RU2407993C1 - Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method - Google Patents
Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407993C1 RU2407993C1 RU2009141472/28A RU2009141472A RU2407993C1 RU 2407993 C1 RU2407993 C1 RU 2407993C1 RU 2009141472/28 A RU2009141472/28 A RU 2009141472/28A RU 2009141472 A RU2009141472 A RU 2009141472A RU 2407993 C1 RU2407993 C1 RU 2407993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- liquid level
- electrode
- capacitor
- capacitive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, например в резервуарах с нефтью или нефтепродуктами.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to measure the level of dielectric and conductive liquids, for example in tanks with oil or oil products.
Уровень техникиState of the art
Известен способ измерения уровня жидкости в баке путем использования подключенного к генератору, соединенному через частотомер с индикатором, емкостного датчика, установленного в баке с измеряемой жидкостью. Датчик снабжен подвижным ползуном с проводящим покрытием и расположен в магнитопроницаемой трубке, на которой с возможностью перемещения установлен кольцевой поплавок с постоянным магнитом. При изменении уровня топлива поплавок перемещается, синхронно ему перемещается и ползун, фиксируя изменения емкости (см. описание изобретения к патенту РФ №2040779, C01P 23/16, опубл. 1995.07.25).A known method of measuring the liquid level in a tank by using a capacitive sensor connected to a generator connected through a frequency meter to an indicator mounted in a tank with a measured liquid. The sensor is equipped with a movable slider with a conductive coating and is located in a magnetically permeable tube, on which an annular float with a permanent magnet is mounted with the possibility of movement. When the fuel level changes, the float moves, the slider moves simultaneously to it, fixing the changes in capacity (see the description of the invention to RF patent No. 2040779, C01P 23/16, publ. 1995.07.25).
Недостатком известного способа является низкая точность измерения и трудность его реализации при значительных перепадах уровня, достигающих 10-20 метров.The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement and the difficulty of its implementation with significant level drops reaching 10-20 meters.
Известен емкостной способ измерения уровня жидкости путем использования емкостного датчика уровня жидкости и компенсационного конденсаторного датчика, показания которого вводят коррекции в измерительную схему (см. Датчики: Справочное пособие / Шарапов В.М., Минаев И.Г. и др. / Черкассы: Брама-Украина, 2008, глава 8, стр.285-287).A known capacitive method of measuring the liquid level by using a capacitive liquid level sensor and a compensation capacitor sensor, the readings of which introduce corrections into the measuring circuit (see Sensors: Reference manual / Sharapov V.M., Minaev I.G. et al. / Cherkasy: Brama -Ukraine, 2008, chapter 8, pp. 285-287).
Недостатком известного способа является необходимость при его реализации установки дополнительной линии связи компенсационного датчика с измерительным устройством. При этом измеряемая емкость компенсационного датчика возрастает на величину емкости линии связи, свойства которой зависят от ее длины, и меняются со временем (явление старения) и под воздействием температуры. Это снижает точность измерения и усложняет монтаж устройства.The disadvantage of this method is the need for its implementation to install an additional communication line of the compensation sensor with the measuring device. In this case, the measured capacity of the compensation sensor increases by the value of the capacity of the communication line, the properties of which depend on its length, and change with time (aging) and under the influence of temperature. This reduces the accuracy of the measurement and complicates the installation of the device.
Известен емкостной датчик диэлектрических свойств газообразных и жидких сред, содержащий электроды, подключенные к выходным клеммам. Электроды выполнены из гибких металлических одножильных или многожильных проводов, покрытых изоляцией и произвольно уложенных в клубок (см. А.с. СССР 1125530 А, 23.11.1983, И.Г.Минаев, О.В.Реброва).Known capacitive sensor of the dielectric properties of gaseous and liquid media, containing electrodes connected to the output terminals. The electrodes are made of flexible metal single-core or stranded wires coated with insulation and randomly laid in a ball (see A.S. USSR 1125530 A, 11/23/1983, I.G. Minaev, O.V. Rebrova).
Данный датчик может служить сигнализатором уровня жидких сред на границе раздела «жидкость-воздух» или «жидкость-жидкость». Во втором случае жидкости должны быть несмешиваемые и отличаться между собой значением диэлектрической проницаемости.This sensor can serve as a signaling device for the level of liquid media at the interface “liquid-air” or “liquid-liquid”. In the second case, the liquids must be immiscible and differ in the value of permittivity.
Недостатком указанного датчика является отсутствие возможности непрерывного контроля уровня жидкости, особенно при больших его изменениях.The disadvantage of this sensor is the inability to continuously monitor the liquid level, especially with large changes.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту (и принятый авторами за прототип) является способ измерения уровня диэлектрической жидкости, который осуществляют погруженным в нее емкостным уровнемером в виде ряда расположенных вертикально один над другим и пронумерованных в порядке возрастания снизу вверх одинаковых единичных конденсаторов, в междуэлектродное пространство которых свободно поступает диэлектрическая жидкость. Последовательно измеряют емкости единичных конденсаторов, начиная с нижнего. По результатам проведенных измерений определяют искомый порядковый номер первого из единичных конденсаторов, у которого междуэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью меньше его длины. Измеряют суммарную емкость единичного конденсатора с искомым порядковым номером и подключенного к нему параллельно на время измерения, смежного с ним нижнего единичного конденсатора. Определяют длину заполнения междуэлектродного пространства диэлектрической жидкостью этих двух параллельно подключенных единичных конденсаторов по соответствующей формуле. Затем определяют уровень диэлектрической жидкости по соответствующей формуле (см. описание изобретения к патенту РФ №2242727 С2, G01F 23/26, опубл. 2004.12.20).The closest in technical essence and the achieved positive effect (and adopted by the authors for the prototype) is a method for measuring the level of dielectric liquid, which is carried out by immersed in it capacitive level gauge in the form of a series of identical unit capacitors located vertically one above the other and numbered in ascending order from bottom to top, interelectrode space of which the dielectric fluid flows freely. Consistently measure the capacitance of individual capacitors, starting from the bottom. According to the results of the measurements, the desired serial number of the first of the unit capacitors is determined, in which the interelectrode space is filled with a dielectric liquid less than its length. The total capacitance of a unit capacitor with the desired serial number and the lower unit capacitor connected to it at the time of measurement, parallel to it, is measured. Determine the filling length of the interelectrode space with the dielectric fluid of these two parallel connected unit capacitors according to the corresponding formula. Then, the dielectric fluid level is determined by the corresponding formula (see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2222727 C2, G01F 23/26, publ. 2004.12.20).
Недостатками известного способа являются большие затраты времени на измерения, а также отсутствие возможности компенсировать погрешность измерений, вызванную изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости. Диэлектрическая проницаемость может изменяться в случае замены марки или сорта контролируемой жидкости, а также изменением ее температуры.The disadvantages of this method are the large investment of time in the measurement, as well as the inability to compensate for the measurement error caused by the change in the dielectric constant of the controlled fluid. The dielectric constant may change in case of replacement of the brand or grade of the controlled fluid, as well as a change in its temperature.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту (и принятый авторами за прототип) является емкостной датчик уровня, содержащий электроизолированные друг от друга цилиндрические коаксиальные электроды, расположенные на экране, выполненном в виде соединенных трубой втулок. Труба проходит в полости внутреннего электрода и электроизолирована от него. На одной втулке электроды закреплены винтами и гайками и электроизолированы, а другая втулка расположена на противоположных торцах электродов (см. описание изобретения к патенту РФ №2112931, С1, G01F 23/26, опубл. 1998.06.10).The closest in technical essence and the achieved positive effect (and accepted by the authors for the prototype) is a capacitive level sensor containing cylindrical coaxial electrodes insulated from each other, located on the screen made in the form of bushings connected by a pipe. The pipe passes in the cavity of the inner electrode and is insulated from it. On one sleeve, the electrodes are fixed with screws and nuts and insulated, and the other sleeve is located on opposite ends of the electrodes (see the description of the invention to RF patent No. 2112931, C1, G01F 23/26, publ. 1998.06.10).
Недостатком датчика является громоздкость и материалоемкость конструкции.The disadvantage of the sensor is the bulkiness and material consumption of the design.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности измерения уровня жидкостей, а также к устранению погрешности измерений, вызванных изменением диэлектрических свойств контролируемой среды.The technical result that can be achieved using the present invention is to improve the accuracy of measuring the level of liquids, as well as to eliminate the measurement error caused by changes in the dielectric properties of the controlled medium.
Технический результат достигается тем, что емкостной способ измерения уровня жидкостей основан на измерении электрической емкости двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости, что поочередно в любой последовательности измеряют емкость двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости и измеряют емкость этого же датчика после подключения к нему конденсаторного датчика диэлектрических свойств, после чего рассчитывают уровень h от верхнего торца двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости по формуле:The technical result is achieved in that the capacitive method of measuring the level of liquids is based on measuring the electrical capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor, which alternately in any sequence measure the capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor and measure the capacitance of the same sensor after connecting a capacitor sensor of dielectric properties to it, after which calculate the level h from the upper end of the two-electrode capacitor liquid level sensor according to the formulas e:
где h - уровень контролируемой жидкости в резервуаре;where h is the level of controlled fluid in the tank;
CA - электрическая емкость двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости;C A - electric capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor;
CB - общая емкость двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости с подключенным параллельно конденсаторным датчиком диэлектрических свойств;C B is the total capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor with a capacitor sensor of dielectric properties connected in parallel;
А, В, и D - конструктивные параметры двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости и конденсаторного датчика диэлектрических свойств.A, B, and D are the design parameters of a two-electrode capacitor liquid level sensor and a capacitor sensor of dielectric properties.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения уровня жидкости содержит двухэлектродный конденсаторный датчик уровня жидкости, выполненный в виде коаксиального конденсатора, и содержит два цилиндрических электрода, при этом нижний конец внутреннего электрода двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости соединен с одним из электродов конденсаторного датчика диэлектрических свойств через замыкающий контакт герконового реле, а нижний конец внешнего электрода двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости соединен со вторым электродом конденсаторного датчика диэлектрических свойств.The technical result is achieved in that the device for measuring the liquid level contains a two-electrode capacitor liquid level sensor, made in the form of a coaxial capacitor, and contains two cylindrical electrodes, while the lower end of the inner electrode of the two-electrode capacitor liquid level sensor is connected to one of the electrodes of the capacitor sensor of dielectric properties through the make contact of the reed relay, and the lower end of the external electrode of the two-electrode capacitor sensor a liquid level connected to the second electrode of the capacitor dielectric properties of the sensor.
Сущность емкостного способа измерения уровня жидкостей, основанного на измерении электрической емкости двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, заключается в том, что поочередно в любой последовательности измеряют емкость CA двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и после параллельного подключения к нему конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств через замыкающий контакт герконового реле 7, измеряют общую емкость CB двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, после чего рассчитывают уровень h от верхнего торца двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости по формуле:The essence of the capacitive method for measuring the level of liquids, based on the measurement of the electric capacitance of a two-electrode capacitor sensor 2 of a liquid level, is that, in any sequence, the capacitance C A of a two-electrode capacitor sensor 2 of a liquid level is measured in series and after a parallel connection of a capacitor sensor 4 of dielectric properties through NO contact reed relay 7, measured total capacitance of the capacitor C B two-electrode liquid level sensor 2 and the condensate Foot sensor 4 dielectric properties, then calculated the level h from the upper end of the two-electrode capacitor 2 liquid level sensor according to the formula:
где h - уровень контролируемой жидкости в резервуаре;where h is the level of controlled fluid in the tank;
А, В, и D - конструктивные параметры двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств.A, B, and D are the design parameters of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level and the capacitor sensor 4 of dielectric properties.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертеже изображена схема устройства для измерения уровня жидкости, реализующего емкостной способ измерения уровня жидкостей.The drawing shows a diagram of a device for measuring the level of a liquid that implements a capacitive method of measuring the level of liquids.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Емкостной способ измерения уровня жидкостей осуществляют прибором 1 для измерения электрической емкости, подключенным к двухэлектродному конденсаторному датчику 2 уровня жидкости, установленному вертикально в резервуаре 3 с контролируемой жидкостью, путем поочередного измерения емкости CA самого двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и после параллельного подключения к нему конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, полость которого постоянно заполнена контролируемой жидкостью, и измеряют общую емкость CB двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и параллельно подключенного к нему конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, после чего рассчитывают уровень h от верхней отметки двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкостей по формуле:The capacitive method for measuring the level of liquids is carried out by the device 1 for measuring the electric capacitance connected to a two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level, mounted vertically in the tank 3 with the controlled liquid, by alternately measuring the capacitance C A of the most two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level and after parallel connection to it a capacitor sensor 4 of dielectric properties, the cavity of which is constantly filled with a controlled fluid, and measure the total capacity C B of a two-electrode capacitor sensor 2 of a liquid level and a parallel-connected capacitor sensor 4 of dielectric properties, after which the level h from the upper mark of a two-electrode capacitor sensor 2 of a liquid level is calculated by the formula:
где h - уровень контролируемой жидкости в резервуаре;where h is the level of controlled fluid in the tank;
А, В, и D - конструктивные параметры двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств контролируемой жидкости.A, B, and D are the design parameters of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level and the capacitor sensor 4 of the dielectric properties of the controlled fluid.
Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре 3 содержит двухэлектродный конденсаторный датчик 2 уровня жидкости, соединенный параллельно с конденсаторным датчиком 4 диэлектрических свойств, установленным в нижней части устройства для измерения уровня жидкости. Двухэлектродный конденсаторный датчик 2 уровня жидкости выполнен в виде коаксиального конденсатора с цилиндрическими электродами 5, внутренним, и 6, внешним. Нижний конец внутреннего электрода 5 двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости соединен с одним из электродов конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств через замыкающий контакт герконового реле 7. Нижний конец внешнего электрода 6 двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости соединен со вторым электродом конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств. Конденсаторный датчик 4 диэлектрических свойств выполнен в виде произвольно уложенных проволочных электродов, покрытых изоляцией, межэлектродное пространство которых постоянно заполнено контролируемой жидкостью. Двухэлектродный конденсаторный датчик 2 уровня жидкости подключен к прибору 1 для измерения электрической емкости. Устройство для измерения уровня жидкости может быть использовано как для диэлектрических жидкостей, так и для токопроводящих жидкостей. В этом случае хотя бы один из электродов двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств должен иметь изолирующее покрытие из одного и того же диэлектрика.A device for measuring the liquid level in the tank 3 contains a two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level, connected in parallel with a capacitor sensor 4 of dielectric properties installed in the lower part of the device for measuring the liquid level. The two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level is made in the form of a coaxial capacitor with cylindrical electrodes 5, internal, and 6, external. The lower end of the inner electrode 5 of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level is connected to one of the electrodes of the capacitor sensor 4 of the dielectric property through the make contact of the reed relay 7. The lower end of the outer electrode 6 of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level is connected to the second electrode of the capacitor sensor 4 of dielectric properties. The capacitor sensor 4 of dielectric properties is made in the form of randomly laid wire electrodes coated with insulation, the interelectrode space of which is constantly filled with a controlled fluid. A two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level is connected to the device 1 for measuring electrical capacitance. A device for measuring the liquid level can be used both for dielectric liquids and for conductive liquids. In this case, at least one of the electrodes of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level and the capacitor sensor 4 of dielectric properties must have an insulating coating of the same dielectric.
Измерения уровня жидкости в резервуаре происходят следующим емкостным способом измерения уровня жидкостей. Вертикально устанавливают устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре 3. Измеряют электрическую емкость CA двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости.Measurement of the liquid level in the tank is carried out by the following capacitive method of measuring the liquid level. A device for measuring the liquid level in the tank 3 is vertically installed. The electric capacitance C A of the two-electrode liquid level capacitor sensor 2 is measured.
Емкость двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости в общем случае, когда уровень контролируемой жидкости находится между крайними отметками, определяется выражением:The capacity of a two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level in the General case, when the level of the controlled liquid is between the extreme marks, is determined by the expression:
где C1 - емкость незаполненной жидкостью части двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости;where C 1 is the capacity of the unfilled liquid part of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level;
С2 - емкость погруженной части в жидкость этого датчика.C 2 - the capacity of the immersed part in the liquid of this sensor.
Затем через замыкающий контакт герконового реле 7 подключают к прибору 1 для измерения электрической емкости конденсаторный датчик 4 диэлектрических свойств, параллельно соединенный с двухэлектродным конденсаторным датчиком 2 уровня жидкости. Измеряют общую емкость CB двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости с подключенным параллельно конденсаторным датчиком 4 диэлектрических свойств.Then, via the make contact of the reed relay 7, a capacitor sensor 4 of dielectric properties connected in parallel with a two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level is connected to the device 1 for measuring electric capacity. Measure the total capacitance C B of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level with a capacitor sensor 4 of dielectric properties connected in parallel.
Общая емкость CB при этих же условиях будет определяться выражением:The total capacity C B under the same conditions will be determined by the expression:
где С3 - емкость конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, постоянно погруженного в контролируемую жидкость.where C 3 is the capacitance of the capacitor sensor 4 of dielectric properties, constantly immersed in a controlled fluid.
Значение C1 и С2 изменяется вместе с изменением уровня контролируемой жидкости в резервуаре 3, и соответственно изменяется CA.The value of C 1 and C 2 changes with the change in the level of the controlled fluid in the tank 3, and accordingly C A changes.
Однако С3 не зависит от изменения уровня жидкости, а является функцией только диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости.However, C 3 does not depend on a change in the liquid level, but is a function of only the dielectric constant of the controlled liquid.
Емкость C1 зависит от изменения уровня контролируемой жидкости в резервуаре 3, т.е. от длины непогруженной части двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, и соответственно от удельной емкости пустого датчика. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха или газовой среды на изменение емкости влиять не будет, так как диэлектрическая проницаемость воздуха и различных газовых сред приблизительно равна единице.The capacity C 1 depends on the change in the level of the controlled fluid in the tank 3, i.e. from the length of the unloaded part of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level, and accordingly from the specific capacity of the empty sensor. The relative dielectric constant of air or a gaseous medium will not affect the change in capacitance, since the dielectric constant of air and various gaseous media is approximately equal to unity.
Отчет показаний уровня можно вести от любой вертикальной точки резервуара 3. Например: от дна резервуара 3, от нижнего или верхнего конца двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости. Простыми геометрическими расчетами легко эти системы отчета привязать к любой удобной точке. Однако отчет уровня h жидкости удобнее вести от верхнего конца двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, особенно для заглубленных в землю резервуаров, а также в тех случаях, когда по технологическому регламенту измерение уровня жидкости происходит в верхней части резервуара 3, и длину L двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости можно выбрать меньше высоты самого резервуара 3. В этом случае в расчетную формулу для измерения уровня жидкости на основании очевидных геометрических построений следует ввести поправку, равную разности вертикальных отметок верхнего конца двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и принятой новой точки отсчета.A report of the level readings can be conducted from any vertical point of the tank 3. For example: from the bottom of the tank 3, from the lower or upper end of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level. With simple geometric calculations, these reporting systems are easy to tie to any convenient point. However, it is more convenient to report the liquid level h from the upper end of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level, especially for tanks buried in the ground, as well as in cases where, according to the technological regulations, the measurement of the liquid level occurs in the upper part of the tank 3, and the length L of the two-electrode capacitor sensor 2 liquid levels, you can choose less than the height of the tank 3. In this case, the calculation formula for measuring the liquid level based on obvious geometric constructions should be entered a correction equal to the difference in vertical elevations of the upper end of the two-electrode capacitor sensor 2 and liquid level adopted by the new reference point.
Вводят понятие удельной емкости γ двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости в незаполненном состоянии на единицу его длинны. Значение γ для коаксиального датчика определяется по известным методикам расчетным путем (см. Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2006, глава 3, стр.66-68), либо определяется экспериментально при изготовлении датчика. Тогда, емкость C1:The concept of specific capacitance γ of a two-electrode capacitor sensor 2 of a liquid level in an empty state per unit length is introduced. The value of γ for a coaxial sensor is determined by known methods by calculation (see J. Friden. Modern sensors. Handbook. M .: Technosphere, 2006, chapter 3, p. 66-68), or determined experimentally in the manufacture of the sensor. Then, the capacity of C 1 :
где:Where:
ε1 - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха или газовой среды, находящейся над поверхностью контролируемой жидкости (ε1≈1).ε 1 is the relative dielectric constant of air or a gaseous medium located above the surface of the controlled fluid (ε 1 ≈1).
γ - удельная емкость двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости [пФ/м];γ is the specific capacitance of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level [pF / m];
h - длина непогруженной части двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости [м].h is the length of the unloaded part of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level [m].
Емкость С2, в этом случае, будет:Capacity C 2 , in this case, will be:
где:Where:
ε2 - относительная диэлектрическая проницаемость контролируемой жидкости;ε 2 is the relative dielectric constant of the controlled fluid;
L - длина двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости [м].L is the length of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level [m].
При этом емкость двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости будет меньше общей емкости конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств на С3, которая определяется выражением:In this case, the capacitance of the two-electrode capacitor sensor 2 of the liquid level will be less than the total capacitance of the capacitor sensor 4 of dielectric properties by C 3 , which is determined by the expression:
где:Where:
С0 - начальная емкость конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств в воздухе, т.е. до погружения в контролируемую жидкость. Значение С0 определяется по известным методикам расчетным путем (см. Дж.Фрайден. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2006, глава 3, стр.66-68), либо определяется экспериментально при изготовлении датчика.С 0 - initial capacitance of the capacitor sensor 4 of dielectric properties in air, i.e. before immersion in a controlled fluid. The value of C 0 is determined by known methods by calculation (see J. Freiden. Modern sensors. Reference. M: Technosphere, 2006, chapter 3, p. 66-68), or determined experimentally in the manufacture of the sensor.
Выводят расчетное выражение, позволяющее по результатам измерения CA и CB определить уровень h:A calculated expression is derived that allows the level h to be determined from the measurement results of C A and C B :
Отсюда находят диэлектрическую проницаемость контролируемой жидкости:From here, the dielectric constant of the controlled fluid is found:
Подставляют в выражение (1) выражения (3) и (4) и получают:Substitute the expression (1) expression (3) and (4) and get:
Отсюда находят h:From here they find h:
Подставляют в (9) выражение (7) и находят расчетную формулу для определения h:Substitute expression (7) in (9) and find the calculation formula for determining h:
Для упрощения вводят конструктивные константы:To simplify, the structural constants are introduced:
Тогда расчетная формула (10) примет компактный вид:Then the calculation formula (10) will take a compact form:
Согласно предлагаемому емкостному способу измерения уровня жидкостей проведен ряд демонстрационных экспериментов с трансформаторным маслом, дизельным топливом, отработанным машинным маслом, водопроводной водой.According to the proposed capacitive method for measuring the level of liquids, a series of demonstration experiments were conducted with transformer oil, diesel fuel, used machine oil, and tap water.
Технические параметры двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости (для диэлектрических жидкостей)Technical Parameters of Two-Electrode Capacitor Liquid Level Sensor (for dielectric liquids)
Конструктивные константы датчика: А=3,794[м-1];The design constants of the sensor: A = 3,794 [m -1 ];
В=113,8 [безразмерная величина]; D=3,699 [пФ/м].B = 113.8 [dimensionless quantity]; D = 3.699 [pF / m].
Примеры конкретного осуществления емкостного способа измерения уровня жидкостейExamples of specific implementation of a capacitive method for measuring the level of liquids
Пример 1Example 1
Трансформаторное масло с ε2=2,16Transformer oil with ε 2 = 2.16
Пример 2Example 2
Дизельное топливо с ε2=2,21Diesel with ε 2 = 2.21
Пример 3Example 3
Отработанное машинное масло с ε2=2,36Used machine oil with ε 2 = 2.36
Технические параметры двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости (для токопроводящих жидкостей)Technical Parameters of Two-Electrode Capacitor Liquid Level Sensor (for conductive liquids)
Конструктивные константы датчика: А=1,21[м-1];Constructive constants of the sensor: A = 1.21 [m -1 ];
В=45 [безразмерная величина]; D=1,21 [пФ/м].B = 45 [dimensionless quantity]; D = 1.21 [pF / m].
Пример 4Example 4
Водопроводная вода с ε2=4,91Tap water with ε 2 = 4.91
Предлагаемый емкостной способ измерения уровня жидкостей и устройство для его осуществления по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The proposed capacitive method for measuring the level of liquids and a device for its implementation in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:
- имеет высокую точность измерения;- has a high accuracy of measurement;
- может быть использован для различных перепадов измеряемого уровня жидкости в резервуаре;- can be used for various drops of the measured liquid level in the tank;
- позволяет одновременно с измерением уровня жидкости в резервуаре компенсировать погрешность измерений, вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости;- allows simultaneously with the measurement of the liquid level in the tank to compensate for the measurement error caused by changes in the dielectric constant of the controlled fluid;
- конструкция устройства для измерения уровня жидкости устраняет необходимость прокладки линии связи конденсаторного датчика диэлектрических свойств с прибором для измерения электрической емкости, так как эти функции выполняет непосредственно двухэлектродный конденсаторный датчик уровня жидкости.- the design of the device for measuring the liquid level eliminates the need for laying the communication line of a capacitor sensor of dielectric properties with a device for measuring electric capacitance, since these functions are performed directly by a two-electrode capacitor sensor of the liquid level.
Claims (2)
где h - уровень контролируемой жидкости в резервуаре;
СА - электрическая емкость двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости;
СВ - общая емкость двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости с подключенным параллельно конденсаторным датчиком диэлектрических свойств;
А, В и D - конструктивные параметры двухэлектродного конденсаторного датчика уровня жидкости и конденсаторного датчика диэлектрических свойств.1. A capacitive method for measuring the level of liquids, based on measuring the electrical capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor, characterized in that the capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor is measured in any sequence, and the capacitance of the same sensor is measured after connecting a capacitor sensor of dielectric properties to it, after which calculate the level h from the upper end of the two-electrode capacitor liquid level sensor according to the formula:
where h is the level of controlled fluid in the tank;
C A is the electric capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor;
C B is the total capacitance of a two-electrode capacitor liquid level sensor with a capacitor sensor of dielectric properties connected in parallel;
A, B and D are the design parameters of a two-electrode capacitor liquid level sensor and a capacitor sensor of dielectric properties.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141472/28A RU2407993C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141472/28A RU2407993C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2407993C1 true RU2407993C1 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=44055865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009141472/28A RU2407993C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2407993C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| CN102720483A (en) * | 2012-05-30 | 2012-10-10 | 中国石油大学(华东) | New method for measuring liquid level of oilwell |
| RU2476760C2 (en) * | 2011-05-05 | 2013-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for fire extinguishing |
| RU2615910C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-04-11 | Александр Алексеевич Семенов | Dynamic fluid level sensor |
-
2009
- 2009-11-09 RU RU2009141472/28A patent/RU2407993C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| RU2476760C2 (en) * | 2011-05-05 | 2013-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for fire extinguishing |
| CN102720483A (en) * | 2012-05-30 | 2012-10-10 | 中国石油大学(华东) | New method for measuring liquid level of oilwell |
| RU2615910C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-04-11 | Александр Алексеевич Семенов | Dynamic fluid level sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6857313B2 (en) | Self-calibrating capacitance gauge | |
| CN203848903U (en) | Inductance and capacitance type sensor used for simultaneous detection of inclination angle and liquid level of container | |
| CN104020358B (en) | A kind of measure dielectric permittivity and the method for liquid level in LNG gas tank | |
| RU2407993C1 (en) | Capacitive method of measuring level of liquids and device for realising said method | |
| CN102959391B (en) | Electrode structure and apparatus for use in measuring oil-water constituents | |
| RU2009142048A (en) | CONTINUOUS ACTION LEVEL METER FOR MEASURING THE LIQUID LEVEL IN A STEAM BOILER DRUM UNDER ANY OPERATING CONDITIONS AND METHOD FOR CALCULATING A LIQUID LEVEL WITH THIS LEVEL METER | |
| US20090199635A1 (en) | Method and Apparatus for Sensing Levels of Insoluble Fluids | |
| US4021707A (en) | Compensated probe for capacitive level measurement | |
| CN101672681B (en) | Water level measurement device, water level measurement method and water level correction method | |
| CN102980630B (en) | A kind of intelligent digital capacitive liquid level sensor | |
| US20140174173A1 (en) | Analog conductive liquid level sensor | |
| JPH035863Y2 (en) | ||
| CN101393019A (en) | Non-contact oil layer thickness detecting method | |
| CA2672794C (en) | Apparatus for determining and/or monitoring a process variable | |
| CN203298828U (en) | Device for measuring liquid level and boundary level of tank body | |
| US20130261996A1 (en) | Self Calibrating Capacitive Fuel Sensor | |
| CN204154354U (en) | A kind of intelligent capacitor level meter with automatic Calibration and automatic calibration | |
| CN205176144U (en) | Liquid dielectric properties's testing arrangement is restoreed to cable | |
| CN207163532U (en) | A kind of liquid level sensor for oil tank of vehicle | |
| WO2000043735A2 (en) | Method and apparatus for measuring fluid levels in vessels | |
| CN204944613U (en) | Be applicable to the bulky capacitor capacitance level transducer of dynamic environment | |
| CN103017864A (en) | Tubular three-electrode capacitive liquid level detection sensor and detection method | |
| KR101202924B1 (en) | Method and apparatus for gauging of Tank Level | |
| RU2302617C1 (en) | Sensor for measuring a fluid level | |
| RU85641U1 (en) | CAPACITIVE LIQUID METER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111110 |