RU2698575C1 - Method of measuring interface position of two substances in a reservoir - Google Patents

Method of measuring interface position of two substances in a reservoir Download PDF

Info

Publication number
RU2698575C1
RU2698575C1 RU2018143963A RU2018143963A RU2698575C1 RU 2698575 C1 RU2698575 C1 RU 2698575C1 RU 2018143963 A RU2018143963 A RU 2018143963A RU 2018143963 A RU2018143963 A RU 2018143963A RU 2698575 C1 RU2698575 C1 RU 2698575C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substances
interface
long line
reservoir
segments
Prior art date
Application number
RU2018143963A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Совлуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2018143963A priority Critical patent/RU2698575C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2698575C1 publication Critical patent/RU2698575C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: use for high-accuracy measurement of interface position of two substances. Essence of the invention is that the method of measuring the interface position of two substances in a reservoir, in which, in a container with substances, one above the other, forming a flat horizontal interface, vertically placing two identical sections of the coaxial long line, filled with media in accordance with their location in the reservoir, exciting in sections of long line electromagnetic oscillations at different resonance frequencies ƒ1 and ƒ2, which correspond to different standing wave electromagnetic field distributions along the long line sections data, and these resonant frequencies are measured depending on the two substances in the reservoir interface boundary position coordinate, in addition, between parallel outer conductors of coaxial long line sections as in a section of a two-wire line, from its upper end, method comprises probing substances with electromagnetic video signals, receiving, at the upper end of said section of a two-wire line, video signals reflected from its lower end, total time of their forward and reverse propagation is measured and joint functional transformation is performed ƒ1, ƒ2 and t, result of which does not depend on values of electrophysical parameters of both substances, which form interface boundary.
EFFECT: higher accuracy of measuring position of interface of two substances in reservoir.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения положения границы раздела двух веществ, находящихся в каком-либо резервуаре одно над другим и образующих плоскую границу раздела, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, независимо от электрофизических параметров обоих веществ.The present invention relates to measuring technique and can be used for high-precision measurement of the position of the interface between two substances located in one tank one above the other and forming a flat interface, in particular two immiscible liquids with different densities, regardless of the electrophysical parameters of both substances.

Известны способы и устройства для измерения положения границы раздела двух веществ в резервуарах, основанные на применении отрезков длинных линий (коаксиальной линии, двухпроводной линии и др.) в качестве чувствительных элементов (Викторов В.А. Резонансный метод измерения уровня. М.: Энергия. 1969. 192 с.). Такой отрезок длинной линии размещается вертикально в емкости с контролируемыми веществами, образующими в резервуаре границу раздела. Измеряя какой-либо его информативный параметр, в частности, резонансную частоту электромагнитных колебаний, можно определить положение границы раздела двух веществ. Недостатком таких способов измерения и реализующих их устройств является невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения уровня от электрофизических параметров обоих или одного из веществ, образующих границу раздела.Known methods and devices for measuring the position of the interface between two substances in tanks, based on the use of segments of long lines (coaxial line, two-wire line, etc.) as sensitive elements (Viktorov VA Resonance level measurement method. M: Energy. 1969.192 p.). Such a segment of a long line is placed vertically in a container with controlled substances that form the interface in the tank. By measuring some of its informative parameters, in particular, the resonant frequency of electromagnetic waves, it is possible to determine the position of the interface between two substances. The disadvantage of such measurement methods and devices that implement them is the low accuracy of the measurement, due to the dependence of the level measurement on the electrophysical parameters of both or one of the substances forming the interface.

Известно также техническое решение (SU 460447, 10.04.1973), которое содержит описание двухканального устройства - уровнемера, в котором в двух независимых отрезках длинных линий с разными нагрузками на их на концах, образующих его измерительные каналы, возбуждаются электромагнитные колебания типа ТЕМ на основной (1-ой) гармонике. Их другие концы подсоединены к входам соответствующих вторичных преобразователей, выходы которых соединены с входом блока обработки информации, выход которого подключен к индикатору. Вдоль данных отрезков длинной линии имеет место разное распределение энергии электромагнитного поля стоячей волны, требуемое для получения информации об уровне жидкости независимо от ее электрофизических параметров. Измеряя их резонансные частоты ƒ1 и ƒ2 электромагнитных колебаний (являющиеся функциями уровня z жидкости и его диэлектрической проницаемости ε), можно найти уровень z из соотношения

Figure 00000001
где
Figure 00000002
и
Figure 00000003
- начальные (при z=0) значения ƒ1 и ƒ2. Это соотношение обладает свойством инвариантности к величине ε и ее возможным изменениям. Недостатком этого способа является невысокая точность измерения при измерении положения границы раздела двух веществ в резервуаре, с непостоянными значениями диэлектрической проницаемости вышерасположенного вещества.A technical solution is also known (SU 460447, 04/10/1973), which contains a description of a two-channel device - a level gauge, in which in two independent segments of long lines with different loads at their ends, forming its measuring channels, electromagnetic oscillations of the TEM type are excited on the main ( 1st) harmonica. Their other ends are connected to the inputs of the respective secondary converters, the outputs of which are connected to the input of the information processing unit, the output of which is connected to the indicator. Along these segments of the long line, there is a different distribution of the energy of the electromagnetic field of the standing wave, required to obtain information about the level of the liquid, regardless of its electrophysical parameters. By measuring their resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 of electromagnetic oscillations (which are functions of the liquid level z and its permittivity ε), we can find the level z from the relation
Figure 00000001
Where
Figure 00000002
and
Figure 00000003
are the initial (at z = 0) values of ƒ 1 and ƒ 2 . This relation has the property of invariance to ε and its possible changes. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement when measuring the position of the interface between two substances in the tank, with variable values of the dielectric constant of the upstream substance.

Известно также техническое решение (SU 1765712 А1, 10.10.1980), по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа, в котором применяют два независимых отрезка длинной линии с оконечными горизонтальными участками разной длины, располагаемых вертикально отрезок длинной линии, и заполняемых жидкостью в соответствии с ее уровнем в резервуаре. Измеряя резонансные частоты этих отрезков длинной линии или фазовые сдвиги волн фиксированной частоты после их распространения вдоль этих отрезков длинной линии и производя их совместную функциональную обработку согласно математическим соотношениям, соответствующим именно этому способу измерения, можно определить значения уровня жидкости независимо от диэлектрической проницаемости жидкости.A technical solution is also known (SU 1765712 A1, 10.10.1980), which is the closest to the proposed method in technical essence and adopted as a prototype in which two independent segments of a long line with terminal horizontal sections of different lengths arranged vertically by a segment of a long line are used, and filled with liquid in accordance with its level in the tank. By measuring the resonant frequencies of these segments of the long line or the phase shifts of waves of a fixed frequency after propagating along these segments of the long line and performing their joint functional processing according to the mathematical relations corresponding to this particular measurement method, it is possible to determine the values of the liquid level independently of the dielectric constant of the liquid.

Недостатком этого способа также является невысокая точность измерения при измерении положения границы раздела двух веществ в резервуаре, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, с непостоянными значениями электрофизических параметров вышерасположенного вещества.The disadvantage of this method is the low measurement accuracy when measuring the position of the interface between two substances in the tank, in particular two immiscible liquids with different densities, with unstable values of the electrophysical parameters of the upstream substance.

Техническим результатом является повышение точности измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре.The technical result is to increase the accuracy of measuring the position of the interface between two substances in the tank.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре, при котором в емкости с веществами, одно над другим, образующими плоскую горизонтальную границу раздела, размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых средами в соответствии с их расположением в резервуаре, возбуждают в отрезках длинной линии электромагнитные колебания на разных резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля стоячей волны вдоль данных отрезков длинной линии, и измеряют эти резонансные частоты в зависимости от координаты положения границы раздела двух веществ в резервуаре, дополнительно между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии как в отрезке двухпроводной линии осуществляют с его верхнего торца зондирование веществ электромагнитными видеосигналами, принимают на верхнем торце этого отрезка двухпроводной линии видеосигналы, отраженные от его нижнего торца, измеряют суммарное время их прямого и обратного распространения и производят совместное функциональное преобразование ƒ1, ƒ2 и t, результат которого не зависит от значений электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for measuring the position of the interface between two substances in the tank, in which in the container with substances, one above the other, forming a flat horizontal interface, are placed vertically two identical segments of a coaxial long line filled with media in accordance with their located in the reservoir, excite a long line segments electromagnetic oscillations at different resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2, which correspond to different electric power distribution field of a standing wave along these segments of a long line, and these resonant frequencies are measured depending on the coordinate of the position of the interface of two substances in the tank, in addition between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line as in a segment of a two-wire line, the substances are sensed by electromagnetic video signals from its upper end take video signals reflected from its lower end at the upper end of this segment of the two-wire line, measure the total time of their direct and back propagation and produce a joint functional transformation ƒ 1 , ƒ 2 and t, the result of which does not depend on the values of the electrophysical parameters of both substances forming the interface.

Предлагаемый способ поясняется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2.The proposed method is illustrated by drawings in FIG. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа.In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the method.

На фиг. 2 показано распределение напряженности электрического поля стоячей волны вдоль отрезков коаксиальной длинной линии.In FIG. 2 shows the distribution of the electric field strength of a standing wave along segments of a coaxial long line.

Здесь показаны контролируемые вещества 1 и 2, отрезки коаксиальной длинной линии 3 и 4, отрезок двухпроводной длинной линии 5, электронные блоки 6 и 7, вычислительный блок 8, регистратор 9, электронный блок 10.Controlled substances 1 and 2, segments of a coaxial long line 3 and 4, a segment of a two-wire long line 5, electronic units 6 and 7, a computing unit 8, a recorder 9, an electronic unit 10 are shown.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В резервуаре, содержащем расположенные одно над другим вещества 1 и 2, образующие плоскую границу раздела, размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии 3 и 4 (фиг. 1). Координата z границы раздела веществ 1 и 2, подлежащая определению, отсчитывается от нижних концов отрезков длинной линии; считается, что нижний конец каждого отрезка длинной линии совмещен с дном емкости.In a tank containing one above the other substances 1 and 2, forming a flat interface, vertically placed two identical segments of a coaxial long line 3 and 4 (Fig. 1). The z coordinate of the interface 1 and 2, to be determined, is counted from the lower ends of the long line segments; it is believed that the lower end of each segment of the long line is aligned with the bottom of the tank.

Третий отрезок длинной линии 5 - двухпроводной длинной линии - образован наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4. Отрезки коаксиальной длинной линии 3 и 4 имеют разные нагрузочные сопротивления на их концах. Это обеспечивает отличие друг от друга двух зависимостей соответствующих резонансных частот ƒ1 и ƒ2 отрезков длинной линии от координаты z границы раздела двух веществ. Между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии - отрезке двухпроводной длинной линии 5 осуществляют с его торца зондирование веществ, образующих границу раздела, электромагнитными видеосигналами, принимают на верхнем торце этого отрезка двухпроводной линии видеосигналы, отраженные от его нижнего торца, измеряют суммарное время t их прямого и обратного распространения. При этом, при совместной функциональной обработке ƒ1, ƒ2 и t за счет наличия трех отрезков длинной линии, устраняется недостаток способа-прототипа - зависимость результатов измерения значения z от электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.The third segment of the long line 5 - a two-wire long line - is formed by the outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4. The segments of the coaxial long line 3 and 4 have different load resistances at their ends. This ensures that two dependences of the corresponding resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 of the long line segments on the z coordinate of the interface of two substances are different from each other. Between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line — the segment of the two-wire long line 5 — sounding the substances forming the interface with electromagnetic video signals is carried out from its end, the video signals reflected from its lower end are measured at the upper end of this two-wire line, the total time t of their direct and backpropagation. Moreover, with the joint functional processing of ƒ 1 , ƒ 2 and t due to the presence of three segments of a long line, the disadvantage of the prototype method is eliminated - the dependence of the results of measuring the z value on the electrophysical parameters of both substances forming the interface.

Для осуществления способа измерения положения границы раздела двух веществ 1 и 2 с использованием указанных двух отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4, являющихся резонаторами, возможна, в частности, следующая реализация устройства для этой цели. Один из отрезков однородной коаксиальной длинной линии 3 выполняют короткозамкнутым на нижнем конце (в этом случае реактивное сопротивление нагрузки равно нулю) и разомкнутым на верхнем конце, другой отрезок однородной коаксиальной длинной линии 4 выполняют разомкнутым на нижнем конце (в этом случае реактивное сопротивление нагрузки равно бесконечности) (фиг. 1). Третий отрезок длинной линии - отрезок двухпроводной длинной линии 5, образованный наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4, разомкнут на нижнем концеTo implement the method of measuring the position of the interface between two substances 1 and 2 using the indicated two segments of the coaxial long line 3 and 4, which are the resonators, it is possible, in particular, the following implementation of the device for this purpose. One of the segments of the homogeneous coaxial long line 3 is made short-circuited at the lower end (in this case, the load reactance is zero) and open at the upper end, the other segment of the homogeneous coaxial long line 4 is made open at the lower end (in this case, the reactance of the load is infinity ) (Fig. 1). The third segment of the long line is the segment of the two-wire long line 5, formed by the outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4, open at the lower end

С помощью высокочастотных генераторов, входящего в состав электронных блоков 6 и 7, соответственно, в отрезках коаксиальной длинной линии 3 и 4 возбуждают электромагнитные колебания основного ТЕМ-типа на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, соответственно. В этих же электронных блоках осуществляют также измерение соответствующих резонансных частот ƒ1 и ƒ2. Далее осуществляют в вычислительном блоке 8 их совместное преобразование с целью определения положения границы раздела двух веществ 1 и 2 в емкости Независимо от значений диэлектрической проницаемости обоих веществ 1 и 2. С выхода вычислительного блока 8 данные о текущем значении положения границы раздела двух веществ 1 и 2 поступают в регистратор 9.Using high-frequency generators, which is part of electronic units 6 and 7, respectively, in segments of a coaxial long line 3 and 4, electromagnetic oscillations of the main TEM type are excited at resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively. In the same electronic units, the corresponding resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 are also measured. Next, they are jointly converted in computing unit 8 to determine the position of the interface between two substances 1 and 2, regardless of the permittivity of both substances 1 and 2. From the output of computing unit 8, data on the current value of the interface between two substances 1 and 2 enter the registrar 9.

Распределение напряженности электрического поля стоячей волны в этих четвертьволновых отрезках коаксиальной длинной линии 3 и 4 показано на фиг. 2 соответствующими линиями a и b (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 280 с. С. 50-59).The distribution of the electric field strength of the standing wave in these quarter-wave segments of the coaxial long line 3 and 4 is shown in FIG. 2 by the corresponding lines a and b (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electric quantities. M: Nauka. 280 pp. 50-59).

Будем считать, что содержащиеся в резервуаре вещества 1 и 2 являются диэлектрическими веществами, характеризуемыми величинами относительных диэлектрических проницаемостей ε1 и ε2, соответственно, вышерасположенного и нижерасположенного веществ.We assume that the substances 1 and 2 contained in the reservoir are dielectric substances characterized by the relative permittivities ε 1 and ε 2 , respectively, of the upstream and downstream substances.

Для отрезков длинной линии, длина каждого из которых имеет длину

Figure 00000004
и возбуждаемых на, соответственно, резонансных частотах ƒ1 и ƒ2 электромагнитных колебаний, зависимость этих резонансных частот от координаты z границы раздела двух веществ можно выразить следующими соотношениями:For long line segments, each of which has a length
Figure 00000004
and electromagnetic waves excited at the resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively, the dependence of these resonant frequencies on the z coordinate of the interface between two substances can be expressed by the following relationships:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
Figure 00000008
- начальные (при отсутствии в емкости обоих веществ, образующих границу раздела) значения ƒ1 и ƒ2, соответственно; ε1 и ε2 - диэлектрическая проницаемость вышерасположенного и нижерасположенного веществ, соответственно;Where
Figure 00000007
Figure 00000008
- initial (in the absence of the capacity of both substances forming the interface)) 1 and ƒ 2 , respectively; ε 1 and ε 2 are the dielectric constant of the upstream and downstream substances, respectively;

Figure 00000009
Figure 00000009

U1(ξ) и U2(ξ) - напряжение в точке с координатой ξ соответствующего отрезка линии, возбуждаемого на резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, соответственно.U 1 (ξ) and U 2 (ξ) are the voltage at a point with coordinate ξ of the corresponding line segment excited at the resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , respectively.

Если отрезок длинной линии короткозамкнут на нижнем конце и разомкнут на верхнем конце (в нем электромагнитные колебания возбуждают на резонансной частоте ƒ1), то в этом случае распределение напряжения вдоль него на основном типе колебаний, возбуждаемом в рассматриваемом отрезке длинной линии, определяется следующим образом:If a segment of a long line is short-circuited at the lower end and open at the upper end (in it electromagnetic waves are excited at a resonant frequency of ƒ 1 ), then in this case the voltage distribution along it on the main type of oscillations excited in the considered segment of a long line is determined as follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

Если отрезок длинной линии разомкнут на нижнем конце и короткозамкнут на верхнем конце (в нем электромагнитные колебания возбуждают на резонансной частоте ƒ2), то в этом случае распределение напряжения вдоль него на основном типе колебаний, возбуждаемом в рассматриваемом отрезке длинной линии, определяется следующим образом:If a segment of a long line is open at the lower end and short-circuited at the upper end (in it electromagnetic waves are excited at a resonant frequency of ƒ 2 ), then in this case the voltage distribution along it on the main type of oscillations excited in the considered segment of a long line is determined as follows:

Figure 00000011
Figure 00000011

В результате будем иметь:As a result, we will have:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии 3 и 4 как в отрезке двухпроводной линии 5 осуществляют с его торца с помощью электронного блока 10 зондирование веществ электромагнитными видеосигналами, принимают на верхнем торце этого отрезка двухпроводной линии видеосигналы, отраженные от его нижнего торца, измеряют в электронном блоке 10 суммарное время t их прямого и обратного распространения. Это суммарное время t прямого и обратного распространения видеосигнала вдоль отрезка длинной линии 5 является в этом случае следующим:Between the parallel outer conductors of the segments of the coaxial long line 3 and 4, as in the segment of the two-wire line 5, sensing of substances with electromagnetic video signals is carried out from its end using the electronic unit 10, the video signals reflected from its lower end are measured at the upper end of this segment of the two-wire line, measured in electronic block 10 the total time t of their direct and reverse distribution. This total time t of the forward and backward propagation of the video signal along the length of the long line 5 is in this case as follows:

Figure 00000014
Figure 00000014

где с - скорость света,

Figure 00000015
- начальное (при отсутствии в резервуаре обоих веществ, образующих границу раздела, то есть в отрезке длинной линии с воздушным заполнением) значение времени t.where c is the speed of light
Figure 00000015
- the initial (in the absence of both substances in the tank forming the interface, that is, in a segment of a long line with air filling), the value of time t.

В качестве информативных параметров здесь используют, во-первых, какую-либо временную характеристику распространения видеосигналов вдоль отрезка длинной линии (например, период или частоту повторения последовательности видеоимпульсов). В данном способе информативными сигналами могут служить видеосигналы, прошедшие через оба вещества до нижнего конца отрезка длинной линии и отраженные от этого конца ко входу отрезка длинной линии. Для того, чтобы отраженные видеосигналы имели значительную амплитуду, отрезок длинной линии можно выполнить разомкнутым или короткозамкнутым на нижнем конце.As informative parameters, they use here, firstly, some temporal characteristic of the propagation of video signals along a long line segment (for example, the period or frequency of repetition of a sequence of video pulses). In this method, video signals that have passed through both substances to the lower end of a long line segment and reflected from this end to the input of a long line segment can serve as informative signals. In order for the reflected video signals to have a significant amplitude, a length of a long line can be made open or short-circuited at the lower end.

Рассматривая соотношения (1), (2) и (7) как систему уравнений относительно трех неизвестных ε1, ε2 и z, в результате ее решения находим их значения. Из совместного преобразования соотношений (1) и (2) следует:Considering relations (1), (2) and (7) as a system of equations for three unknowns ε 1 , ε 2 and z, as a result of its solution we find their values. From the joint transformation of relations (1) and (2) it follows:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Подставив эти найденные значения ε1 и ε2 в соотношение (7), получим следующее соотношение для определения z, которое является инвариантом относительно ε1 и ε2:Substituting these found values of ε 1 and ε 2 into relation (7), we obtain the following relation for determining z, which is invariant with respect to ε 1 and ε 2 :

Figure 00000018
Figure 00000018

В соотношении (10) информация об измеряемой величине z содержится в неявном виде. Следовательно, производя согласно соотношению (10) совместную функциональное преобразование значений величин ƒ1, ƒ2 и t, поступающих с трех отрезков длинной линии 3, 4 и 5 в вычислительный блок 8 устройства, реализующего данный способ измерения, можно определить текущее значение величины z независимо от значений величин ε1 и ε2.In relation (10), information about the measured quantity z is contained in an implicit form. Therefore, performing, according to relation (10), a joint functional transformation of the values of ƒ 1 , ƒ 2 and t coming from three segments of a long line 3, 4 and 5 to the computing unit 8 of the device that implements this measurement method, it is possible to determine the current value of z independently from the values of ε 1 and ε 2 .

В вышеприведенных формулах следует использовать вместо ε1 и ε2 значения эффективной диэлектрической проницаемости εэфф1 и εэфф2, соответственно, при применении отрезков длинной линии, по меньшей мере, один из проводников каждого из которых покрыт диэлектрической оболочкой определенной толщины (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 280 с. С. 125-131). В этом случае возможно измерение положения границы раздела двух веществ с произвольными электрофизическими параметрами (диэлектрической проницаемости, электропроводности) независимо от их значений для обоих веществ и возможных изменений в процессе измерения.In the above formulas, instead of ε 1 and ε 2, the values of effective dielectric constant ε eff1 and ε eff2 should be used, respectively, when applying long line segments, at least one of the conductors of each of which is covered with a dielectric sheath of a certain thickness (V. Viktorov , Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electric quantities (Moscow: Nauka, 280 pp. 125-131). In this case, it is possible to measure the position of the interface between two substances with arbitrary electrophysical parameters (permittivity, electrical conductivity), regardless of their values for both substances and possible changes in the measurement process.

Таким образом, данный способ позволяет определять положение границы раздела двух веществ в резервуаре независимо от электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.Thus, this method allows you to determine the position of the interface between two substances in the tank, regardless of the electrophysical parameters of both substances forming the interface.

Claims (1)

Способ измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре, при котором в емкости с веществами, одно над другим, образующими плоскую горизонтальную границу раздела, размещают вертикально два идентичных отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых средами в соответствии с их расположением в резервуаре, возбуждают в отрезках длинной линии электромагнитные колебания на разных резонансных частотах ƒ1 и ƒ2, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля стоячей волны вдоль данных отрезков длинной линии, и измеряют эти резонансные частоты в зависимости от координаты положения границы раздела двух веществ в резервуаре, отличающийся тем, что дополнительно между параллельными наружными проводниками отрезков коаксиальной длинной линии как в отрезке двухпроводной линии осуществляют с его верхнего торца зондирование веществ электромагнитными видеосигналами, принимают на верхнем торце этого отрезка двухпроводной линии видеосигналы, отраженные от его нижнего торца, измеряют суммарное время их прямого и обратного распространения и производят совместное функциональное преобразование ƒ1, ƒ2 и t, результат которого не зависит от значений электрофизических параметров обоих веществ, образующих границу раздела.A method for measuring the position of the interface between two substances in a tank, in which two identical pieces of a coaxial long line are placed vertically in a container with substances, one above the other, forming a flat horizontal interface, filled with media in accordance with their location in the tank, excited in lengths lines electromagnetic waves at different resonant frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , which correspond to different distributions of the energy of the electromagnetic field of a standing wave along these segments of long lines, and these resonant frequencies are measured depending on the coordinate of the position of the interface between two substances in the tank, characterized in that, in addition, between the parallel outer conductors of the coaxial long line segments, as in the two-wire line segment, the substances are sensed by electromagnetic video signals from its upper end, receive at the upper the end of this two-wire line segment, the video signals reflected from its lower end measure the total time of their forward and backward propagation and roizvodyat joint functional transformation ƒ 1, ƒ 2, and t, the result of which is independent of the values of electrical parameters of the two substances constituting the interface.
RU2018143963A 2018-12-12 2018-12-12 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir RU2698575C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143963A RU2698575C1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143963A RU2698575C1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2698575C1 true RU2698575C1 (en) 2019-08-28

Family

ID=67851619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018143963A RU2698575C1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Method of measuring interface position of two substances in a reservoir

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2698575C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752555C1 (en) * 2020-11-20 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2753830C1 (en) * 2020-11-20 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measuring position of interface between two liquids in container

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1527505A1 (en) * 1986-05-23 1989-12-07 Институт проблем управления Device for determining the position of interface of two dielectric fluids in a vessel
SU1698647A1 (en) * 1989-08-22 1991-12-15 Предприятие П/Я Р-6155 Device for measuring position of interface between two media
RU2178151C1 (en) * 2000-05-30 2002-01-10 Институт проблем управления РАН Device determining level of liquid in vessel
US20020026828A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-07 Josef Fehrenbach Filling level measuring device
RU2578749C1 (en) * 2014-12-24 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method of determining position of interface of two substances in container
RU2620780C1 (en) * 2016-05-10 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining interface position between components of three-component medium in container

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1527505A1 (en) * 1986-05-23 1989-12-07 Институт проблем управления Device for determining the position of interface of two dielectric fluids in a vessel
SU1698647A1 (en) * 1989-08-22 1991-12-15 Предприятие П/Я Р-6155 Device for measuring position of interface between two media
RU2178151C1 (en) * 2000-05-30 2002-01-10 Институт проблем управления РАН Device determining level of liquid in vessel
US20020026828A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-07 Josef Fehrenbach Filling level measuring device
RU2578749C1 (en) * 2014-12-24 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method of determining position of interface of two substances in container
RU2620780C1 (en) * 2016-05-10 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining interface position between components of three-component medium in container

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752555C1 (en) * 2020-11-20 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2753830C1 (en) * 2020-11-20 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measuring position of interface between two liquids in container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6505509B2 (en) Apparatus and method for measuring the level of a fluid
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
RU2698575C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2473889C1 (en) Method of measuring physical quantity
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2706455C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2702698C1 (en) Method of measuring the interface position between components of a three-component medium in a container
RU2578749C1 (en) Method of determining position of interface of two substances in container
RU2620780C1 (en) Method for determining interface position between components of three-component medium in container
RU2752555C1 (en) Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2753830C1 (en) Method for measuring position of interface between two liquids in container
RU2534747C1 (en) Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
RU2757472C1 (en) Method for determining liquid level in container
RU2647186C1 (en) Method for measuring a position of interfaces between components of three-component medium in a tank
RU2426076C1 (en) Liquid level meter
Weiß et al. A novel method of determining the permittivity of liquids
RU2757542C1 (en) Method for measuring the level of a dielectric liquid in a container
RU2645836C1 (en) Method of determining the level of liquid in a reservoir
RU2774218C1 (en) Method for measuring the position of the interface between two dielectric media in a tank
RU2768556C1 (en) Apparatus for measuring the level of liquid in a tank
RU2776192C1 (en) Method for measurement of level of dielectric liquid in container
RU2757759C1 (en) Method for measuring the position of the interface between two dielectric media in a container
RU2661349C1 (en) Dielectric fluid moisture content determination method
RU2125245C1 (en) Method of determination of substance level in reservoir
RU2775867C1 (en) Method for measuring the level of dielectric liquid in a tank