещества на одном и том же, в частности основном, ТЕМ- типе колебаний. Измеряя собственные (резонансные) частоты электромагнитных колебаний отрезка линии при двух разных нагрузках в по меньшей мере одном из его торцовых участков и преобразуя измеренные частоты ЦЕ) и 12 Д, в блоке вторичной аппаратуры 4 можно определить, уровень Е вещества 1 при обеспечении инвариантности к электрофиэическим свойствам вещества и их изменениям в процессе измерения. В частности, достигается инвариантность к величине диэлектрической проницаемости е диэлектрического вещества. В общем случае на электрофизические свойства контролируемого вещества, уровень которого подлежит измерению, ограничений не накладывается. Так, если вещество является несовершенным диэлектриком или проводящим веществом, для решения задачи может быть применен отрезок линии с покрытием по меньшей мере одного из его проводников диэлектрической оболочкой определенной толщины,В технических решениях изменение нагрузки отрезка линии или обеих нагрузок на его торцах может быть осуществлено путем ее (их) коммутации с использованием активного элемента, входящего в состав нагрузки (нагрузок), Таким элементом может служить диод, включенный между проводниками отрезка линии. На фиг, 2 приведены примеры построения нагрузочн ых соп роти влений отрезка линии с применением диода. Принцип изменения нагрузки отрезка линии заключается в замыкании или размыкании с помощью диода (диодов) соединения между проводниками отрезка линии, Такое соединение может быть осуществлено как напрямую (между проводниками линии подключен только диод или диоды), так и при включении вместе с диодом последовательно или (и) параллельно реактивных элементов.Соединение или разьединение проводников отрезка линии может осуществляться путем подачи на выводы диода разнополярных потенциалов от источника напряжения.На фиг, 3 приведен пример реализации устройства, Отрезок линии 2 с включенными на его торцах нагрузочными сопротивлениями 3 подключен к блоку вторичной аппаратуры 4 и коммутатору 5. Блок 5 коммутации управляется сигналов переключения частот от вторичной аппаратуры 4 и формирует уп 1647273равляющие сигналы на переключение нагрузочных сопротивлений 3 (открывает или запирает диоды, входящие в состав этих нагрузочных сопротивлений). Вторичная аппаратура 4 измеряет резонансные частоты 11) и ЦЕ) и осуществляет вычисление уровня Е.Рассмотрим пример конкретной реализации устройства, в котором осуществляется изменение распределения напряженности электрического поля с такого, как показано на фиг, 1 а, иа распределение в соответствии с фиг. 1 б. Устройство приведено на фиг,4 а(с применением отрезка двуправоднай длинной линии) и фиг. 45 с отрезком коаксиальной длинной л:.,- иии).Рассмотрим устройства,изображенное иа фиг.4 а. В ысокочастоти ый сигналл с генератора, входящего в состав бпа ка 4 вторичной аппаратуры, поступает по линии связи через элемент 10 возбуждения колебаний (емкасть связи) на проводник 7 двупроводнай длинной линии 2, На противоположных торцах отрезка линии 2 подсоединены между ее проводниками встре но включенные диодь 1 3, На диоды постугает управляющее напряжение с бпака 5 коммутации, при этом в зависимости ат полярности управляющего напряжения либо заперт диод 3 на верхнем торце длинной линии 2 и открыт диод 3 на нижнем торце, в этом случае распределение напряжения в отрезке длинной линии 2 соответствует фиг, 1 а, либо заперт диод иа нижнем торце и открыт диод на верхнем торце, в этом случае распределение напряжения соответствует фиг, 1 б. Таким образом, такай отрезок линии с указанными диодами обеспечивает получение отличных друг от друга зависимостей 11(7) и 12(Е) и эквивалентен двум четвертьволновым отрезкам длинной линии - коротказамкнутому вверху и короткозамкнутому внизу,Определение собственных (резонансных) частот этих четвертьволновых отрезков линий осуществляется с помощью элемента 12 съема колебаний и линии 9 гвязи, подключенной к блоку 4. В схеме предусмотрено наличие дросселя 13, который препятствует прохождению ВЧ-сигнала с блока 4 на проводник 7 линии 2. Тем самым исключается влияние параметров линии связи 8 на резонансные свойства отрезка линии 2. Проводник 5 отрезка линии 2 у верхнего конца подключен к экрану кабеля (общему проводу), что необходимо для устойчивой работы диодов 3, Управление работой диодов 3, т.е. обеспечение изменения нагрузок торцов отрезка линии 2 с целью5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 получения указанных рэзньх распределений энергии паля вдоль отрезка линии 2, осуществляется с помощью коммутатора 5, В коммутаторе 5 напряжения разных полярностей (+15 В, -15 В) с источником 16 напряжения доступаот на ключ 15, угравляемый синхронно сигналом переключения каналов измерения частот 1(2), 6 Д с блока " С вь:хода ключа 15 через ограничительное па току сопротивление 14 управляющие сигналы поступают иа диоды 3 и управляют их открытием или закрытием, что приводит к закарачиваиию или размыкаиию торцов отрезка. линии 4"На фиг, 4 б изображен пример аналогичной схемы с отрезком коаксиальной длинной линии. Здесь элементы 12 возбуждения колебаний подсоединяются через иэолчтор 11 к внутре.нему проводнику 17 отрезка линии Наружный проводник 18 подсоединен к экрану кабеля (общему проводу),формула изобретения 1. Способ измерения уровня вещества, включающий возбуждение эпектромагиитных колебаний в отрезке длинной линии, измерение ссбственнай частоты этих колебаний, перераспределение электромагнит нага поля г 1 а одой из составляющих, измерение вновь собственной.частоты эгих колебаний отрезка линии и вычисление совместного преобразования измеренных собственных частот, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью повышения точности измерений, перераспределение поля производят путем изменения по меньшей мере ОднОГО из иагрузсчных сопротивлений отрезка длинной линии.2, Устройство для измерения уровня вещества, содержащее отрезок длинной линии, подключенный к вторичной аппаратуре, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, ано снабжена коммутатором, подключенным входом к вторичной аппаратуре, а выходом - к верхнему торцу отрезка длинной линии, по меньшей мере один из торцовых участков которой содержит нагрузочное сопротивление, подключенное между ее проводниками.3. Устройство па и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что отрезок длинной линии выполнен в виде отрезка двупроводной гинии.4, Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, чта отрезок длинной линии выполнен ь виде отрезка коаксиальной линии.5. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что нагрузочное сопротивление выполнено в виде диода.1647273 Редакто а каз 1389 ВНИИП эвитель Л. Васильковед М.Моргентал Корректор В. Гирняк Тираж 431 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", гужгород, ул. Гагарина, 10