Устройство для определения уровня жидких сред

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения уровня жидких сред в открытых и особенно герметичных емкостях с токсичными, агрессивными и т.п. средствами. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений за счет использования свойств электромагнитных волн СВЧ в волноводе, опущенном в жидкую среду, которая сообщается с капилляром с открытыми торцами, встроенным в волновод по длине. Электромагнитные волны взаимодействуют с жидкостью в капилляре, отражаются от короткозамкнутого конца волновода и об уровне судят по амплитуде отраженной волны. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения уровня различных жидких сред в емкостях.

Цель изобретения - повышение точности определения уровня жидких сред.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, ферритовый циркулятор 2, волновод 3, детекторную секцию 4, капилляр 5, пластину 6, замыкающую волновод, контейнер 7 с жидкой средой 8.

СВЧ-генератор 1 и детекторная секция 4 соединены через циркулятор 2 с волноводом 3, в котором помещен капилляр 5. Конец волновода закорочен крышкой 6 и помещен в контролируемую жидкую среду 8, ограниченную величиной емкости.

Устройство работает следующим образом. Непрерывные колебания СВЧ-генератора 1 через циркулятор 2 поступают в волновод 3, в котором при взаимодействии с контролируемой жидкостью в капилляре 5 часть энергии СВЧ-сигнала поглощается как при зондировании, так и при отражении от короткозамкнутого конца волновода волны. Отраженная волна поступает через циркулятор 2 на детекторную секцию 4, где производится измерение уровня СВЧ-сигнала.

Величина напряженности электрического поля, определяющей величину амплитуды электромагнитной волны в волноводе уровнемера в любой точке оси z, может быть описана уравнением: E_z= E_o˙eβ^z(1) где z - координата по направлению распространения волны в волноводе; E_z - напряженность в данной точке; Е_о - напряженность поля для z = 0; β - коэффициент затухания.

На отрезке волновода от 0 до z на длине l коэффициент затухания чрезвычайно мал, так как он определяется затуханием в воздухе и в пустом диэлектрическом капилляре (β_возд≈β_{диэлек.}≈0,001...0,0001).

На отрезке волновода от z до z₁ на длине l₁ коэффициент затухания электромагнитной волны большой, так как эта часть диэлектрического капилляра заполнена поглощающей жидкостью ( β_ж≈ 2...5). Коэффициент поглощения воздуха и диэлектрического капилляра 5, очень незначителен, т.е. β_ж>>β_возд.+β_{диэлект.кап.} и затуханием в части волновода, где капилляр пуст, пренебрегаем.

Таким образом, при распространении электромагнитной волны вдоль волновода с капилляром 5 затухание будет значительным только в той части, где имеется капилляр 5, заполненный жидкостью, уровень которой соответствует уровню жидкости в волноводе.

E_z=E_o˙e^-βж˙^l1 (2) Выражение (2) будет соответствовать значению амплитуды зондирующей электромагнитной волны, дошедшей до короткозамыкающей пластины 6, расположенной на конце волновода 3.

Волна, отразившись от этой пластины, вновь уходит в волновод. Ее амплитуда в точке z равна E_omp=(E_o˙e^-βж˙^l1)˙e^-βж˙^l1 E_omp=E_z˙e^-βж˙^l1=(E_o˙e^-βж˙^l1)e^-βж˙^l1=E_oe^-2βж^l. Следовательно, амплитуда отраженной волны будет обратно пропорциональна уровню жидкости в капилляре (т.е. в резервуаре). Капилляр 5 волновода нижним концом сообщается с жидкой средой у дна емкости, а верхний его конец выводится в начале волновода, при этом капилляр и емкость являются сообщающимися сосудами.

Детектора секция 4 является регистратором амплитуды и в зависимости от ее величины градуируется в единицах уровня.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее приемоизлучающий блок, соединенный с волноводом, установленным вдоль направления изменения уровня измеряемой среды, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, волновод выполнен в виде трубы со встроенным по длине диэлектрическим капилляром с открытыми торцами, один конец которого соединен с приемоизлучающим блоком, а второй конец волновода выполнен короткозамкнутым.

РИСУНКИ

Рисунок 1