Спосіб та пристрій для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ

1. Спосіб визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, який передбачає посилання зондувального сигналу в контрольоване середовище, приймання відбитого сигналу від межі поділу середовищ та визначення параметрів, виходячи з часу запізнення відбитого сигналу від межі поділу середовищ, який відрізняється тим, що забезпечують надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ з обох боків у зустрічних напрямках та визначають час запізнення відбитих сигналів від межі поділу середовищ під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ з кожного боку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що посилають у зустрічних напрямках два зондувальні сигнали з обох боків проміжного шару середовища. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що посилають зондувальні сигнали одного виду. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що посилають однакові зондувальні сигнали. 5. Спосіб за п. 2 або п. 3, або п. 4, який відрізняється тим, що зондувальні сигнали посилають одночасно. 6. Спосіб за п. 2 або п. 3, або п. 4, або п. 5, який відрізняється тим, що визначають додатково час запізнення відбитого сигналу від межі поділу середовищ під час виходу принаймні одного зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ і, виходячи з часу 2 (19) 1 3 86014 4 забезпечуючи надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ з іншого боку, визначаючи додатково час запізнення відбитого сигналу від межі поділу середовищ під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за проходження зондувального сигналу принаймні у первісному напрямку. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що, виходячи з часу запізнення відбитих сигналів від межі поділу середовищ під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за проходження зондувального сигналу в будь-якому одному з напрямків, визначають характеристику будь-якого з наявних різнорідних незмішуваних середовищ, від якої залежить швидкість проходження зондувального і відбитих сигналів крізь це середовище, за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувального і відбитих сигналів крізь інші наявні середовища. 11. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що, виходячи з часу запізнення відбитих сигналів від межі поділу середовищ під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ з обох боків та з часу запізнення відбитого сигналу від межі поділу середовищ під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за проходження зондувального сигналу у первісному напрямку, визначають товщину проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувального і відбитих сигналів крізь інші наявні середовища. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що, виходячи з різниці часу запізнення відбитих сигналів від межі поділу середовищ під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за проходження зондувального сигналу у будь-якому одному з напрямків, визначають характеристику середовища проміжного шару, від якої залежить швидкість про ходження крізь нього зондувального і відбитих сигналів, наприклад діелектричну проникність. 13. Пристрій для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, який має генератор зондувального сигналу, приймач зондувального та відбитого сигналів, вхід якого приєднаний до виходу генератора зондувальних сигналів, а вихід - до послідовно з'єднаних аналого-цифрового перетворювача та обчислювача, та датчик, що виконаний у вигляді принаймні одного провідника, підключений до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача зондувального та відбитого сигналів, який відрізняється тим, що має додатково другий датчик, що виконаний у вигляді принаймні одного провідника, підключений до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача зондувального та відбитого сигналів, при цьому провідники датчиків спрямовані у зустрічних напрямках. 14. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що датчики мають довжину, достатню для проходження крізь проміжний шар різнорідних незмішуваних середовищ. 15. Пристрій за п. 13 або п. 14, який відрізняється тим, що принаймні один датчик виконано у вигляді двох ізольованих один від одного провідників. 16. Пристрій для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, який має генератор зондувального сигналу, приймач зондувального та відбитого сигналів, вхід якого приєднаний до виходу генератора зондувальних сигналів, а вихід - до послідовно з'єднаних аналого-цифрового перетворювача та обчислювача, та датчик, що виконаний у вигляді принаймні одного провідника, підключений до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача зондувального та відбитого сигналів, який відрізняється тим, що датчик виконано у вигляді принаймні одного складеного удвоє провідника. 17. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що обидві гілки датчика мають довжину, достатню для проходження крізь проміжний шар різнорідних незмішуваних середовищ. 18. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що датчик виконано у вигляді двох ізольованих один від одного провідників. Винахід стосується визначення параметрів різнорідних за своїми електрофізичними властивостями рідин, зокрема засобів вимірювання товщини шарів різнорідних незмішуваних рідин, і може бути застосованою для визначення товщини плівки нафтопродукту, розлитої на водній поверхні, та визначення її фізичних характеристик. Відомими є способи вимірювання товщини шарів різнорідних рідин, зокрема товщини плівки нафтопродукту, розлитої на водній поверхні, які передбачають випромінювання в контрольоване середовище радіосигналу та приймання відбитого сигналу від меж поділу середовищ [Патент Російської Федерації №2207500, G01B11/06, G01B15/02, 27.06.2003; Патент Російської Федерації №2207502, G01B11/06, G01B15/02, 27.06.2003; Патент Російської Федерації №2227987, G01B15/02, 27.04.2004; Патент Росій 5 ської Федерації №2188399, G01F23/284, 27.08.2002]. Відомими є також способи визначення положення меж поділу незмішуваних середовищ, які передбачають випромінювання в контрольоване середовище електромагнітного сигналу за допомогою зануреного в контрольоване середовище однопровідного датчика та приймання відбитого сигналу від меж поділу середовищ [Патент України № 65761, G01F 23/28, 15.04.2004; Патент Російської Федерації №2070724, G01R31/33, 20.12.1996; Патент Російської Федерації №2184352, G01F23/28, 27.06.2002], або випромінювання в контрольоване середовище електромагнітного сигналу за .допомогою зануреного в контрольоване середовище двопровідного датчика та приймання відбитого сигналу від меж поділу середовищ [Патент Російської Федерації №2029920, G01F23/24, 27.02.1995; Патент України №11006, G01F23/28, 25.12.1996]. Проте відомі способи передбачають проходження зондувального сигналу крізь шар середовища, товщину якого визначають, внаслідок чого результати визначення неминуче мають похибку, обумовлену впливом властивостей цього середовища на розповсюдження сигналу в ньому. Відомий також обраний як прототип спосіб через визначення положення меж поділу незмішуваних середовищ, який передбачає випромінювання в контрольоване середовище електромагнітного сигналу за допомогою зануреного в контрольоване середовище двопровідного датчика та приймання відбитого сигналу від меж поділу середовищ [Патент України №11006, G01F23/28, 25.12.1996]. Відомий спосіб визначення параметрів незмішуваних середовищ передбачає проходження зондувального сигналу крізь шар середовища, параметри якого визначають, внаслідок чого результати визначення неминуче мають похибку, обумовлену впливом властивостей цього середовища на розповсюдження сигналу в ньому; врахування цієї похибки утруднюються тим, що, як правило, визначені не всі характеристики наявних середовищ. Відомий пристрій для визначення рівня рідини і резервуарі, який має підключений до виходу генератора зондувального сигналу та до входу приймача зондувального та відбитого сигналів чутливий елемент (датчик), виконаний у вигляді двох ізольованих один від одного занурених у резервуар з незмішуваними рідинами вертикальних провідників [Патент Російської Федерації №2029920, G01F23/24, 27.02.1995]. Робота відомого пристрою передбачає проходження зондувального сигналу крізь шар середовища, параметри якого визначають, внаслідок чого результати визначення неминуче мають похибку, обумовлену впливом властивостей цього середовища на розповсюдження сигналу в ньому; врахування цієї похибки утруднюються тим, що, як правило, визначені не всі характеристики наявних середовищ. Технічна задача винаходу полягає в удосконаленні способу визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, який передбачає посилання зондувального сигналу в контрольоване 86014 6 середовище та приймання відбитого сигналу від межі поділу середовищ, шляхом забезпечення проходження зондувального сигналу у зустрічних напрямках з обох боків проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, завдяки чому виключається вплив властивостей середовища, товщину шару або характеристики якого визначають, що сприяє підвищенню точності визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ. Технічна задача винаходу полягає в удосконаленні пристрою для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, який має підключений до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача відбитого сигналу датчик, виконаний у вигляді принаймні одного провідника, шляхом установки по обидва боки проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ двох датчиків таким чином, що їхні провідники спрямовані у зустрічних напрямках, або, у варіанті, шляхом складення датчика удвоє що забезпечює проходження зондувального сигналу у зустрічних напрямках з обох боків проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, завдяки чому виключається вплив властивостей середовища, товщину шару або характеристики якого визначають, що сприяє підвищенню точності визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ. Спосіб визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ передбачає посилання зондувального сигналу в контрольоване середовище таким чином, що забезпечують проходження зондувального сигналу у зустрічних напрямках з обох боків проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, визначають час запізнення відбитого сигналу від межі поділу середовищ під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та визначають параметрів виходячи з часу запізнення відбитого сигналу. В першому основному варіанті посилають у зустрічних напрямках два зондувальні сигнали з обох боків проміжного шару середовища, ці зондувальні сигнали можуть бути одного виду або однакові, їх можуть посилати одночасно. Визначаючи додатково час запізнення відбитого сигналу під час виходу принаймні одного зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ і виходячи з часу запізнення відбитих сигналів під час надходження зондувальних сигналів до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, визначають характеристику будьякого з наявних різнорідних незмішуваних середовищ, від якої залежить швидкість проходження зондувальних і відбитих сигналів крізь це середовище, за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувальних і відбитих сигналів крізь інші середовища. В окремому випадку, виходячи з часу запізнення відбитих сигналів від зондувального сигналу, що надходять з обох боків до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, визначають товщину проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за умови відомості характеристик, від яких 7 залежить швидкість проходження зондувальних і відбитих сигналів крізь інші середовища; визначаючи додатково час запізнення відбитого сигналу під час виходу принаймні одного зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ і виходячи з цього та з різниці часу запізнення відбитих сигналів під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, визначають характеристику середовища проміжного шару, від якої залежить швидкість проходження крізь нього зондувальних і відбитих сигналів, наприклад, діелектричну проникність. В другому основному варіанті способу зондувальний сигнал посилають з одного боку проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, визначають додатково час запізнення відбитого сигналу під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ і після проходження зондувальним сигналом проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ здійснюють зміну напрямку проходження зондувального сигналу на протилежний, забезпечуючи його надходження до проміжного шару незмішуваних середовищ з іншого боку. Виходячи з часу запізнення відбитих сигналів під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ визначають характеристику будь-якого з наявних різнорідних незмішуваних середовищ, від якої залежить швидкість проходження зондувального і відбитих сигналів крізь це середовище, за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувального і відбитих сигналів крізь інші середовища. В окремому випадку, виходячи з часу запізнення відбитих сигналів під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ визначають товщину проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувального і відбитого сигналів крізь інші середовища; виходячи з різниці часу запізнення відбитих сигналів під час виходу зондувального сигналу з проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ та під час надходження зондувального сигналу до проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ визначають характеристику середовища проміжного шару, від якої залежить швидкість проходження крізь нього зондувального і відбитих сигналів, наприклад, діелектричну проникність. Пристрій для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ має два датчики, виконані у вигляді принаймні одного провідника, підключені до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача зондувального та відбитого сигналів, установлені по обидва боки проміжного шару різнорідних незмішуваних середо 86014 8 вищ таким чином, що їхні провідники спрямовані у зустрічних напрямках; принаймні один датчик може бути виконано у вигляді двох ізольованих один від одного провідників. У варіанті пристрій для визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ має датчик, виконаний у вигляді принаймні одного провідника, підключений до виходу генератора зондувального сигналу та входу приймача зондувального та відбитого сигналів, який відрізняється тим, що датчик виконано у вигляді принаймні одного складеного удвоє провідника; у варіанті датчик виконано у вигляді двох ізольованих один від одного провідників. Прикладом здійснення способу визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ І, II, III може бути визначення товщини розлитої на поверхні води (середовище II) плівки нафтового продукту (середовище III), над якою знаходиться повітря (середовище І) в резервуарі. На Фіг.1 показано принципову схему здійснення варіанту способу, що передбачає посилання у зустрічних напрямках двох зондувальних сигналів з обох боків проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, товщину якого визначають; на Фіг.2 показано часові співвідношення сигналів для цього варіанту здійснення способу. На Фіг.3 показано принципову схему здійснення варіанту способу, що передбачає посилання зондувального сигналу з одного боку проміжного шару різнорідних незмішуваних середовищ, товщину якого визначають, і зміну напрямку його проходження на протилежне після проходження цього шару; на Фіг.4 показано часові співвідношення сигналів для цього варіанту здійснення способу. Показаний на Фіг.1 пристрій для визначення товщини проміжного шару (середовище II) різнорідних незмішуваних середовищ І, II, III має генератор 1 зондувального сигналу, наприклад, пульсаційних електричних сигналів, вихід якого з'єднано із входом приймача 2 та входами вимірювальних ліній 3 і 4 у вигляді двопровідних датчиків [наприклад, за патентом України на винахід №11006, G01F23/28, 25.12.1996], один з яких (3) занурений у середовище, що знаходиться в резервуарі, згори і відомо проходить крізь всі три шари незмішуваних середовищ І, II, III, а інший (4) установлений на дні резервуара і теж відомо проходить крізь всі три шари незмішуваних середовищ І, II, III; вихід приймача 2 підключений до входу аналоговоцифрового перетворювача (АЦП) 5, до виходу якого підключений обчислювач 6. Генератор 1 видає на вхід приймача 2 та на вимірювальні лінії (датчики) 3 і 4 два однакові зондувальні сигнали U10 і U20; виявляння неоднорідностей вздовж вимірювальних ліній (датчиків) 3 і 4 (межі поділу середовищ, зміна діелектричної проникності середовища) викликає зміну хвильового опору провідників в місцях неоднорідностей, внаслідок чого з'являються відбиті сигнали U11 (межа середовищ І і III у вимірювальній лінії - датчику 3), і U21 (межа середовищ II і III у вимірювальній лінії - датчику - 4), які з датчиків 3 і 4 надходять на вхід приймача 2; сигнал з виходу приймача 2 подається на аналогово-цифровий перетворювач 5 і 9 далі на вхід обчислювача 6, в якому за спеціальним алгоритмом виконується його опрацювання (Фіг.2). Товщина плівки нафтового продукту (шару середовища III) визначається як LІІІ=L0-(LІ+LІІ), де LІІІ - товщина плівки нафтового продукту (шару середовища II); L0 - відстань між місцями установки датчиків; LІ - відстань від місця установки датчика 3 до верхньої межі плівки нафтового продукту; LІІ - відстань від місця установки датчика 4 до нижньої межі плівки нафтового продукту; в свою чергу LІ=1/2·VІ·tI, де VI - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі вздовж лінії датчика 3 в повітрі (середовище І); tl - час запізнювання відбитого сигналу від випромінюваного датчиком 3; Lll=1/2·Vll·tll, Vll - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі вздовж лінії датчика 4 в воді (середовище II); tll - час запізнювання відбитого сигналу від випромінюваного датчиком 4. Показаний на Фіг.3 пристрій для визначення товщини проміжного шару (середовище II) різнорідних незмішуваних середовищ І, II, III має генератор 1 зондувального сигналу, наприклад, пульсаційних електричних сигналів, вихід якого з'єднано із входом приймача 2 та входом двопровідного Uподібного датчика [наприклад, перегнутого навпіл двопровідного датчика за патентом України на винахід №11006, G01F23/28, 25.12.1996], що має дві вимірювальні лінії 3 і 4, зануреного згори у середовище, що знаходиться в резервуарі, таким чином, що обидві вимірювальні лінії відомо проходять крізь всі три шари незмішуваних середовищ І, II, III; вихід приймача 2 підключений до входу аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) 5, до виходу якого підключений обчислювач 6. Генератор 1, видає на вхід приймача 2 та на вимірювальну лінію 3 датчику зондувальний сигнал U0, який проходить вимірювальною лінією 3 крізь середовища І, III, II, а потім у протилежному напрямку вимірювальною, лінією 4 крізь середовища II, IIІ, І; виявляння неоднорідностей вздовж вимірювальних ліній 3 і 4 (межі поділу середовищ, зміна діелектричної проникності середовища) викликає зміну хвильового опору провідників в місцях неоднорідностей, внаслідок чого з'являються відбиті сигнали U11 (межа середовищ І і III у вимірювальній лінії 3), U12 (межа середовищ III і II у вимірювальній лінії 3), U21 (межа середовищ II і III у вимірювальній лінії 4), U22 (межа середовищ III і І у вимірювальній лінії 4), які надходять на вхід приймача 2; сигнал з виходу приймача 2 подається на аналогово-цифровий перетворювач 5 і далі на вхід обчислювача 6, в якому за спеціальним алгоритмом виконується його опрацювання, (Фіг.4). Товщина плівки нафтового продукту (шару середовища III) визначається як LІІІ=L0-(LІ+LІІ), 86014 10 де LІІІ - товщина плівки нафтового продукту (шару середовища II); L0 - робоча довжина датчика; LІ - відстань від початку вимірювальної лінії 3 до верхньої межі плівки нафтового продукту; LІІ - відстань від початку вимірювальної лінії 4 (або кінця вимірювальної лінії 3) до нижньої межі плівки нафтового продукту; в свою чергу LІ=1/2·VІ·tІ; де VІ - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі вздовж вимірювальної лінії 3 в повітрі (середовище І); tІ - час запізнювання відбитого сигналу від межі середовищ І і III у вимірювальній лінії 3; LІІ=1/2·VІІ·tІІ, VІІ - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі вздовж вимірювальної лінії датчика 4 в воді (середовище II); tІІ - половина часу запізнювання відбитого сигналу від межі середовищ II і III у вимірювальній лінії 4 від часу запізнювання відбитого сигналу від межі середовищ III і II у вимірювальній лінії 3. Визначення товщини проміжного шару незмішуваних середовищ запропонованим способом виключає вплив на результати властивостей середовища, товщину шару якого визначають, оскільки перший варіант (Фіг.1 і 2) передбачає використання часу запізнення tІ і t ІІ відбитих сигналів U21 і U21 від зондувальних сигналів, що не проходили крізь шар середовища, товщину якого визначають, а другий варіант (Фіг.3 і 4) передбачає використання часу запізнення tІ відбитого сигналу від зондувального сигналу, що не проходив крізь шар середовища, товщину якого визначають, та різниці часу запізнювання відбитого сигналу від межі середовищ II і III у вимірювальній лінії 4 від часу запізнювання відбитого сигналу від межі середовищ III і II у вимірювальній лінії 3, яка теж не залежить від властивостей середовища, товщину шару якого визначають. Здійснення способу за обома варіантами дає можливість за часом запізнювання відбитого сигналу U12 від межі середовищ III і II від відбитого сигналу U11 від межі середовищ І і III у вимірювальній лінії 3 та за часом запізнювання відбитого сигналу U22 від межі середовищ III і І від відбитого сигналу U21 від межі середовищ II і III у вимірювальній лінії 4 (Фіг.2 і 4) визначити також характеристику середовища проміжного шару, від якої залежить швидкість проходження крізь нього зондувального і відбитих сигналів, наприклад, діелектричну проникність; можливе також і додаткове дворазове визначення товщини шару проміжного середовища Llll’ і LІІІ” під час проходження крізь нього зондувального сигналу відповідно вимірювальними лініями 3 і 4. Запропонований спосіб, втілений у запропонованих пристроях, дає можливість визначити характеристику, від якої залежить швидкість проходження зондувальних і відбитих сигналів крізь будь-яке з наявних різнорідних середовищ за умови відомості характеристик, від яких залежить швидкість проходження зондувальних і відбитих сигналів крізь інші наявні середовища. 11 86014 Таким чином, запропоновані спосіб та пристрої дозволяють підвищити точність та збільшити інформативність визначення параметрів різнорідних незмішуваних середовищ, наприклад, здійснювати Комп’ютерна верстка А. Рябко 12 одночасне визначення товщини та діелектричної проникності плівки нафтопродукту на поверхні води в ємності. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601