Устройство для определения положения границы двух диэлектрических сред в сосуде

Устройство для определения положения границы двух диэлектрических сред в сосуде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для определения положения границы диэлектрических сред в сосуде. В отрезке длинной линии V-образной формы с несимметричными плечами последовательно возбуждаются три типа колебаний от перестраиваемых по частоте генераторов. Распределение электрической энергии в направлении изменения положения границы диэлектрических сред исключает возможность попарного равенства некоторой функции φ<SB POS="POST">I</SB>(X) для каждого I-го типа колебаний. Текущее значение X - положения границы раздела - определяется в измерительной схеме, реализующей обработку зависимости X=F(F<SB POS="POST">1отн</SB>-F<SB POS="POST">2отн</SB>/F<SB POS="POST">1отн</SB>-F<SB POS="POST">3отн</SB>), где X - текущая координата положения границы раздела, от нижне отметки диапазона измерения, F<SB POS="POST">Iотн</SB>=F<SB POS="POST">I</SB>/F<SB POS="POST">I0</SB>, где F<SB POS="POST">I</SB> - частота I-го типа колебаний для данного X соответственно

F<SB POS="POST">Iо</SB> - частота I-го типа колебаний для X=O

F - тарировочная функция. Линейность выходной характеристики регулируется в результате подбора числа и отметок размещения перегибов отрезка длинной линии. Описан вариант устройства с короткозамкнутым отрезком длинной линии, отметки размещения перегибов в котором выбираются в следующей последовательности: (0,8 - 0,83) H

H

О

(0,48 - 0,52) H

(0,02 - 0,04) H, где H - диапазон изменений положения границы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()з 4 С(01 Г 23 28

) " ))> > (> ——

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ где х, > ((.>; >- — > l >(! x >

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4082745/24-10 (22) 23.05.86 (46) 07. 12.89. Б(ол. № 45 (71) Институт проблем управления (72) Б. В. Лункин, Н. А. Криксунова, А. И. Кияшев, A. А. Астафьев, В. В. Плотников и А. Д. Северинов (53) 681.128.083.2 (088.8) (56) Викторов В. А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин.— М.: Наука, 1978, с. 93, 94.

Авторское свидетельство СССР № 553472, кл. С) 01 F 23/28, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 667818, кл. С(О1 F 23/28, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОУКЕНИЯ ГPAHHLlbl ДВУХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД В СОСУДЕ (57) Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для определения положения границы диэлектрических сред в сосуде. В отрезке длинной линии V-образной формы с несимметричными плечами последовательно возбуждаются три типа колебаний от перестраиваемых по частоте генераторов. Распределение s ((hT()I(tlt(Изобретение относится к технике элеhгрических измерений неэлектрических величин.

Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых сред с одновременным повьчшением точности.

Принцип работы устройства заклю шется в следующем. В одном отрезке длинной I((нии, используемом в качестве чу в«твительного элемента (4Э), возбуждают три собственных типа колебаний. Собственная частот; каждоп) из этих типов с высокой точностью определяется выражением

„„SU„„1527505 A 1

2 кой энергии в направлении изменения положения границы диэлектрических сред исклк)чает возможность цопарного равенсгва некоторой функции ((,(х) для каждого i-го типа колебаний. Текущее значение х — положения границы раздела определяется в измерительной схеме, реализу ющеи обработку зависимости x=f(—.— — —. ), где х теку(1 - l -"" (!(™ ).( щая координата положения i раницы раздел(! от нижней отметки диапазона измерения;

f б — где ), — частота I-го типа коле(1 > баний для данного х соответственн(, t„ частота (-го типа ко(lt баний для л.=(); f тарировочная функция. Линейность выходной характеристики регулируется в реву Ibтате подбора числа и отметок разме(пения перегибов отрезка длинной линии. Описан вариант устройства с короткова мкнуч ым отрезком длинной линии, () I метки размен(ения перегибов в котороч выбираются в (ледующей последовательности: ((),8- 0,83)

Б; Н; 0; (0 48- 0,52) Н; (0,02 -0,04) Н, где H — диапазон изменений положения границы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. положен(ц границы раз (е 13, ()1(ti(Iты(гаечое оТ нижней i))3((((l(l>I диан;(:(()Ild ИЗ >(ЕР(> И И Я; частота 1-го тип I h().!(. о;1 ний д, I >( данного л с()oTBt T(. T((t Ill((); частота для х=0; диэлеhòðè÷åская прониц;!ечо ть ср(—

lbl, которая ра il(). о)кс((: t. Itt р х у, диэлектриче(. кая пр()ии и;(е"!ос) ь нижней сре.(((; функция л . оире.(еля ч;>ч р;-(сllllt дсЛЕНИЕМ Э.И КтрИЧЕ(К(>И эНЕИГIIII I! Иа(! Р а В,Ч Е (! !! И !! 3 М (>(I Е !(И и (! О .1О it(.> II II >I границы р I!(1е,ч (! Iувс) ((IITtt !,I(t>ì элементе для !- (> т! ии ho,lt()>!Ill(11

1527505

<)т ноыс р 3. От< (О.с

Г, 1,, < < > т, 3>

Ы (.. I (., >> (Т

10 гдс f, fl !

x(

<(< л (—

3= — f / -).

/i /< (4) сля определения положения границы раздела независимо OT свойств контролируемых сред необходи мо, следовательно, обеспечить три каналы информации. Б качестве таких каналов выбраны три типы ко.!Сбыннй н одной системе (н одном с(=г), именнцих различные р риче«ê0é

ЭНЕР! И!5.

Г(одстынив В ныраженис (1) Вм«, !о пс>следонательно I, 2, 3 и p<. ll! 11B со(33!(«(но

СИСТС>МХ X РЫВНС>НИИ, ЫпжНО НОГ(>< ЧИ(i>.г .г . г

k>< (— <(,>! 3, / 3,I f < / >! Ill

— «!<»н, 1(>Вы Я 1;IСТЬ Bhlpi(ik«IIИЯ () H f5, (H« I СH ф у l I k l l It (. и .(. I T 0 о з н а ч ы ет и с к It() ц п и с в и р»обры.«)B;»III!I измсренных част<)Г /,, /, », !, >анисим<>сги от Bi и В>, .(л)! срсд с д<>стыточно близкими з!(ы IclI II H xtlt диэл«ктриче«ки х п рс>н и цаехн>стс и (- ) ((! выр<(жение (1) может быть ры <ли<- >

Ж(130 В рЯ.(, II ГО(да Bl>l piсокой г Il<>ньк) точности можс (бы I ь нр«д<. T<3 b,1(ll0 (3 ??????(1 (\ ??, > К)т X К <1ЗЫ Н Н В(С> 311B x нк!(ИЯ.

Вырыж< ((it(. (4), В li>«тиос ги. с Вы«01 0 t

< ГС П((П>К) TOЧНОСТИ II Р<5 (5«ДГ! И f30 (, I H <>и()Е 1<. л«ния уровня криотснн!.!х ср» ((с =1> ) .

1(ри Гол(х кы.(анно(Il p<. 0() pГрС П!НОСтЬ и <м«р«ния, Обу с.н>вл«ннун> и <ыс II<. ни я ми k<)llС ГРУ I, И 3-ЗЫ

"" н«ры" у!"(,(с ис(нитс л ьно. воз ьм«м B прс 0() 1) ы.30!3(iнии ()) зны!ения /,.„((= — 1, ).,11 pix(1(3Il ч;(TOTI>l с(;э Ири л — () i»ll (>Оминыльной !(ып«рытур». !(ус!ь нри «с !1<м(ll(II И lt .311 I 3> It

/, (— >/! T0l l <1 lllti>I (3

f, =/, . >1 ë, c I . (Н>, l) ч («ы (I + ) - — (I + " ), 3,,Г

f„ ) (I + ) — (1+ ) (, В идс ы.!ьноы слу чыс, н«x <ч!ГГ(>(ftctk)l!(«м (3i! IIHfiItt. Вн (ill!It; э,(«ментов ны р«:<онынснуIO и;>«10(у. Ири р;!пном«рнох! Воза(йствии ВозЛ1Ы(i(i(10lllll Х (fiit k ГОРО(3 II

fio

3f — (! длины лиf(ttft) и не зависиT (, что х<нычы T ktc h.iko÷åпие .3ы(>исиыост!3 результ;1!Он it <ысрсllflH 01 изы "Венин kOII«труктинн! !х пырыы TpoB. ()пр«,(«ле!(ие 110.í>æ«íèH границы раздела

15 .!Ву. (р«д 110<. ре,(ствоы изыерс ния косвенног<> п;(р;>м«тры (в данном случыс определени< 3(i

Одно>нычным с>б(>азом зр«бу«T монотонно(IH

II0 .с Вь(ражения (2) и.lи (3) .

Б об!псы случ;t(это условие н«выполIiH(.тся. 11ыпример, В нрямоли!цйном отрезке д (lflifl011 линии д.lH .!(Обых реx типов колебаний рыспр«д«лсния элсктрической энергии тык<>вы, гго вс«гды есть точки, в которы. (<и(>р(н> равны, ITO Видно и 3 соотноше25 г.l(I ноыср гармаши(! и kOл«банни;

<НЫК « 01 <> . И < ki k,(f1(I((It kOPOI k05i(<(kII 3 3 <>lt; 3 Н, П К, I ff (ill 1 k!(>> 10(3 fiii

kОН Ц< .

I! 3 << I>! P 1 х

Гi(10<3 К<>!<.<)(IllftÈ 0,(НОИ ИЗ I(! Vft ГОЧ(k Яftг!Я(Iся Iочк t т=- (f >f/, I дс /i диапазон и 3ыс (< (fit>I. 110i;<1 pi(0(раис (ц ВО приво тит к рызрын <;(ни«(! (0< ги ()) или (>k>p се в

Н3.(! ITO и Обои, (.lл IBHx при(30(и(к неодно 3!(ы (н<ц ги !31lxOдн<>й xBðBêòåpèñãèêè, с),(и(< и:3 (у Гсй ) ñiðûíñ ния ук<1 !анной

Ii(О.1(10 3 Н Ы

40 р Iс Ilp(. д(,1 I(1tH энс рГии э, I(. kò()è÷(. ñkOÃÎ Ilo IH по«рсдс г((ом I «оыетричс ск >го р;>< нределения

f3 llp0< з рынстве отрезка д,!инной линии.

1 (к I:Ok;t 3ТI,IB;I lilt(» ОТРС.(Кля«(II(>.(3 (ить ы >нотоннуEO харак!«рис45 (It kh

< (33 .1!> I > ! рс х < Об< I В(Ii I: I>! X 1110, I I((IIIIOГО (3 l3il,((О I, < (> kl .(,IИ Н НО И .Ill НИ И, ИМ< K)(i((I O

k0ll<(>l! I 3 P;<;lit I0 . I0 3tit(3 0 If . 1 f1 ll1f И С О 1(l lt Х1 И 3,1<)з<>;((31>! x0;II! >я хары кт«ристикы явля«тся

50 л(О . 10(ill011 фу нкциеи границы рыз 5«лы. ),Г!я )! >(< I I< ((II I! H О (il (t i> H<>130И 1 > ВС"1 ВИТ Л ЬНОСТИ < 3!<(«((IlllH l30 (3(с ы коllòp0. 11! p >«x(0û . (иана 50Il(il(0(ходимо повыгнать линейность выходfI0tt „> (> <> к I «Ðè «Tè ки.

55 с .Il)1 Г<. 3 Р(1 IIP«. («<1«ния oTP(ÇêB .1гlиннОй, I lt (I(fit с >,(Х I III «II f10 If . I И НС И НО(ТЬК> (3Ь! ХО (HO И

xiipсу!цес! (>.I(.I! flit .)>ВЧ и

f10 1113(. P ж,(С ll Э К<. Il«P tf (1(0 1 < (< М ВЫРИ (.

1527505 ции конфигурации отрезка в виде ломаной линии, имеющей один и более изломов.

При этом для чувствительных элементов, короткозамкнутые концы которых расположены на верхней границе диапазона измерения, при одном изломе нелинейность выходной .характеристики превышает 20%, при трех изломах нелинейность ниже 10% получить не удается, а для конструкции чувствительного элемента с пятью изломами, где в результате подбора отметок изломов выходная характеристика достаточно линейна, отклонение от линейности не превышает

5%, причем в диапазоне изменения положения границы раздела 0,1 — 0,9И нелинейность составляет менее 3%.

Однако при таком же количестве изломов, но при другом расположении их по высоте, нелинейность возрастает и может превышать 10о

На фиг. показана функциональная схема устройства для определения положения границы раздела двух сред; на фиг. 2 блок-схема блока управления; на фиг. 3 схематически изображены варианты выполнения предлагаемого чувствительного элемента (И -- диапазон измерения; И) отметка первого излома; И4, И5 соответственно отметки четвертого и пятого изломов); на фиг. 4 — распределения нормированныx электрических энергий первого (I), второго (11) и третьего (111) типов колебаний ЧЭ и его выходная характеристика (IV).

Устройство для определения положения границы раздела двух сред содержит (фиг. 1) чувствительный элемент 1, имеющий конфигурацию ломаной линии (фиг. 3 à, 6) с по меньшей мере одним изломом, к одному концу которого через коммутатор 2 подключены высокочастотные перестраиваемые по частоте генераторы 3 — 5 к другому концу чувствительного элемента 1 подключен детектор 6, соединенный последовательно с экстремальным регулятором 7, к выходу которого подключен коммутатор 8, с управляющими входами которого соединен выход блока 9 управления.

К выходам генераторов 3 — 5 подключены соответственно делители 10 — 12 частоты.

Выходы делителей частоты подключены к сигнальным входам вычислительного блока

l3, сигнальный выход которого подключен к индикатору 14, а его управляющий выход-к входу блока 9 управления, состояшему (фиг. 2) из тактового генератора 15 и регистра 16 сдвига, входы которого соединены с выходом тактового генератора 15 и управляющим выходом вычислительного блока 13, а выходы — с управляющими входами коммутаторов 2 и 8 и вычислительного блока 13.

Чувствительный элемент может быть выполнен (фиг. 3) в виде ломаной линии с пятью изломами 17 — 21, причем о6а конца

55 его находятся на верхней границе диапазона.

Устройство работает следуюшим образом.

Для определения положения границы раздела двух сред ЧЭ 1 погружают в сосуд с контролируемыми средами и коммутатором 2 поочередно подключают к выходу перестраиваемых по частоте генераторов 3 — 5 ЧЭ 1, кзк многорезонансная системз, на выход( детектора 6 формирует резонансные и мпульсы, экстремальные значения напряжения которых достигаются нз резонансных (собственных) частотах ЧЭ. Экстремальный регулятор 7, являющийся стандартным блоком и включаюший в себя дифференциатор, компаратор и интегратор, формирует сигнал для управления частотой генераторов 3 5. Подйлючение выхода экстремального регуля1ора

7 к хт>равляюшему входх соответ, твуюшего генератора обеспечивается коммутатором 8, переключение которого синхронно с коммута>ором 2 управляется сигналами с блока 9 х правлении. Таким оГ>разом, в соответствуюший период времени, определяемый блоком 9 управления, на выходе генераторов 3--5 образуется гармонический сигнал, частота ко)орого равна соответствуюшей собственной

1зстоте ЧЭ . Гз р мои ичсск)н сигнал ы, 1)редвзрительно согласованные ll() частоте Ijo. средством делителей О -12 чзлоты, последовательно поступают в вычнслительный блок 13, в котором HpoltcxoëHT рз(пределение ча ToT каждого геHt ратор,t, p;11)Hilx сооТветствуюшим трем собстве ни ыч частотам

ЧЭ 1, нес) ц(им HII(!>op)ldj(HI) о положении границы раздела и ) cвойл Hdх hoHTpoлиplex>ых сред, их преобрз сование Ijo вычисл ительному алгоритму (1), форч и рован не сигнала на индикатор 14 положения с контролируемой границы раздела и сигнала на запуск блока 9 управления. Запись cHIHdлов с делителей 10 12 в вычислительном

6локе 13 осуществляется по сигналах> с блока 9 управления синхронно с переключением коммутаторов 2 и 8. На îlHH вход рсгилрз 16 сдвига б. )ока .) управления OHHxðîHHî с переключением коммутаторов (фиг. 2) подаются прямоугольные импхль(ы оТ тзктовогo генератора 15, з нз дрх гой его вход, являюшийся управляю)цим входом 6лок;1 9 управления — импульс от вычислительного блока 13.

На выходе регистра 10 cдвигз в кзж;1ы и так> проис ход11т по«. Iедо В)1 l t. . 1ьн ы 11 c.(HH ( сигнала «1» так, что на одноч из выхо.>ов имеется сигнал «1», à Hd остальных — сигнал «О». Эти сигналы управляют cooTEtcTствуloIIJHчи ключами коммх TdTopoв 2 н

Вычислительный блок 13 можеT 6ыть реализован нз 6зз(микро-ЭВМ. 1,го з.)горитч функционирования вклк>чает в с(6H ввод в оперативную пdx>ÿòü н;(чзльHûx значений часToT как постояннь) х h()3(j>(!>IIIIHc

T()B, ввод сигналов с выход;1 делителей, !

527505

Формула изобретения управляемых сигналами с блока 9 управления, и определение текущих значений частот. Так как преобразование (2) имеет неопределенность типа О/О в точках х=0 и х= х . (В этих точках относительные частоты ЧЭ равны), то для устойчивости работы вычислительHого блока предусмотрено оцениванис разности.х==(()- (—. )- — i(—. )-- () I. (8) /! / /1l> /«

Если л)10, дается разрешение на вычисление преобразования (1) с последующей индика((ией контролируемой величины, в противном сллчае в зависимости от значения

1 f, Всл(ИЧИН вЂ”. И вЂ”.1(O СраВНЕНИК> С О,!1!199 ПрО/1) / (и(H() (итси ин.(икация х=0 или х=х. !3е.!ичина 10 с(>(>тветствлет (>пр(деленном) значеник> при X=0,0! х . и х=0,99.T> ° для чинима lhHo В()зл!Ожний перестройки частоты, при изл!енснии 0(х(х; ..,pdBH()(I 0,99(— = — (1.

f(/ /э

Из этих же соображений взята величина итни(пений †:" = †. =0,9999. что соответ- t 6

/ /ч сгвуег х=0,01х«.. при той же перестройке частоты. Если Л(!О и —. (0,9999, —.„,)

f<

/1()

)О,!)999, т<> эти указывает на неисправность д;(тчика, так как в этом случае имое! место несоответствие реальному измеi((. нию частот при изменении контролируемой границы раздела.

ГЗО Вс(ех слл чаях после икон инни ны(ис леl(HI(формируются сигналы на иидикацик> резульгатов вычислений и однивремеHHo запл EK блок;1 9 лира в.l(. HHH;1,1H управ lения коммлтаторами 2 и 8.

Г!реил!у(пес(вами пр<длагаемого решения я В, IHK)TBH ни:!л!() ж1!Ость ollp(д(>л(ния ГГ)ани цы ра (дела практически IK)át>lx диэлектрических сред, T. е. расширение области прил!Снения; повышение надежности системы за счеT

Л >t(Ht>(t(E .НИ Я IИС,!d ВХОДОВ И ВЫХОДОВ I>> ВСТВительноги .э,!емснта и визл!Ожности удалеIIIIH изм(рите,il>Bolo б,l(>KH;(E> соте.l метров и г с(>E )д(),р((нс!>Ня к >нтрол ируем ых <. p(.,t;

x H(1H ч Il ис I (> I ности II (л(ере!(ив за счет )i, I горитмическип> преобразования тре. частот для If< k,(ê>÷< t(HH влияния ((юзмуHIHK) IHHx фак! OP()B K(1 Г)(> 1> . (>Г(1 > ИЗЛI(>P(HHH.

Предлагаемое ус(ройство наибольший эффект может дать при применении его для измерения уровня криогенных сред.!. Устройство для определения положения границы двух диэлектрических сред в сосуде, содержащее чувстви(льный элемент, выполненный в виде от р« «(> д.!инной линии, первьй конец котс,;;! .. (динен с входом первого коммута-,ора, второй коммутатор, первый, второи и третин высокочастотные генераторы перестраиваемой частоты, первые выходы которых соединены соответственно с входами делителей частоты, вычислительный блок с первым выходом на индикатор, а также блок управления, соединенный с управляющими входами первого и второго коммутаторов, от.гu (a)оа(eеcэ! тел(, что, с целы,. расширения номенклатуры контролируемыл сред с одновременным повышением точности, в неги введены последовательно соединенные детектор и экстреMà1bный регулятор, вк.(юченные в цепь между первым конщ>м <прсзка длинной линии и первым коммута гором, второй коммутатор включен меж. (у вторыми Выхдами Высокочастотных генераторов и вторыл! концом длинной линии, Выходы;гелителей частоты соединены с входами вычислигельног > блоки, второй выход которого с(>един. и, входим блока управления, три н(,I .>д;1 к<>гириго с(н.(ин(Ht(c v(tравляк>щими нхидами си,(В< -)ствеино первого и Bãoðoã<) 1: ммут;(lñ)((>B и Bii÷èoëèòåëüни! и 6(oK,I, i Выходы п(pB(» <, комл!лтатора

СОСЯI!и(НЫ С НХ(>ДНМИ ВЫСОКОЧаСTOTНh(X ГЕНЕраторив, при этол! отрезок длинной линии в диапа (oH(измерения по высоте сосуда содержит по крайней мере один участок )т-образНоН формы с несимметричными плечами, точка перегиба к<) lopofo разл(ешена на отметке

Hèæíå(o конт ролируемого уровня границы с ред.

2. Устройство l(o и. 1, or.ãè÷((ioùeå(ÿ тем, что, с цел! Io ли(и аризации выходной характеристики, отрезок длинной линии выполнен короткозамкнутым и содержит дополнительно три (з-образных участка с несимметричными плечами и один 1-образный участок с симметричными плечами, при этом концы отрезка длинной .!инни разме(цены на отметке мак(.и ального контролируемого уровня

//,;1 ОTл(еl ки размещеHèÿ точек перегибd уча

1527505

5й (.«етани)< лн I:. 1(о («, ° <«í

1 « ;> к < > р l I 1 1 и,> к « н;I 1 < кре (И Вер< с Корректор М. Макгимигиин< и

1,> л,<,:>() 4 li Г и ра.к (i 6() I I<>. ø и ен<н

1>! !(Ill ((1(I <и <даретвенног«к«ми > с га по изобретс нинм и открытиям при (К HT (:(:(Р

1(3()35. Моекна, хК 35. Раугнекан наб., д 45 (Iр н<ан«.«<н н<н из(<отед« кий к«мби«ат «1(а)с нт». < Ужгород, у < Га> арина Il) l