RU2253094C1 - Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir - Google Patents
Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253094C1 RU2253094C1 RU2003132594/28A RU2003132594A RU2253094C1 RU 2253094 C1 RU2253094 C1 RU 2253094C1 RU 2003132594/28 A RU2003132594/28 A RU 2003132594/28A RU 2003132594 A RU2003132594 A RU 2003132594A RU 2253094 C1 RU2253094 C1 RU 2253094C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- float
- floats
- density
- level
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения уровня и плотности нефтепродуктов и других жидкостей, в том числе взрывоопасных.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in systems for measuring the level and density of oil products and other liquids, including explosive ones.
Известны различные устройства, позволяющие измерять или уровень или плотность жидкости по отдельности.Various devices are known for measuring either the level or density of a liquid individually.
Например, известно устройство для измерения плотности жидкости, содержащее коромысло, на противоположных плечах которого размещены поплавок и постоянный магнит, катушку электромагнита, размещенную над траекторией перемещения постоянного магнита, датчик изменения положения поплавка, задатчик тока через катушку электромагнита и измеритель тока (патент РФ №2095785 от 16.07.96, МПК G 01 N 09/20).For example, a device for measuring the density of a liquid is known, containing a rocker arm, on the opposite shoulders of which a float and a permanent magnet are placed, an electromagnet coil located above the path of the permanent magnet, a sensor for changing the position of the float, a current regulator through the electromagnet coil and a current meter (RF patent No. 2095785 dated July 16, 1996, IPC G 01 N 09/20).
Или, известен ультразвуковой уровнемер, содержащий излучающий элемент, волновод, герметизированную трубку, сигнальную обмотку, поплавок, два постоянных магнита, генератор, усилители, формирователи временных интервалов, решающий блок (патент РФ №2064666 от 09.11.93, МПК G 01 F 23/28).Or, an ultrasonic level gauge is known that contains a radiating element, a waveguide, a sealed tube, a signal winding, a float, two permanent magnets, a generator, amplifiers, shapers of time intervals, a decisive unit (RF patent No. 2064666 from 11/11/93, IPC G 01 F 23 / 28).
Как то, так и другое устройства решают задачу частично и при этом имеют достаточно сложное исполнение.Both this and other devices partially solve the problem and at the same time have a rather complicated design.
В качестве прототипа выбрано устройство для измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре, содержащее звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала, опущенной в резервуар с жидкостью, и два поплавка, выполненные с возможностью перемещения относительно звукопровода и снабженные постоянными магнитами (патент РФ №2138028 от 05.08.98, МПК G 01 F 23/68, G 01 N 09/10).As a prototype, a device was chosen for measuring the level and density of a liquid in a tank, containing a sound pipe in the form of a string of magnetostrictive material lowered into a tank with liquid, and two floats made with the possibility of movement relative to the sound pipe and equipped with permanent magnets (RF patent No. 2138028 of 05.08 .98, IPC G 01 F 23/68, G 01 N 09/10).
Указанные поплавки имеют разную плавучесть за счет разной формы: первый поплавок выполнен в форме цилиндра и снабжен сквозным осевым отверстием, а второй поплавок выполнен состоящим из двух частей: нижней, выполненной также в форме цилиндра со сквозным осевым отверстием, и верхней, выполненной в виде стержней, расположенных на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине его окружности, причем второй поплавок установлен с возможностью свободного перемещения относительно первого поплавка. Кроме того, устройство содержит демпфер, катушку считывания, неподвижный постоянный магнит и блок преобразования.These floats have different buoyancy due to different shapes: the first float is made in the form of a cylinder and equipped with a through axial hole, and the second float is made up of two parts: the bottom, also made in the form of a cylinder with a through axial hole, and the top, made in the form of rods located at the end of the cylinder with the same pitch along the length of its circumference, the second float installed with the possibility of free movement relative to the first float. In addition, the device comprises a damper, a read coil, a fixed permanent magnet and a conversion unit.
Принцип действия устройства основан на вычислении расстояний, проходимых ультразвуковыми волнами, формируемыми при взаимодействии продольных магнитных полей постоянных магнитов и кругового магнитного поля, возникающего в звукопроводе при подаче в него импульса тока.The principle of operation of the device is based on the calculation of the distances traveled by ultrasonic waves generated by the interaction of longitudinal magnetic fields of permanent magnets and a circular magnetic field that occurs in a sound duct when a current pulse is applied to it.
Недостатком является сложность извлечения полезной информации и необходимость обеспечения взрывозащищенности электрических цепей.The disadvantage is the difficulty of extracting useful information and the need to ensure explosion-proof electrical circuits.
Задача состоит в существенном упрощении, как самого устройства, так и алгоритма обработки полученной информации об уровне и о плотности контролируемой жидкости.The task is to significantly simplify both the device itself and the algorithm for processing the received information about the level and density of the controlled fluid.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре, содержащем звукопровод в виде линейного тела, опущенного в резервуар с жидкостью, и два поплавка, выполненные с возможностью перемещения относительно звукопровода, при этом первый поплавок выполнен в форме цилиндра и снабжен сквозным осевым отверстием, а второй поплавок выполнен состоящим из двух частей, нижней, выполненной также в форме цилиндра, и верхней, выполненной в виде стержней, расположенных на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине его окружности, причем второй поплавок установлен с возможностью свободного перемещения относительно первого поплавка, согласно изобретению звукопровод, выполненный из материала, проводящего ультразвуковое излучение, например стали, одним концом касается дна резервуара, а другим, выведенным за пределы резервуара, подключен к приемопередатчику ультразвукового сигнала, соединенному с блоком обработки ультразвукового сигнала, при этом торцевая площадь первого поплавка больше торцевой площади цилиндрической части второго поплавка, и в первом поплавке выполнены сквозные отверстия для размещения в них с возможностью свободного хода стержней второго поплавка, верхние части стержней соединены со звукопроводом с помощью петли, не препятствующей свободному перемещению второго поплавка относительно первого, и оба поплавка снабжены пружинящими механическими контактами, взаимодействующими с поверхностью звукопровода.The problem is solved in that in a device for measuring the level and density of a liquid in a tank containing a sound pipe in the form of a linear body lowered into a tank with liquid, and two floats made with the possibility of movement relative to the sound pipe, the first float is made in the form of a cylinder and equipped with a through axial hole, and the second float is made up of two parts, the lower one, also made in the form of a cylinder, and the upper one, made in the form of rods located at the end of the cylinder with the same width along the length of its circumference, the second float mounted with the possibility of free movement relative to the first float, according to the invention, a sound duct made of a material that conducts ultrasonic radiation, for example steel, touches the bottom of the tank with one end and is connected to the transceiver with the other end ultrasonic signal connected to the processing unit of the ultrasonic signal, while the end area of the first float is larger than the end area of the cylindrical part of the second the float, and in the first float, through holes are made to accommodate the rods of the second float with free movement, the upper parts of the rods are connected to the sound duct using a loop that does not interfere with the free movement of the second float relative to the first, and both floats are equipped with spring-loaded mechanical contacts interacting with sound duct surface.
Технический результат заключается в использовании в качестве измеряемых параметров времен распространения ультразвукового импульса, отраженного от мест касания пружинящими механическими контактами поплавков непосредственно поверхности звукопровода. Практически было установлено, что ультразвуковой сигнал имеет ярко выраженный эхо-импульс в тех точках, где контакты поплавков касаются звукопровода. Это касание может быть очень легким, не препятствующим перемещению поплавков, имеющих определенную геометрию и взаимосвязь, и в то же время обеспечивать сигнал, хорошо распознаваемый приемником отраженного сигнала, что позволяет использовать информацию об относительном расположении поплавков для вычисления плотности жидкости. Что касается уровня жидкости, то достаточно иметь информацию, формируемую контактами одного из поплавков, а знание величины плотности жидкости позволяет вносить определенную коррекцию в значение уровня.The technical result consists in using, as measured parameters, the propagation times of an ultrasonic pulse reflected from the points of contact of the floats directly with the spring by mechanical contacts of the floats. In practice, it was found that the ultrasonic signal has a pronounced echo pulse at those points where the contacts of the floats touch the sound duct. This touch can be very light, not interfering with the movement of the floats having a certain geometry and relationship, and at the same time provide a signal that is well recognized by the receiver of the reflected signal, which allows you to use information about the relative location of the floats to calculate the density of the liquid. As for the liquid level, it is enough to have information formed by the contacts of one of the floats, and knowing the value of the liquid density allows you to make a certain correction in the level value.
Звукопровод может быть выполнен в виде ленты, стержня, прута или проволоки.Sound pipe can be made in the form of tape, rod, rod or wire.
Кроме того, на верхнем вертикальном участке звукопровода, расположенном в пределах резервуара, может быть выполнена реперная насечка, находящаяся на фиксированном расстоянии L от дна резервуара. Такая насечка целесообразна в том случае, когда звукопровод за пределами резервуара имеет достаточно большую длину, что может внести в результат измерения погрешность из-за разницы величин скорости звука в разных участках звукопровода: свободном и погруженном в жидкость из-за разницы температурных режимов.In addition, on the upper vertical section of the sound duct located within the tank, a reference notch can be made at a fixed distance L from the bottom of the tank. Such a notch is advisable in the case when the sound duct outside the reservoir has a sufficiently large length, which can introduce an error in the measurement result due to the difference in the speed of sound in different parts of the sound duct: free and immersed in the liquid due to the difference in temperature conditions.
На фиг.1 показано устройство, иллюстрирующее заявляемое изобретение в целом, на фиг.2 приведена сборка из двух поплавков, отражающая особенности их конструкции, на фиг.3 - эпюры эхо-сигналов.Figure 1 shows a device illustrating the claimed invention as a whole, figure 2 shows the assembly of two floats, reflecting the features of their design, figure 3 - plot echo signals.
В резервуар 1 с контролируемой жидкостью 2 опущен стальной прут 3, выполняющий функцию звукопровода. Нижний конец прута 3 с помощью демпфера 4 зафиксирован на дне 5 резервуара. Верхний конец прута 3 выведен за пределы резервуара 1 на необходимое расстояние и подключен к приемо-передатчику 6 ультразвукового сигнала, соединенному в свою очередь с блоком 7 обработки и регистрации информации. Первый поплавок 8 выполнен в форме цилиндра с осевьм сквозным каналом 9, через который свободно проходит прут 3. На стенках канала 9 выполнены подпружиненные контакты 10, обеспечивающие очень легкое касание прута 3, практически точечное. В теле поплавка 8 выполнены сквозные отверстия 11 для связи со вторым поплавком. Второй поплавок 12 состоит из цилиндрической части 13 и, по меньшей мере, двух выступов 14, равномерно расположенных на торце цилиндрической части 13. Эти выступы введены в сквозные отверстия 11 поплавка 8. В цилиндрической части 13 выполнен сквозной осевой канал 15, в котором закреплены подпружиненные механические контакты 16, обеспечивающие точечное касание прута 3. Верхние части выступов 14 соединены с прутом 3 с помощью накидной петли 17, ограничивающей поперечные колебательные движения одного поплавка относительно другого. На верхней вертикальной части прута 3 выполнена реперная насечка 18, находящаяся на известном расстоянии L от дна резервуара, обеспечивающем одинаковую температуру этого участка звукопровода.A steel rod 3, which performs the function of a sound pipe, is lowered into a reservoir 1 with a controlled liquid 2. The lower end of the rod 3 using the damper 4 is fixed on the bottom 5 of the tank. The upper end of the rod 3 is taken outside the tank 1 to the required distance and connected to the transceiver 6 of the ultrasonic signal, which is in turn connected to the information processing and recording unit 7. The first float 8 is made in the form of a cylinder with an axial through channel 9, through which the rod 3 freely passes. Spring-loaded contacts 10 are made on the walls of the channel 9, providing a very light touch of the rod 3, almost point. Through the body of the float 8 is made through holes 11 for communication with the second float. The second float 12 consists of a cylindrical part 13 and at least two protrusions 14 evenly spaced at the end of the cylindrical part 13. These protrusions are introduced into the through holes 11 of the float 8. A through
Устройство работает следующим образом. Поплавки 8 и 12, находящиеся в резервуаре с жидкостью, имеющей плотность ρ, погружены в жидкость на разную глубину. Высота выступов второго поплавка выбирается такой, чтобы при максимальной разнице погружений обоих поплавков эти выступы не должны выходить из соответствующих сквозных отверстий первого поплавка. Пусть первый поплавок 8 имеет массу M1, а второй поплавок 12 - массу М2. При этом площадь торцевой части первого поплавка 8 составляет S1, а суммарная площадь торцов цилиндрических выступов 14 второго поплавка 12 составляет S2. При данной высоте У жидкости относительно дна 5 резервуара 1 высота погруженной в жидкость части первого поплавка 8 составляет П1, а высота погруженных в жидкость цилиндрических выступов 14 второго поплавка 12 составляет П2. Разница между погружениями поплавков зависит от плотности жидкости.The device operates as follows. The floats 8 and 12, which are in the tank with a liquid having a density ρ, are immersed in the liquid at different depths. The height of the protrusions of the second float is selected so that at the maximum difference in immersion of the two floats, these protrusions should not come out of the corresponding through holes of the first float. Let the first float 8 has a mass of M 1 and the second float 12 has a mass of M 2 . The area of the end part of the first float 8 is S 1 , and the total area of the ends of the cylindrical protrusions 14 of the second float 12 is S 2 . At a given height U of the liquid relative to the bottom 5 of the tank 1, the height of the part of the first float 8 immersed in the liquid is P 1 , and the height of the cylindrical protrusions 14 of the second float 12 immersed in the liquid is P 2 . The difference between diving floats depends on the density of the liquid.
Высота всегда полностью погруженной цилиндрической части 13 второго поплавка 12 площадью S20 составляет П20.The height of the always completely submerged cylindrical part 13 of the second float 12 with an area of S 20 is P 20 .
У1 - текущая высота касания прута 3 пружинящими контактами 10, относящимся к первому поплавку 8.At 1 - the current height of the touch of the rod 3 spring contacts 10 related to the first float 8.
У2 - текущая высота касания прута 3 пружинящими контактами 16, относящимся ко второму поплавку 12. Оба значения У1 и У2 берутся от дна 5 резервуара.Y 2 - the current height of touch of the rod 3 by the spring contacts 16 relating to the second float 12. Both values of Y 1 and Y 2 are taken from the bottom 5 of the tank.
L - длина прута от реперной насечки 18 до дна 5 резервуара.L is the length of the rod from the reference notch 18 to the bottom 5 of the tank.
Δ1 - расстояние от нижнего торца первого поплавка 8 до пружинящего контакта 10.Δ 1 is the distance from the lower end of the first float 8 to the spring contact 10.
Δ2 - расстояние от верхнего торца цилиндрической части 13 второго поплавка 12 до пружинящего контакта 16.Δ 2 is the distance from the upper end of the cylindrical part 13 of the second float 12 to the spring contact 16.
С передатчика 6 ультразвукового сигнала ультразвуковая продольная волна направляется в стальной прут 3 со скоростью V, при этом на приемник 6 возвращаются эхо-сигналы, отраженные от мест касания пружинящих контактов 10 и 16 обоих поплавков, дна 5 резервуара и реперной насечки 18. На приведенной временной эпюре (фиг.3) показаны следующие эхо-сигналы:From the transmitter 6 of the ultrasonic signal, the ultrasonic longitudinal wave is directed to the steel bar 3 at a speed V, while the echo signals returned from the touch points of the spring contacts 10 and 16 of both floats, the bottom 5 of the tank and the reference notch 18 are returned to the receiver 6. the diagram (figure 3) shows the following echoes:
T1 - время возврата излучения, первично отраженного от места касания первого поплавка;T 1 is the return time of radiation primarily reflected from the point of contact of the first float;
T2 - время возврата излучения, первично отраженного от места касания второго поплавка;T 2 is the time of return of radiation primarily reflected from the point of contact of the second float;
Т0 - время возврата излучения, первично отраженного от свободного конца твердого тела (на уровне дна резервуара);T 0 is the return time of radiation primarily reflected from the free end of the solid (at the level of the bottom of the tank);
Тр - время возврата излучения от реперной насечки.Tp is the time of radiation return from the reference notch.
Из условий равновесия сил тяготения и гидростатического выталкивания для поплавков следует:From the equilibrium conditions of gravity and hydrostatic pushing for floats, it follows:
При этом для уровней погружения поплавков справедливы следующие соотношения:Moreover, for the levels of immersion of the floats the following relationships are true:
Приравнивая левые части уравнений (3) и (4) друг другу и подставляя значения П1 и П2 из уравнений (1) и (2), получимEquating the left-hand sides of equations (3) and (4) to each other and substituting the values of P 1 and P 2 from equations (1) and (2), we obtain
Погружения поплавков определяют положение эхо-сигналов на временной развертке в соответствии со следующими выражениямиDiving floats determine the position of the echo signals in the time base in accordance with the following expressions
Из уравнений (6), (7) и (8) следуетFrom equations (6), (7) and (8) it follows
Уравнения (5) и (9) дают окончательное уравнение для определения плотности ρ на основании исходных габаритно-весовых показателей поплавков и регистрации временной развертки эхо-сигналов.Equations (5) and (9) give the final equation for determining the density ρ based on the initial dimensional and weight indicators of the floats and recording the time base of the echo signals.
Для определения уровня У из выражений (1), (3), (6) и (7) имеется следующее окончательное выражениеTo determine the level of Y from the expressions (1), (3), (6) and (7) there is the following final expression
Таким образом, для определения плотности и уровня необходимы геометрические параметры поплавков и измеренные времена прохождения ультразвукового импульса по звукопроводу.Thus, to determine the density and level, the geometric parameters of the floats and the measured transit times of the ultrasonic pulse through the sound duct are necessary.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132594/28A RU2253094C1 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132594/28A RU2253094C1 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2253094C1 true RU2253094C1 (en) | 2005-05-27 |
Family
ID=35824594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003132594/28A RU2253094C1 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2253094C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106198309A (en) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 长沙长泰机器人有限公司 | Density of Emulsion Explosive intelligent checking system and method |
-
2003
- 2003-11-06 RU RU2003132594/28A patent/RU2253094C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106198309A (en) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 长沙长泰机器人有限公司 | Density of Emulsion Explosive intelligent checking system and method |
| CN106198309B (en) * | 2016-08-30 | 2019-02-26 | 长沙长泰机器人有限公司 | Density of Emulsion Explosive intelligent checking system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106338332B (en) | System and method for measuring sound velocity in liquid or gaseous medium | |
| US5253522A (en) | Apparatus for determining fluid level and fluid density | |
| JPH05231905A (en) | Distance measuring equipment and method | |
| US4890490A (en) | Liquid level monitoring | |
| EP2751542B1 (en) | Ultrasonic liquid level detector | |
| US20050241391A1 (en) | Targeted guided wire level measuring device | |
| KR101258482B1 (en) | Liquid level and density measurement device | |
| CN101592513B (en) | Ocean engineering sink tank water level monitor | |
| CN102183269A (en) | Torsional sensor, method thereof, and system for measurement of fluid parameters | |
| US8180582B2 (en) | System and method for sensing liquid levels | |
| KR101141961B1 (en) | Liquid level and density measurement apparatus | |
| RU2273838C1 (en) | Density meter | |
| RU2253094C1 (en) | Ultrasonic arrangement for measuring the level and density of liquid in a reservoir | |
| KR20140089806A (en) | Ultrasonic level measurement device | |
| CN113795732A (en) | Level gauge, spraying assembly and unmanned aerial vehicle | |
| WO2006134358A1 (en) | Acoustic wave sensor for sensing fluid level | |
| CN212058988U (en) | Level gauge, spraying assembly and unmanned aerial vehicle | |
| RU2710007C1 (en) | Bypass level gauge | |
| RU2478917C2 (en) | Fluid medium flow metre in free-flow pipelines | |
| RU2138028C1 (en) | Device measuring level and density | |
| RU155410U1 (en) | ADAPTIVE MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF VEHICLE LEVEL AND DENSITY OF FUEL FUEL (ITS OPTIONS) | |
| Terzic et al. | Ultrasonic sensing technology | |
| CN113340380A (en) | Method for detecting liquid level position based on surface wave mode conversion | |
| CN212058977U (en) | Liquid level sensor and liquid level detection device | |
| CN206504772U (en) | A kind of radar level gauge system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101107 |