Емкостной уровнемер

Емкостной уровнемер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Кв 346521

Класс 42е, 34

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа Л& 167

К. Б, Карандеев, Ф. Б. Гриневич и А. И. Новик

ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР

Заявлено 19 мая 1961 г. за Х 730766/26-10 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» Ме 8 за 1962 г.

Известны емкостные уровнемеры, предназначенные для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположенным параллельно стенкам резервуара.

Предлагаемый емкостной уровнемер отличается от известных тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолированного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, каждая из которых подключается к мостовой измерительной схеме, Для исключения паразиткой проводимости между соединительными проводами и резервуаром подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуще:твляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил кабеля, Для исключения влияния геометрических размеров датчика и резервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметоов изоляции датчика на погрешность измерения определение уровня раздела сред производится путем сравнения суммы проводимостей верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхности раздела сред, с проводимостью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела. Для защиты схемы уровнемера от воздействия паразитных электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, а также для практического исключения влияния емкости соединительного кабеля на погрешность измерения уровня сравнение соответствующих проводимостей производится посредством подключения рабочей и компенсационной секции датчика к шестиплечей мостовой схеме с тесной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновешиваемой при помощи реверсивного двигателя. управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия. Уравновешивание шестиплечей мостовой схемы с тесной индук№ 146521 тивной связью осуществляется посредством изменения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика. Изменение количества витков этих обмоток происходит при уравновешивании мостовой схемы таким образом, что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.

На фиг. 1 дано условное изображение датчика; на фиг, 2 — схема шегтиплечего моста; на фиг. 3 — схема соединения датчика и моста.

Датчик описываемого емкостного уровнемера представляет собой цилиндрический проводник, состоящий из трех изолированных друг от друга и от внешней среды секций 1, 2 и 8, имеющих длины l,, lg и l, соответственно. Датчик расположен вертикально параллельно образующим цилиндрического проводящего резервуара 4. Нижняя часть датчика погружена в среду 5, уровень h которой подлежит измерению.

Если все секции датчика находятся по отношению к резервуару под одним и тем же напряжением, то, пренебрегая краевым эффектом, можно записать, что проводимость любого участка датчика по отношению к резервуару будет прямо пропорциональна длине участка, т. е.

У=Y l, (I) где ӄ— удельная проводимость, зависящая от геометрических размеров и взаимного расположения датчика и резервуара, электрических параметров среды и изоляции датчика;

У и l — полная проводимость участка датчика и его длина, Согласно выражению (1) для отдельных участков датчика

У1в У ув (li h)

Y2 = Y>в l2 у,= у,,„4 (2) где У, и Y,,„— удельные проводимости верхней и нижней (погруженной и свободной) частей датчика;

Y„, У,„, У, и Y, — полные проводимости соответствующих участков и секций датчика, Участки У,. Y и У, с проводимостями, определяемыми согласно выражению (2), включены последовательно с обмотками 6, 7 и 8 (L, I и L,), намотанными на одном ферритовом сердечнике. и образуют схему шестпплечего моста, питаемого от источника 9 синусоидального переменного тока, В обмотку 10 (Е.) включен указатель (детектор) равновесия 11. Все обмотки выполнены так, что межд - ними существует тесная индуктивная связь.

Магнитные потоки, создаваемые токами / и /, в обмотках 7 и 8 (L2 и L3), вычитаются из магнитного потока обмотки 6 (Li), создаваемого током li, Количество витков обмоток Li, L, и 1 равно оответственно и,, и, и и;, Очевидно, что равновесие данного шестиплечего моста наступит при условии

l,п, n, — /3n; =-0 (3)

При выполнении этого условия магнитный поток, связанный с обмотками Li, Lz и L3, равен нулю и эквивалентные индуктивныс сопротивления этих обмозок также равны нулю, Поскольку обмотки могут быть выполнены так, что их омические сопротивления будут пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлениями соответствующих секций датчика, то можно записать, что

1,=U(Ó,, V,„

i2 UY, i,,=иу„ (<) X 146521

Подставляя выражения (2) и (4) в (3), получают (hn,— l,n,) У,,„ (l,n,— hni — l>n>) L,,, =0

Из этого выражения следует, что уравновешивание моста нужно производить таким образом, чтобы коэффициенты при У„„и У,, принимали во время равновесия нулевые значения или

hn — l3n3 — — 0

l<ï> — hn,— l n — — 0

Уровень h определяется из первого уравнения (6)

h=- — -и, !, п и отсчитывается по числу витков п„которое должно быть регулируемым. Для выполнения второго условия (6) необходимо изменять число витков nq. Исключая величину. h из второго уравнения (6) и полагая для упрощения, что l =l> — — 1, получают

1, п — M; —— n)

1 (7) Из выражения (7) с.÷cäóåò, что при уравновешивании моста изменение количества витков п» и, необходимо производить так, чтобы их сумма оставалась постоянной.

Таким образом, показания описываемого уровнемера не будут принципиально зависеть ни от электрических параметров сред, уровень раздела которых измеряется, ни от геометрических размеров и взаимного оасположения датчика и резервуара, ни от параметров изоляции датчика.

При,практическом осуществлении датчик выполняется из двухжильного изолированного кабеля, разделенного на три секции. Внутренние провода 12 и . 8 кабеля служат для присоединения секций датчика к измерительной схеме. Для устранения нсжел ательных электром агнитных связей между резервуаром и элементами измерительной схемы уровнемера применен экран 14. Уравновешивание моста производится реверсивным двигателем 15, управляемым усилителем 16, в состав которого входит детектор равновесия.

Предмет изобретения

1. Емкостной уровнемер, предназначенныи для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположенным параллельно стенкам резервуара, отличающийся тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолированного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, каждая из которых подключается к мостовой измерительной схеме.

2. Емкостной уровнемер по и. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения паразитной проводимости между соединительными проводами и резервуаром, подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуществляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил кабеля, 3. Емкостной уровнемер по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения влияния геометрических размеров датчика и резервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметров изоляции датчика на погрешность измерения, определение уровня раздс№ 146521 ла сред производится путем сравнения суммы проводимостей верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхности раздела сред, с проводимостью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела.

4. Емкостной уровнемер по пп. I — 3, отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью обеспечения защиты схемы уровнемера от воздействия паразитпых электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, а также с целью практического исключения влияния емкости соедини eëüíîã;> кабеля на погрешность измерения уровня, сравнение соответс.iвующиx проводимостей производится посредством подключения рабочей и компенсационной секций датчика к шестиплечей мостовой схеме с есной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновешиваемой при помощи реверсивного двигателя, управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия, 5. Прибор по пп. 1- — 4, от л и ч а ю шийся тем, что уравновешивапие шестиплечей мостовой схемы с тесной индуктивной связью осущестh, ÿåTñÿ посредством изменения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика.

6. Прибор по IlTI. 1 — 5, отл и ч а ю щи и с я тем, что изменение количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика, происходит при уравновешивании мостовой схемы таким образом. что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.