RU2367911C1 - Датчик уровня жидкости в открытых каналах - Google Patents
Датчик уровня жидкости в открытых каналах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367911C1 RU2367911C1 RU2008106735/28A RU2008106735A RU2367911C1 RU 2367911 C1 RU2367911 C1 RU 2367911C1 RU 2008106735/28 A RU2008106735/28 A RU 2008106735/28A RU 2008106735 A RU2008106735 A RU 2008106735A RU 2367911 C1 RU2367911 C1 RU 2367911C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensitive element
- level
- liquid
- conductor
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня жидкости или ее расхода в открытых искусственных каналах типа желобов, лотков произвольного профиля. Сущность: датчик содержит чувствительный элемент на основе отрезка длинной линии, электронный блок для возбуждения электромагнитных колебаний на двух его собственных частотах и для их измерений и блок преобразования собственных частот. Для получения линейной выходной характеристики при измерениях уровня или расхода жидкости в открытых каналах чувствительный элемент выполнен в виде диэлектрической ленты, внутри которой распределен проводник, расположенный над металлической полоской. Оба конца проводника находятся на одном конце ленты и соединены там с металлической полоской. При этом чувствительный элемент размещен на внутренней стенке открытого канала. Технический результат: датчик уровня жидкости в открытых каналах не создает помехи потоку жидкости, обеспечивает полный диапазон измерения уровня и независимость результатов измерения от свойств контролируемой жидкости. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня жидкости или ее расхода в открытых искусственных каналах типа желобов, лотков произвольного профиля. В частности, оно может быть применено в системах учета количества сточных вод, экологического мониторинга канализационных систем.
Для таких систем существующие средства не отвечают в полной мере требованиям точности измерения, надежности и удобству эксплуатации.
Сточные жидкости (в том числе с включениями частиц различной крупности) обычно неоднородны, с изменяющимся составом, что ограничивает применение уровнемеров, основанных на традиционных методах измерения. В одних случаях - из-за требования бесконтактного измерения не используются буйковые, поплавковые, емкостные уровнемеры. В других - бесконтактные уровнемеры такие, как акустические, СВЧ, электромагнитные имеют большие погрешности измерения, обусловленные изменениями электрофизических свойств контролируемой среды, или они не обеспечивают полный диапазон измерения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является радиочастотный инвариантный датчик уровня жидкости, в котором уровень определяется в результате преобразования по определенному алгоритму двух измеренных собственных частот чувствительного элемента [В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, стр.100, 102-103]. Чувствительный элемент сформирован на основе распределенного отрезка длинной линии в плоскостях, перпендикулярных плоскости уровня. Применительно к измерению в открытых каналах такой чувствительный элемент создает помехи потоку. В этом основной недостаток прототипа. Кроме этого в преобразованиях частот таких датчиков, обеспечивающих независимость измерений от свойств жидкости, не учитывается профиль поперечного сечения канала, что в некоторых случаях может привести к существенной нелинейности выходной характеристики датчика при измерениях расхода по значениям уровня.
Целью предлагаемого изобретения является создание конструктивно простого датчика уровня жидкости в открытых каналах, который не создает помехи потоку жидкости, обеспечивает полный диапазон измерения уровня и независимость результатов измерения от свойств контролируемой жидкости и легко встраивается в действующие объекты контроля. Датчик должен иметь возможность формирования линейной выходной характеристики при измерениях уровня или расхода жидкости.
В предлагаемом датчике уровня жидкости в открытых каналах, содержащем чувствительный элемент на основе отрезка длинной линии, электронный блок для возбуждения электромагнитных колебаний на двух его собственных частотах и для их измерения, и блок преобразования собственных частот, чувствительный элемент выполнен в виде диэлектрической ленты, внутри которой тонкий проводник распределен по всей ее длине над металлической полоской так, что оба конца проводника находятся на одном из концов ленты и соединены там с металлической полоской, диэлектрическая лента закреплена на внутренней стенке открытого канала.
Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности являются тип чувствительного элемента, схема соединения концов проводника с металлической полоской и размещение чувствительного элемента на внутренней стенке открытого канала.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - структура датчика, на фиг.2 - эскиз поперечного сечения чувствительного элемента, на фиг.3 - электрическая схема чувствительного элемента и его пространственное распределение, на фиг.4 - выходная характеристика устройства.
Датчик включает следующие основные элементы: чувствительный элемент 1 на основе отрезка длинной линии, собственные частоты которого зависят от степени его заполнения жидкостью (или от уровня h) и от ее диэлектрической проницаемости ε, электронный блок 2, осуществляющий попеременное возбуждение электромагнитных колебаний в чувствительном элементе на двух его собственных частотах f1 и f2 и измерение этих частот; блок преобразования 3 собственных частот (вычислительное устройство), преобразующий их по определенному алгоритму в величину F(h), зависящую только от уровня.
Чувствительный элемент, выполненный в виде ленты, поперечное сечение которой показано на фиг.2, состоит из тонкого проводника 4, металлической полоски 5, над которой распределен этот проводник, и диэлектрического покрытия 6. Конфигурация распределения проводника по длине чувствительного элемента зависит от требований к виду частотной зависимости. Такая структура чувствительного элемента обеспечивает информативность резонансной частоты для контролируемых сред с любой проводимостью. Наличие металлической полоски 5 позволяет исключить влияние материала стенки канала на выходную характеристику датчика.
В электронном блоке 2 два генератора электрического гармонического сигнала с перестраиваемой частотой через управляемый ключ и элемент связи попеременно возбуждают электромагнитные колебания в чувствительном элементе 1. Связь генератора с чувствительным элементом обеспечивается кабелем так, что его внутренний провод подсоединен к его проводнику в точке, близкой к точке соединения его конца с металлической полоской; на том же расстоянии подсоединен экран кабеля. Таким же образом с другого конца проводника снимается сигнал на детектор. При совпадении частоты генераторов с собственными частотами чувствительного элемента резко (в соответствии с величиной добротности) увеличивается сигнал, подаваемый на детектор. Следящая схема поддерживает эти значения частот для измерений и формирует сигнал для управления ключом. Выбор номеров двух собственных частот чувствительного элемента определяется требованиями к выходной характеристике датчика и соответствующей конфигурацией распределения проводника.
В вычислительном устройстве 3 измеренные собственные частоты f1 и f2 преобразуются по определенному алгоритму в величину F, однозначно связанную с контролируемым уровнем h и не зависящую от диэлектрической проницаемости и проводимости заполняемой среды.
Рассмотрим построение предлагаемого датчика для измерения уровня жидкости на примере канала в виде желоба с полукруглым сечением. Для чувствительного элемента используют двухпроводную линию в плоской изоляции по длине, равной длине полуокружности желоба. Эта лента с соединенными между собой проводниками на одном из ее концов герметически приклеивается к металлической полоске, с которой электрически соединены другие концы проводников. Такая конструкция чувствительного элемента укладывается по стенке желоба так, что продольная ось ленты находится в его поперечном сечении.
Электрическая схема для возбуждаемых электромагнитных колебаний в чувствительном элементе, как в пространственно распределенном отрезке длинной линии, по отношению к степени его заполнения показана на фиг.3. Оба конца отрезка короткозамкнуты в точке А; пространственно отрезок распределен по окружности (в соответствии с поперечным сечением желоба). Для этой схемы зависимость ее резонансных частот fi, нормированных к соответствующим резонансным частотам foi при х=0, от степени заполнения x/l приближенно может быть записана fi/f0i=(1+ki(ε-1)φi(x/l))-1/2…(1), где х - длина ленты, погруженной в жидкость (длина дуги ab заштрихованной области), l - полная длина ленты (равная длине полуокружности желоба АВ), i - номер резонансной частоты, возбуждаемой в чувствительном элементе, ki - коэффициент, определяемый параметрами диэлектрической оболочки и внешних цепей, φi(x/l) - функция, вид которой определяется распределением напряжения вдоль проводника. Для рассматриваемого распределения φ1=х/l…(2), φ2=(х/l)+(1/π)sin(πх/l)…(3).
Из последних выражений следует, что результат преобразования частот однозначно определяется степенью заполнения х/l и не зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости.
На фиг.4 изображен график значений F в зависимости от уровня жидкости h, отнесенного к радиусу желоба r, для расчетных значений частот, полученных из формулы (1) с учетом (2 и 3); точками отмечены значения F по измеренным частотам чувствительного элемента, заполняемого водой. Степень заполнения длинной линии и уровень жидкости связаны между собой соотношением h/r=1-cos(πх/2l). Отметим хорошее совпадение экспериментальных и расчетных результатов и приемлемую линейность зависимости F от уровня жидкости в желобе.
Таким образом предлагаемый датчик уровня жидкости в открытых каналах не создает помехи потоку жидкости, обеспечивает независимость результатов измерения от свойств контролируемой жидкости и имеет выходную характеристику, близкую к линейной.
При известной информации об уровне жидкости в открытом канале ее расход Q определяется по формуле , где А=ϕ(h/r) - коэффициент формы и наполнения канала, постоянные коэффициенты K, I, связанные с величиной уклона, устанавливаются экспериментально (см. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. Расходомеры для систем водоснабжения и канализации, М., Стройиздат, 1976, стр.283-284). Распределением тонкого проводника в чувствительном элементе при необходимости можно добиться линейной зависимости функции F от расхода Q.
Claims (1)
- Датчик уровня жидкости в открытых каналах, содержащий чувствительный элемент на основе отрезка длинной линии, электронный блок для возбуждения электромагнитных колебаний на двух его собственных частотах и для их измерения, и блок преобразования собственных частот, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде диэлектрической ленты, внутри которой тонкий проводник распределен по всей ее длине над металлической полоской так, что оба конца проводника находятся на одном из концов ленты и соединены там с металлической полоской, диэлектрическая лента закреплена на внутренней стенке открытого канала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008106735/28A RU2367911C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Датчик уровня жидкости в открытых каналах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008106735/28A RU2367911C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Датчик уровня жидкости в открытых каналах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2367911C1 true RU2367911C1 (ru) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008106735/28A RU2367911C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Датчик уровня жидкости в открытых каналах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2367911C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499230C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Радиочастотный датчик уровня с u-образным чувствительным элементом |
-
2008
- 2008-02-21 RU RU2008106735/28A patent/RU2367911C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989, с.100, 102-103. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499230C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Радиочастотный датчик уровня с u-образным чувствительным элементом |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2006254863B2 (en) | Self-calibrating liquid level transmitter | |
Bera et al. | Study of a modified capacitance-type level transducer for any type of liquid | |
Loizou et al. | A low-cost capacitive sensor for water level monitoring in large-scale storage tanks | |
US20030019291A1 (en) | Electromagnetic method of liquid level monitoring | |
US11249033B2 (en) | Method and device for measuring the physical parameters of a material | |
JP6608174B2 (ja) | センサ、測定装置、および測定方法 | |
US10018494B2 (en) | Temperature compensated transmission line based liquid level sensing apparatus and method | |
US3916689A (en) | Capacitance fuel tank gauge | |
JP2004093565A (ja) | 充填レベル測定機器 | |
RU2367911C1 (ru) | Датчик уровня жидкости в открытых каналах | |
US11079267B2 (en) | Isolated capacitive liquid level probe | |
JP2011141255A (ja) | 抵抗変化式液面レベル計 | |
JP2007047006A (ja) | 静電容量式センサ | |
Roy et al. | Low cost non contact capacitive gauge glass level transmitter suitable for remote measurement & control | |
RU2332643C1 (ru) | Устройство для измерения уровня электропроводящей жидкости | |
RU2393435C1 (ru) | Способ индикации наличия жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления | |
WO2016043629A1 (ru) | Способ и устройство измерения физических параметров материала | |
RU2365902C1 (ru) | Датчик влажности нефти | |
RU85641U1 (ru) | Емкостной измеритель уровня жидкости | |
KR100477090B1 (ko) | 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량측정방법 | |
CN202869597U (zh) | 一种用于太阳能热水器的水位及水温检测装置 | |
CN111868483B (zh) | 确定测量管中液体填充水平的装置和具有该装置的流量计 | |
RU2130170C1 (ru) | Способ измерения расхода и степени загрязненности жидкости в безнапорных каналах круглого сечения | |
HU189801B (en) | Device and method for measuring level of liquid | |
IT9068012A1 (it) | Sensore capacitivo del volume di un liquido |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180222 |