Устройство измерения уровня и показателей качества жидких энергоносителей
Устройство измерения уровня и показателей качества жидких энергоносителей относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля качественных и количественных параметров жидких энергоносителей.
Устройство состоит из генератора зондирующих импульсов 1, соединенного со входом радиоимпульсного зонда 2, а также со входом устройства приема и обработки 3, с выходом которого соединено устройство индикации 4.
2ил.
Предлагаемая полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и предназначена для контроля уровня и качества жидких энергоносителей в резервуарах.
Известны радиолокационные методы измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного электромагнитного импульсов в направлении контролируемого расстояния [Глебович Г.В., Андриянов А.В, Введенский Ю.В., Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов, RU 2070724 Cl, G01R 31/11, опубл. 1996.12.20, аналог]. В основе методов лежит явление отражения электромагнитных волн от границы раздела сред с разными электрическими характеристиками (диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость, электрическая проводимость).
Недостатками этих устройств являются сложность алгоритма работы схемы и недостаточная точность измерений.
Прототипом заявленной полезной модели являются устройство измерения уровня жидкости, в резервуаре RU 2029920 Cl, G01F 23/24, опубл. 1995.02.27, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде двух изолированных друг от друга проводников, подключенный к выходу генератора и входу приемника, выход которого соединен с входом усилителя, и индикатор.
Недостатком прототипа является малая временная задержка отраженных импульсов относительно зондирующих (скорость распространения сигнала соизмерима со скоростью света), а как следствие - недостаточно высокая точность измерений, связанная со сложностью фиксации малых временных интервалов, а также невозможность определения качественных характеристик жидкости.
Поставлена цель повышения точности измерения уровня и качества энергоносителей.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в устройстве измерения уровня и показателей качества энергоносителей, состоящее из генератора зондирующих импульсов, соединенного с входом радиоимпульсного зонда и с входом устройства приема и обработки, соединенного со входом устройства индикации, согласно полезной модели, радиоимпульсный зонд выполнен в виде металлической трубы внутри которой расположен каркас, на поверхности которого навит центральный спиральный проводник.
Сущность полезной модели поясняется фигурой 1, где изображены структурная схема устройства и конструкция направляющей системы, а также фигурой 2, где показаны типичные временные диаграммы сигнала, получаемого в результате импульсного зондирования.
Устройство состоит из генератора зондирующих импульсов 1, соединенного со входом радиоимпульсного зонда 2, а также со входом устройства приема и обработки 3, с выходом которого соединено устройство индикации 4.
Радиоимпульсный зонд 2 представляет собой двухпроводную линию (направляющую систему) и состоит из внутренней диэлектрической трубы 5 диаметра d, выполняющей роль несущего каркаса, центрального спирального проводника 6 и внешней металлической трубы 7 диаметра D, выполняющей роль второго проводника двухпроводной линии. На один вход линии подается высокочастотный импульсный зондирующий сигнал. На конце линии создается короткое замыкание, отражение от которого используется в качестве опорного сигнала.
Шаг намотки h выбирается из условия (D-d)/2<h, при котором обеспечивается низкая межъемкостная связь между отдельными витками спирали и, таким образом, улучшаются дисперсионные свойства линии.
При введенных обозначениях коэффициент удлинения рассматриваемой линии по сравнению с аналогом составит:
Ввиду того, что при фиксированной временной разрешающей способности измерительных устройств относительная погрешность измерения обратно-пропорциональна длине измеряемого интервала времени, то величина КУД напрямую влияет на точностные характеристики устройства.
Устройство работает следующим образом.
Радиоволновый зонд опускается в резервуар с жидким энергоносителем. Генератором 1 формируется широкополосный импульс напряжения с крутым фронтом, поступающий в радиоимпульсный зонд 2 и одновременно принимаемый устройством приема и обработки 3. В его задачи входит стробоскопическое преобразование принимаемого сигнала, то есть его растяжение во временной оси, а также аналого-цифровое преобразование и цифровая обработка. В процессе распространения импульса вдоль радиоимпульсного зонда 2 происходит его отражение в местах изменения волнового сопротивления линии (определяется электрическими параметрами окружающей среды). В конечном итоге на входе приемного устройства 3 образуется суммарный импульсный сигнал, изображенный на фигуре 2, являющийся наложением зондирующего и отраженных импульсов.
По результатам измерения можно сразу получить значения времен задержек t 1, t2 и уровней напряжений U 1, U2, определяющих уровень жидкости в резервуаре и его качественные характеристики.
Уровень жидкости определится как:
LЖ=Н P-t11/2, где 1 - скорость распространения зондирующего сигнала вдоль радиоимпульсного зонда при заполнении его воздухом, НP - высота контролируемого резервуара.
Для определения качественных характеристик топлива используются зависимости октанового или цетанового чисел от диэлектрической проницаемости.
Эти зависимости имеют следующий вид:
Для товарных (стандартных) бензинов (октановое число):
=-6,603·103+6,278·10 3-1,470·1032
Для дизельных топлив (цетановое число):
Z=-1,391·106+1,797·10 6-7,737·1052+1,11·1052,
где - относительная диэлектрическая проницаемость топлива.
Для определения диэлектрической проницаемостим возможно применение 2-х методов:
1) на основе измерения t1 и t2. Ввиду того, что скорость распространения импульсного сигнала вдоль зонда обратно-пропорциональна, , то, принимая диэлектрическую проницаемость воздуха равную 1:
где 1 есть скорость распространения импульса вдоль зонда при заполнении его воздухом и определяются конструкцией зонда, L3 - длина зонда.
2) на основе измерения скачка напряжения U в момент отражения импульса от границы раздела сред. В этом случае используется обратно-пропорциональная зависимость величины волнового сопротивления линии от . Принимая диэлектрическую проницаемость воздуха равную 1, определится как:
Следует отметить, что первый метод имеет наибольшую точность при максимальном уровне энергоносителя в резервуаре.
Устройство измерения уровня и показателей качества жидких энергоносителей, состоящее из генератора зондирующих импульсов, соединенного с входом радиоимпульсного зонда и с входом устройства приема и обработки, соединенного со входом устройства индикации, отличающееся тем, что радиоимпульсный зонд выполнен в виде металлической трубы, внутри которой расположен каркас, на поверхности которого навит центральный спиральный проводник.