УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СРЕД В ЕМКОСТЯХ

Полезная модель относится к области определения физических характеристик жидких и сыпучих сред и может быть применена для определения уровня и количества различных сред в емкостях.
Известно устройство для определения параметров сред в емкостях, содержащее генератор зондирующего импульсного электромагнитного сигнала, приемник зондирующего и отраженного сигналов, вход которого присоединен к выходу генератора зондирующего сигнала, а выход подключен к схеме обработки сигнала, и чувствительный элемент, который выполнен в виде размещенного в емкости датчика-волновода, связанного с генератором зондирующего сигнала и входом приемника зондирующего и отраженного сигналов (патент РФ №2029920, МПК G01F 23/24, 1995 г.).
Принцип работы известного устройства основан на использовании импульсной рефлектометрии во временной области.
Недостатком известного устройства является невозможность применения устройства в емкостях сложной конструкции и низкая, точность определения количества контролируемой среды, находящейся в таких емкостях.
Как известно, для достоверной оценки количества среды в емкости требуется определить уровень среды, иметь информацию о геометрических размерах емкости и реальной плотности среды при данных условиях (при данной температуре и давлении в емкости). В известном устройстве отсутствуют средства измерения температуры, а для определения реальной плотности среды в резервуаре производится статистический и спектральный анализ амплитуды и формы отраженного сигнала с дальнейшим определением диэлектрической проницаемости среды и нахождением ее плотности. Такая многоступенчатая процедура является сложной и не обеспечивает точного значения температуры в резервуаре, частично по причине появления неизбежных погрешностей при обработке сигнала на каждом этапе указанной процедуры. Кроме того, то обстоятельство, что чувствительный элемент не является гибким, не позволяет использовать известное устройство в емкостях сложной конструкции.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения применения в емкостях сложной формы и повышение точности определения количества среды в емкостях.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения параметров сред в емкостях, содержащем генератор зондирующих электромагнитных импульсов, приемник зондирующих и отраженных импульсов, вход которого присоединен к выходу генератора зондирующих импульсов, а выход подключен к схеме обработки сигнала и чувствительному элементу, который выполнен в виде размещенного в емкости датчика-волновода, связанного с генератором зондирующих импульсов и входом приемника зондирующего и отраженного импульсов, датчик-волновод содержит два электрода, каждый из которых выполнен в виде полой трубы и соединенного с торцом полой трубы, обращенной к измеряемой среде, гибкого проводника, при этом полая труба жестко закреплена на емкости, а ее протяженность а выбирается из условия:
a=(0,l-0,15)L,
где L - протяженность волновода; полая труба одного из электродов, являющегося измерительным, соединена с выходом генератором зондирующего сигнала и входом приемника зондирующего и отраженного сигналов и в ее полости размещено устройство измерения температуры, подключенное к схеме обработки сигнала, а полая труба другого электрода соединена с нулевым потенциалом.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для определения параметров сред в емкостях гибкий проводник может быть выполнен в виде проволоки, троса или изолированного двухпроводного кабеля.
Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 схематически показано заявляемое устройство.
Устройство для определения параметров сред в емкостях содержит генератор зондирующего импульсного электромагнитного сигнала 1, приемник зондирующего и отраженного сигналов 2, вход которого соединен с выходом генератора 2, а выход подключен к схеме обработки сигнала 3, чувствительный элемент, выполненный в виде датчика-волновода, который включает два электрода 4, размещенные в емкости 5. Каждый электрод 4 состоит из двух участков - полой трубы 6, и гибкого проводника 7, расположенного коаксиально относительно полой трубы 6 и соединенного с нижним торцом трубы 6, который обращен к измеряемой среде, с помощью диэлектрических распорок 8, при этом верхний конец проводника 7 располагается на уровне нижнего торца трубы 6. Полая труба 6 одного из электродов 4, являющегося измерительным, жестко закреплена на емкости 5 через герметичные изолирующие элементы (на фиг.1 не показаны) и соединена с выходом генератора 1 и входом приемника 2; в ее полости размещено устройство измерения температуры 9, подсоединенное к схеме обработки сигнала 3. Полая труба 6 другого электрода находится под нулевым потенциалом. Протяженность каждой из полых труб 6 а выбирается из условия:
a=(0,l-0,15)L, (1)
где L - полная протяженность волновода, под которой понимается суммарная длина полой трубы 6 и гибкого проводника 7.
Полая труба 6, проводник выполнены из электропроводящих материалов, при этом гибкий проводник 7 может быть выполнен в виде проволоки, троса или двухпроводного изолированного кабеля.
Для определения характеристик среды 10 (например, жидкой), находящейся в емкости 5, датчик-волновод погружают (полностью или частично) в среду 10, при этом измерительный электрод соединяют с выходом генератора 1. В результате по измерительному электроду - по полой трубе 6 и гибкому проводнику 7 - распространяется зондирующий импульс. Приемник 2 регистрирует сигнал, отраженный от поверхности раздела между средой 10 и находящимся выше уровня среды 10 воздухом в результате изменения волнового сопротивления волновода. Принятый сигнал обрабатывается схемой 3 и по времени задержки отраженного сигнала определяется уровень среды 10 в емкости 5.
Устройство 9 измеряет температуру среды 10 в емкости 5, а схема обработки сигнала 3, в которой содержится информация о плотности среды 10 при различных температурах, рассчитывает количество находящейся в емкости 5 среды 10 с учетом величины измеренного уровня среды 10, геометрических размеров емкости 5 и реального значения плотности среды 10 при измеренной температуре в емкости 5.
Выполнение участка волновода в виде полой трубы, на которую. приходится (10-15) % общей протяженности волновода, позволяет разместить в ней устройство для измерения температуры, а выполнение большей части волновода - (85-90) % - в виде гибкого проводника позволяет использовать заявляемое устройство как в емкостях с большой высотой (с большой глубиной погружения), так и в емкостях, имеющих сложную форму и требующих применения зонда, способного повторять форму боковых стенок емкости.
Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с устройством, принятым в качестве ближайшего аналога, характеризуется более широкими функциональными возможностями за счет обеспечения применения в емкостях сложной формы и более высокой точностью определения количества среды в емкостях.