Способ определения границы раздела сред и устройство для его реализации

О П И С А Н И Е в 905652ИЗОВРЕЧЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалнстнчесннхРеспубпии К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.С 01 Г гЗЛ 8 3 Ьсударствоаый канятвт СССР ао делзн изебуетевяв н открытий(72) Двтор изобретения Ялтет(54 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля границы раздела нескольких сред.Известен способ контроля уровня жидкости, основанный на использовании в качестве чувствительного элемента отрезка длинной линии, в которую подается импульсный сигнал, перемещающийся по линии, отражается от поверхности, и по временному сдвигу между прямым и отраженным сигналами судят о положении уровня жидкости 11 .Недостатком данного способа является невозможность его использования для многослойных систем, имеющих две и более границ раздела,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения границ раздела, состоящий в возбуждении скачка напряжения на входе длинной линии, проходящей через границы раздела,2где линия меняет свой импеданс,что вызывает отражение сигнала,прием отраженных от границ разделасигналов, и измерение временных интервалов, по которым и определяетсярасстояние от начала линии до границраздела.Реализующее известный способустройство имеет линию передачи,импульсный генератор, подключенный 10на вход линии, приемник отраженныхсигналов и измеритель временных интервалов 2 .Данный способ и устройство дляего реализации имеют недостатки,обусловленные тем, что сильная связьлиния-среда приводит к неодинаковойскорости распространения импульсапо линии, сильно зависящей от 20свойства окружающей среды, при этомменяется коэффициент пересчета длякаждой из контролируемых сред и появляются паразитные отражения,оказывающие влияние на результаты из905652 53915ю Э 5 40 45 И 55 3мерения; .величина и полярность отраженных импульсов зависит не только от соотношения электрических свойств сред до и после данной границы раздела, но и от предыдущих сред и границ раздела, т:е. в общем случае они неоднозначны, что затрудняет идентификацию контролируемых сред и ограничивает возможности их применения.Цель изобретения " расширение функциональных воэможностей. Указанная цель достигается тем,что согласно способу, состоящему ввозбуждении скачка напряжения на,входе линии передачи, проходящейчерез границы раздела, и измерении,времени распространения скачка напряжения, определяют зависимостьтока, наведенного фронтом скачканапряжения через .контролируемые среды в сигнальном электроде, установленном параллельно линии, по величине тока, зависящего в каждый моментвремени от .параметров среды в зоненахождения фронта скачка напряжения,идентифицируют контролируемые среды,а по протяженности временных интервалов соответствующих участков определяют расстояние между соседнимиграницами раздела и их положение вобъекте контроля,В устройстве, содержащем чувствительный элемент в виде линии передачи, подключенной к выходу импульсного генератора, приемник сигналови измеритель временных интервалов,параллельно линии в непосредственной близости от нее установлен дополнительно сигнальный электрод,подключенный на вход приемника сигналов,выполненного в виде амплитудного анализатора, выходы которого соединеныс управляющими входами измерителявременных интервалов.Кроме того, во внешнем экране линии передачи напротив сигнальногоэлектрода сделано окно.На фиг, 1 представлена линия передачи; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - диаграммаработы,В данном способе и устройстве разделены функции передачи зондирующегоимпульса в контролируемые среды иприема информации о результатах взаимодействия импульса со средой путемустановки параллельно линии передачи 4дополнительного сигнального электрода так, цто ток в сигнальном электроде наводится зондирующим импульсомчерез контролируемые среды, и в связи с этим степень связи линии сосредой уменьшена,Для уменьшения связи со средойпередающая линия выполнена частицноэкранированной, т,е, лишь малая частьтока смещения линий протекает черезконтролируемую среду, поэтому обратное влияние среды на параметры линиии, следовательно, на точность измерения мало,В устройстве передающая линия моможет быть выполнена как в виделинии с распределенными параметрами, например коаксиального кабеляфидера и т.д так и в виде линиизадержки на дискретных элементах,В первом случае, например, для коаксиальной или же спиральной линии, где центральный проводник (фиг,1 а) , центрируемый диэлектри 5 ком 2, находится в экране 3, со стороны сигнального электрода ч экраннесплошной, поэтому электрическоеполе зондирующего импульса проникает через зазор в экране 3 и контролируемую среду, возбуждая ток в сигнальном электродеВо втором случае для повышения разрешающей способности необходимо увеличивать отношение времени задержки, т.е. времени распространения импульса, к длительности его фронта. С этой целью в качестве передающей линии можно использовать линию задержки на дискретных элементах, размещенных в соответствующем корпусе-экране 3, на поверхности которого находится ряд электродов 5, соединенных с соответствующими ЕС-элементами линии задержки. Таким образом, зондирующий импульс распространяется вдоль ряда указанных электродов 5, поляризуя контролируемую среду и возбуждая ток смещения в расположенном параллельно передающей линии со стороны ряда электродов сигнальном электроде ч. Бсли дискретная емкость ячейки линии задержки знацительно больше емкости, внесенной подключенным внешним электродом, то влияние контролируемой среды мало. Укаэанные электроды 5 могут быть выполнены в виде, например, участков фольги на5652 6 90 5 1 О 5 20 25 Кф = Охр,30 Ьс (Ср + ЬС)Б где С - погонная емкость в зоненахождения импульса через время 1,Форма наведенного в электроде 455 тока приведена на фиг,3 (3). Этотток может быть представлен в видедвух составляющих: постоянной,обусловленной чисто геометрической ем 5диэлектрике 2 (Фиг.16), обращенномв сторону контролируемой среды.Для обеспецения компактности иповышения механической прочности измеритель уровня может быть выполненодносторонним (фиг.1 В) - в этом случае сигнальный электрод 4 размещается на одной поверхности диэлектрика2 с электродами 5 линии, образуя,например, гребенчатую структуру,Ток в сигнальном электроде 4 наводится через диэлектрик 2 и контролируемую среду с внешней стороны датчикаи через емкости между электродамис внутренней стороны датчика.Измерение осуществляется следующим образом,На вход передающей линии (фиг.2)поступает скачок напряжения 13 свыхода генератора 6 и распространяется с постоянной скоростью ч (1,фиг.3). Фронт импульса (2,фиг.3)имеет протяженность 1,обусловленную дисперсионными свойствами линии.Геометрическая длина фронта у зависит от скорости перемещения импульса, т.е,и определяет разрешающую способность линии. В зоне Фронта напряжение меняется от 0 до 13 о индуцируяток смещения церез контролируемуюсреду, в общем виде описываемый зарядом Лс: где С - емкость системы в зонеФронта без контролируемой среды;ЬС - увеличения емкости за счетконтролируемой среды.Величину мгновенного значения наведенного тока 1(с) находим из вы- ражения костью участков линия - сигнальныйэлектрод, и переменной, зависящейот проницаемости вещества на указанном участке. После усилителя(фиг,2) сигнал поступает на входамплитудного анализатора 8, уровнисрабатывания которого настроены навеличины сигнала, соответствующегопроницаемости контролируемых сред.Сигналы (4,5,6, фиг .3) на выходаханализатора 8 появляются тогда,когда фронт импульса проходит зонус.соответствующей контролируемойсредой, открывая ключи 9-11 счетчиков 12-14 импульсов (7,фиг.3) генератора 15, которые осуществляют измерение времени прохождения (8 9,10,фиг,3) зондирующим импульсомкаждой из контролируемых сред и, в.соответствующем масштабе, толщинуслоев каждой из контролируемых средили расстояние между границами раздела сред,Формула изобретения 1. Способ определения границыраздела сред, состоящий а возбужде-,нии скачка напряжения на входе линиипередачи, проходящей через границы раздела, и измерении времени распространения скачка напряжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью расширения функциональных возможностей, определяют зависимость тока, наведенного Фронтом скачка напряжения через контролируемые среды в сигнальном электроде, установленном параллельно линии, по величине тока, зависящего в каждый момент времени от параметров среды в зоне нахождения фронта скачка напряжения, идентифицируют контролируемые среды,по протяженности временных интервалов соответствующих участков определяют расстояние между соседними границами раздела и их положение в объекте контроля.2, Устройство для осуществления способа по и.1, содержащее чувствительный элемент в виде линии передачи, подключенной к выходу импульсного генератора, приемник сигнала и измеритель временных интервалов,о т" л и ч а ю щ е е с я тем, цто параллельно линии передачи в непосредственной близости от нее установлен дополнительно сигнальный электрод, 7 906652 8подключенный на вход приемника сиг- нем экране линии передачи напротивналов, выполненного в виде амплитуд- сигнального электрода сделано окно.ного аналиватора, выходы которого Источники информации,соединены с управляющими входами ив- принятые во внимание при экспертиэемерителя временных интервалов, Акцептованная заявка францииМ 2215610, кл. С 01 Г 23/28,1974.3. Устройство по п.2, о т л и. Патент США Г 3424002,ч а ю щ е е с я тем, что во внев- л, С 01 Г 23/26, 1969 (прототип .905652 новКор Подпиного комитета ССений и открытийРаушская наб д н За ВНИИП по 3035, л ППО "П ф ород,едактор М. Циткин оставитель В, Ак ехред Н.йайороа тираж б 70Государственелам иэобретсква, В,4 в Ьент", г. Уж ктор М. ДенчиПроектна