Емкостный уровнемер, Диэлектрик, температура, проводящая среда Опции

[VadikT]

Доброго времени суток.

Проектируем емкостный датчик уровня топлива…
В первом приближении это зонд 1 метра длины, состоящий из наружной медной трубы 15 мм (13 мм – внутренний диаметр), 6 мм внутреннего стержня, покрытого диэлектриком.
Первой строкой встает вопрос о термокомпенсации зависимости диэлектрической проницаемости диз. топлива и бензина, а также элементов измерительной цепи – в диапазоне -40 - +60°C.
Кто-нибудь встречался с опубликованными данными о зависимости диэлектрической проницаемости дизельного топлива и бензина в указанном диапазоне температур
или только эксперимент и таблица?..
Еще думаю, что же лучше в качестве измерительной цепи поставить... Чудо от Analog Devices, похоже, не проходит по диапазону..

[Tanya]

Доброго времени суток.

Проектируем емкостный датчик уровня топлива…
В первом приближении это зонд 1 метра длины, состоящий из наружной медной трубы 15 мм (13 мм – внутренний диаметр), 6 мм внутреннего стержня, покрытого диэлектриком.
Первой строкой встает вопрос о термокомпенсации зависимости диэлектрической проницаемости диз. топлива и бензина, а также элементов измерительной цепи – в диапазоне -40 - +60°C.
Кто-нибудь встречался с опубликованными данными о зависимости диэлектрической проницаемости дизельного топлива и бензина в указанном диапазоне температур
или только эксперимент и таблица?..
Еще думаю, что же лучше в качестве измерительной цепи поставить... Чудо от Analog Devices, похоже, не проходит по диапазону..

Мне кажется, что диэлектрическая проницаемость будет очень просто зависеть от температуры. Вся зависимость будет определяться зависимостью плотности от температуры - так как жидкость неполярная. Или почти... А измерять... К чему больше душа лежит - мост, зарядка стабильным током...

[zzzzzzzz]

Доброго времени суток.

Проектируем емкостный датчик уровня топлива…
В первом приближении это зонд 1 метра длины, состоящий из наружной медной трубы 15 мм (13 мм – внутренний диаметр), 6 мм внутреннего стержня, покрытого диэлектриком.
Первой строкой встает вопрос о термокомпенсации зависимости диэлектрической проницаемости диз. топлива и бензина, а также элементов измерительной цепи – в диапазоне -40 - +60°C.
Кто-нибудь встречался с опубликованными данными о зависимости диэлектрической проницаемости дизельного топлива и бензина в указанном диапазоне температур
или только эксперимент и таблица?..
Еще думаю, что же лучше в качестве измерительной цепи поставить... Чудо от Analog Devices, похоже, не проходит по диапазону..

Лет 8 тому назад сделали. Есть стойкая ИС и сам датчик (ПП+ИС+кондюки в виде проводниковна ПП). Принцип - генератор и 2 обкладки емкости для выделения дифференциального изменения+ФД. Если нужно - могу дать тлф. того, кто делал готовый датчик. Я сочинял чип. Пишите в личку.

[VadikT]

Мне кажется, что диэлектрическая проницаемость будет очень просто зависеть от температуры. Вся зависимость будет определяться зависимостью плотности от температуры - так как жидкость неполярная. Или почти... А измерять... К чему больше душа лежит - мост, зарядка стабильным током...

Спасибо за соображение.
Будем экспериментировать... В любом случае, практика - критерий истины.
Единственное, что пока смущает, - это возможное наличие примеси воды в топливе... Плюс к этому - то, что зонд предпочитали отпиливать на месте монтажа, оставляя таким образом голый металл на конце внутреннего стержня...

[Herz]

Спасибо за соображение.
Будем экспериментировать... В любом случае, практика - критерий истины.
Единственное, что пока смущает, - это возможное наличие примеси воды в топливе... Плюс к этому - то, что зонд предпочитали отпиливать на месте монтажа, оставляя таким образом голый металл на конце внутреннего стержня...

Эх, это только пока... Знаю коллектив, который использует собственные датчики такого типа уже не менее 15 лет. Но в процессе разработки мороки с ними было... Если хотите заново изобрести велосипед, готовьтесь. Пока одно могу сказать: диэлектрическая проницаемость, хоть и слабо, но от температуры зависит. А также от ещё кучи факторов, включая сорт/марку топлива, возможную загрязнённость. И плотномер в комплекте к уравнемеру, это само собой, а также термометр. Затем по таблицам (!) из сочетаний величин - искомое значение.

[proxi]

Эх, это только пока... Знаю коллектив, который использует собственные датчики такого типа уже не менее 15 лет. Но в процессе разработки мороки с ними было... Если хотите заново изобрести велосипед, готовьтесь. Пока одно могу сказать: диэлектрическая проницаемость, хоть и слабо, но от температуры зависит. А также от ещё кучи факторов, включая сорт/марку топлива, возможную загрязнённость. И плотномер в комплекте к уравнемеру, это само собой, а также термометр. Затем по таблицам (!) из сочетаний величин - искомое значение.

да гемору... типа психрометра два термометра, один смоченный потом по таблице...

[Rst7]

Что вы пугаете человека, не все так страшно.

Рассказываю, как делают правильные емкостные уровнемеры для топлива.

Вся длинна датчика делится на сегменты. Сегменты небольшие, ну, скажем порядка 100-200мм. Тот сегмент, на котором сейчас находится раздел сред, является измерительным; тот, который сразу под измерительным - это опорный по эпсилон топлива; тот, который сразу над измерительным - это опорный по эпсилон воздуха. При этом автоматически компенсируется коэффициент усиления зарядового усилителя и нестабильность сигнала возбуждения.

Единственная проблема - отсутствие опорных участков для самого нижнего и самого верхнего сегмента. Но обычно с верхним проблем нет - всегда можно надстроить, а нижний располагается ниже трубы слива, и он никогда в измерении не участвует.

Ну есть, конечно, еще много ноу-хау - надо бороться с тем, что из топлива на емкостях оседает гуано всякое, меняя параметры. На больших резервуарах обязательна температурная компенсация.

Точности таких датчиков - порядка +-1мм, причем от общей длинны зависит слабо (если, конечно, все грамотно сделано).

PS Имейте в виду, если будете измерять TC в самолетах, то перед заправкой его мешают со специальными присадками, препятвующих накоплению статических зарядов, т.е. появляется активная проводимость.

[INT1]

ИМХО мороки будет с этим эпсилон, пытался как то как у Мак Эвана :
http://www.getradar.com/PDFfiles/uTDR-2.pdf
но до ума не довел, очень вязкая среда, а потом и отпала необходимость. Где то и описания патентов сохранились, он там кажется теперь регистрироваться требует для скачивания.

[proxi]

PS Имейте в виду, если будете измерять TC в самолетах, то перед заправкой его мешают со специальными присадками, препятвующих накоплению статических зарядов, т.е. появляется активная проводимость.

так там керосин, довольно чистый если что....

Вся длинна датчика делится на сегменты. Сегменты небольшие, ну, скажем порядка 100-200мм. Тот сегмент, на котором сейчас находится раздел сред, является измерительным; тот, который сразу под измерительным - это опорный по эпсилон топлива; тот, который сразу над измерительным - это опорный по эпсилон воздуха. При этом автоматически компенсируется коэффициент усиления зарядового усилителя и нестабильность сигнала возбуждения.

Единственная проблема - отсутствие опорных участков для самого нижнего и самого верхнего сегмента. Но обычно с верхним проблем нет - всегда можно надстроить, а нижний располагается ниже трубы слива, и он никогда в измерении не участвует.

а вот тут поподробнее можно, если есть то с сылками...

[zzzzzzzz]

Выбор принципа обусловлен требуемой точностью. В нашем случае датчик представлял собой ПП. Две стороны - щелевые открытые конденсаторы. Покрыты разным диэлектриком (либо одна покрыта, а вторая -нет). Между ними - общая "антенна" - выход генератора. Так решается вопрос компенсации почти "всего". В зависимости от покрытия обкладок жидкостью меняется сдвиг фаз между каналами. Что регистрируется с хорошей точностью (практически с любой, зависит от конкретной реализации).
Скажу, что если Вы задумали эту разработку как инициативную, то зря, - эта область закрыта для внедрения изделий "энтузиастами". В этом случае Вас просто не пустят в эту "нишу", какой бы замечательный прибор Вы не сочинили. Так что наличие конкретного заказчика на ОКР - обязательное условие.

[Rst7]

так там керосин, довольно чистый если что....

Если бы. Лениградцы (тогда еще лениградцы) делали вообще специальную конструкцию датчика с третьим электродом для компенсации. Мы боролись сначала хитрым зарядовым усилителем, теперь - измерениями на двух разных частотах возбуждения и взаимной компенсацией при вычислениях.

а вот тут поподробнее можно

К сожалению - нельзя. Все подробности Вам врядли расскажут (я уж точно не расскажу, разве что Вы меня на работу возьмете ), слишком много денег положено на это дело.

Можете, конечно, покопаться в интернете, но, кроме общего принципа (который я выше изложил), видимо, ничего не найдете.

А вообще там сложности возникают не только в самом принципе первичного преобразования и дальшейшей обработки. Там проблемы и с конструкцией таких измерителей - мало материалов, которые стоят в топливе 10-15 лет, работать с этими материалами тяжело и они дорогие; есть и другие проблемы - топливо из всяких самоварных заводов содержит такие гадости, что ест алюминий, как кислотой. Создать хороший емкостной уровнемер - это не на месяц работы и не на коленке, и, самое главное, не за копейки (хотя-бы необходим стенд для исследований, а в последствии - для метрологических дел, например, нам за лазерный интерферометр для стенда загадали $30000, и это очень побожески).

[Herz]

Что вы пугаете человека, не все так страшно.

Рассказываю, как делают правильные емкостные уровнемеры для топлива.

Григорию Павловичу - привет!

[proxi]

Если бы. Лениградцы (тогда еще лениградцы) делали вообще специальную конструкцию датчика с третьим электродом для компенсации. Мы боролись сначала хитрым зарядовым усилителем, теперь - измерениями на двух разных частотах возбуждения и взаимной компенсацией при вычислениях.
К сожалению - нельзя. Все подробности Вам врядли расскажут (я уж точно не расскажу, разве что Вы меня на работу возьмете ), слишком много денег положено на это дело.

Можете, конечно, покопаться в интернете, но, кроме общего принципа (который я выше изложил), видимо, ничего не найдете.

А вообще там сложности возникают не только в самом принципе первичного преобразования и дальшейшей обработки. Там проблемы и с конструкцией таких измерителей - мало материалов, которые стоят в топливе 10-15 лет, работать с этими материалами тяжело и они дорогие; есть и другие проблемы - топливо из всяких самоварных заводов содержит такие гадости, что ест алюминий, как кислотой. Создать хороший емкостной уровнемер - это не на месяц работы и не на коленке, и, самое главное, не за копейки (хотя-бы необходим стенд для исследований, а в последствии - для метрологических дел, например, нам за лазерный интерферометр для стенда загадали $30000, и это очень побожески).

вообще то это не единственный способ как я пологаю, ультразвуковые, радиоволновые и тд...

[Rst7]

Григорию Павловичу - привет!

Григорий Павлович - давно уже не наш работник, а прямой конкурент

вообще то это не единственный способ

Не единственный.

ультразвуковые

По воздуху - в парах бензина здорово затухает сигнал, больше 5 метров измерить практически нереально. Наоборот (от дна до раздела сред) - конечно получше, но все эти методы имеют один огромный недостаток - плохое знание скорости звука в среде по измеряемой длинне (имеется в виду на этапе вычислений, огромные градиенты и прочее). Всякие реперные отражатели мало помогают.
Неплохо работают уровнемеры, которые долбят ультразвуком в металлический стержень, по которому скользит поплавок с сильным магнитом (звук отражается от неоднородности, создаваемой магнитным полем). Но - топливо грязное, поэтому поплавки клинит; кроме того неизвестно, где ватерлиния поплавка, а плотность меняется в очень широких пределах.

радиоволновые

Радарные - неплохие уровнемеры, но, измеряют от крыши (кстати, это относится и к ультразвуковым по воздуху), что обычно не годится - крыша гуляет от температуры и давления паров, учесть это смещение не представляется возможным. Да и заявленные точности при нормально поставленной метрологической проверке оказываются не точностью, а дискретностью Вот такой нехитрый пиар...

Есть уровнемеры на отражении сигналов в линии (рефлектометры), видел я пару таких в работе, ну... На стенде точности сантиметровые, в резервуаре все намного хуже.

Еще хороший способ - это гиря на тросе, а мотор с катушкой на весоизмерителе сверху (весоизмеритель очень точный). По измерению веса определяется степень погруженности гири в жидкость, значит, можно точно установить ватерлинию и произвести отстчет уровня по тросу. Утопив гирю до дна, можно измерить базовую высоту. Кроме того, такой способ измерения уровня позволяет заодно измерить распределение плотности по всей высоте резервуара.
Минус - механика и взрывозащита оболочкой. Кроме того, не работает на подвижных объектах.

На общем фоне емкостные уровнемеры представляются наиболее точным средством измерения, и, что немаловажно, достаточно простым с точки зрения производства, монтажа, обслуживания.

[proxi]

Есть уровнемеры на отражении сигналов в линии (рефлектометры), видел я пару таких в работе, ну... На стенде точности сантиметровые, в резервуаре все намного хуже.

это типа открытой симметричной линии...для точности нужно забираться как можно выше по частоте...

Скажу, что если Вы задумали эту разработку как инициативную, то зря, - эта область закрыта для внедрения изделий "энтузиастами". В этом случае Вас просто не пустят в эту "нишу", какой бы замечательный прибор Вы не сочинили.

эт понятно пустит тот кому это нужно эт мы уже проходили ...
совместный распил... если повезет...

[Rst7]

для точности нужно забираться как можно выше по частоте...

Можно и фазовый сдвиг непрерывного сигнала измерять, конечно. Те, которые я видел, работали по принципу посыла зондирующего импульса и ловли отраженного, на прямой линии применялся стробоскопический преобразователь, на длинной (в виде спирали, для замедления) - прямой счет. Тот, который с длинной линией - это мы делали лет надцать назад.

Кроме того, хочу напомнить, что для коммерческого учета точность должна быть +-1мм. Для рефлектометра на прямой линии 1мм - это 3 пикосекунды.

эт понятно пустит тот кому это нужно эт мы уже проходили ...

На самом деле, там все хуже. Во-первых, как таковая система учета топлива на АЗС/нефтебазах нужна хозяину. Остальные - они только против, потому что они воруют СНП и на этом живут. Разные случаи были на объектах, вплоть до фразы "нет, ваша система тут работать не будет"
Во вторых, все системы измеряют с конечной точностью. Ошибка всегда ненулевая. Однако, по бухгалтерии, необходима точность до последней копейки, не напишешь же в отчете 123456руб+-0.2% Значит, в системе должна быть предусмотренна возможность ручной коррекции какой-либо величины, чтобы потом получить нулевой баланс. А раз есть ручная коррекция - то все, сливайте воду.

И, пока этот вопрос не будет решен на законодательном уровне, все такие системы останутся не более чем игрушкой.

[INT1]

2Rst7,что не понравилось в рефлектометрическом способе, хотя бы субъективно, а то, типа- влюбился в идею -=).
Как то поразглядывал, что то вроде этого:
http://www.keison.co.uk/vega/vegaflex.htm
красиво стелют.

[Rst7]

Не понравилось - точностя требуемые не обеспечивает.

Хотя, простота изготовления самой измерительной линии подкупает. С другой стороны, если делать длинную линию (один вариант - мы делали намоткой проволки на трубу и другой - печатным способом) - то конструкция резко усложняется, да и стабильность параметров такой линии по длинне оставляет желать лучшего. С другой стороны - не надо мостить стробоскопических преобразователей.

О схемотехнических проблемах можно узнать, поискав методы измерения временных интервалов с большой точностью в полевых условиях

[Herz]

Григорий Павлович - давно уже не наш работник, а прямой конкурент

Я в курсе.

О схемотехнических проблемах можно узнать, поискав методы измерения временных интервалов с большой точностью в полевых условиях

Да-да. Это песня... А Вы говорите - не пугайте товарища... Бог в помощь, как говорится, но когда видишь, что пришлось пройти, не уверен, что взялся бы за работу, зная заранее весь геморрой. Так что снимаю шляпу перед вашим коллективом и коллективом "Резерва". Хотя, случай автора - распил бюджета - святое дело. Сорри за оффтоп.

Сообщение отредактировал Herz - Aug 17 2008, 19:43

[proxi]

Можно и фазовый сдвиг непрерывного сигнала измерять, конечно. Те, которые я видел, работали по принципу посыла зондирующего импульса и ловли отраженного, на прямой линии применялся стробоскопический преобразователь, на длинной (в виде спирали, для замедления) - прямой счет. Тот, который с длинной линией - это мы делали лет надцать назад.

Кроме того, хочу напомнить, что для коммерческого учета точность должна быть +-1мм. Для рефлектометра на прямой линии 1мм - это 3 пикосекунды.
На самом деле, там все хуже. Во-первых, как таковая система учета топлива на АЗС/нефтебазах нужна хозяину. Остальные - они только против, потому что они воруют СНП и на этом живут. Разные случаи были на объектах, вплоть до фразы "нет, ваша система тут работать не будет"
Во вторых, все системы измеряют с конечной точностью. Ошибка всегда ненулевая. Однако, по бухгалтерии, необходима точность до последней копейки, не напишешь же в отчете 123456руб+-0.2% Значит, в системе должна быть предусмотренна возможность ручной коррекции какой-либо величины, чтобы потом получить нулевой баланс. А раз есть ручная коррекция - то все, сливайте воду.

И, пока этот вопрос не будет решен на законодательном уровне, все такие системы останутся не более чем игрушкой.

это тоже проходили...

Не понравилось - точностя требуемые не обеспечивает.

Хотя, простота изготовления самой измерительной линии подкупает. С другой стороны, если делать длинную линию (один вариант - мы делали намоткой проволки на трубу и другой - печатным способом) - то конструкция резко усложняется, да и стабильность параметров такой линии по длинне оставляет желать лучшего. С другой стороны - не надо мостить стробоскопических преобразователей.

О схемотехнических проблемах можно узнать, поискав методы измерения временных интервалов с большой точностью в полевых условиях

у них продукт как правило сбалансирован, ничего особенного но все вылизанно, потом промоушен
и это важно что бы не похерить идею по ходу типа тяп ляп корпуса нет, чего нибудь придумаем прикрутим все за копейки а потом вдувание за рупь или как у вас для танков софт пишут на голом энтуазизме.... это не французский леклерк где загрузка виа СD ROM... зато экипажу подвалило полное
кондиционирование...

[Rst7]

А Вы говорите - не пугайте товарища...

Ну Вы ж начали его пугать измерением плотности для определения эпсилон

не уверен, что взялся бы за работу, зная заранее весь геморрой.

А я бы сейчас попробовал повторить, если мне не изменяет память, "Интеграл" (это та система, которая на длинной линии меряла), но на современном уровне. Есть пара идей, можно попробовать обеспечить хорошую точность

Но все-же, как-то с емкостными получается лучше всего. Мы сейчас полностью новый уровнемер разрабатываем, обещает быть вообще красавчиком , причем, как ни странно, с возвращением к некоторым идеям, которые лет 15-20 назад были отброшены, но теперь их можно реализовать на качественно новом уровне...

это тоже проходили...

Что именно?

[proxi]

Что именно?

аа.... леклерк это пироженное такое...

[Rst7]

аа.... леклерк это пироженное такое...

Что-то, батенька, у Вас видать состояние вчера под вечер было "в гуано"

[proxi]

Что-то, батенька, у Вас видать состояние вчера под вечер было "в гуано"

с чего вы взяли... нет отнюдь я что то не правильно сказал...