УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЖИДКИХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

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:
УД
Ввиду того, что при фиксированной временной разрешающей способности измерительных устройств относительная погрешность измерения обратно-пропорциональна длине измеряемого интервала времени, то величина К 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.
1
2
1
2
По результатам измерения можно сразу получить значения времен задержек t, t и уровней напряжений U, U, определяющих уровень жидкости в резервуаре и его качественные характеристики.
Уровень жидкости определится как:
Ж
P
1
1
1
P
L=Н-t ν/2, где ν - скорость распространения зондирующего сигнала вдоль радиоимпульсного зонда при заполнении его воздухом, Н - 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):
3
3
3
2
Ω=-6,603·10+6,278·10ε-1,470·10ε
Для дизельных топлив (цетановое число):
6
6
5
2
5
2
Z=-1,391·10+1,797·10ε-7,737·10ε+1,11·10ε,
где ε - относительная диэлектрическая проницаемость топлива.
Для определения диэлектрической проницаемостим ε возможно применение 2-х методов:
1
2
1) на основе измерения t и t. Ввиду того, что скорость распространения импульсного сигнала вдоль зонда обратно-пропорциональна,  , то, принимая диэлектрическую проницаемость воздуха равную 1:
1
3
где ν есть скорость распространения импульса вдоль зонда при заполнении его воздухом и определяются конструкцией зонда, L - длина зонда.
2) на основе измерения скачка напряжения ΔU 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, ε определится как:
Следует отметить, что первый метод имеет наибольшую точность при максимальном уровне энергоносителя в резервуаре.