Емкостный уровнемер
Иллюстрации
Реферат
Использование: измерение уровней неэлектрических жидкостей Сущность изобретения: датчики 4 и 5 выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, одни из электродов обоих датчиков покрыты слоем изоляции, датчики 4 и 5 расположены в резервуаре параллельно друг другу на одной высоте. Дополнительно введены четыре переключателя 13, 14, 15 и 16, третий трансформатор 18 с двумя регулируемыми обмотками , два регистра 22 и 23 и триггер 25 2 ил
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 F 23/26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833096/10 (22) 28.03.90 (46) 15.10.92, Бюл. ¹ 38 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) З,Я.Монастырский, А.М.Саволюк, В. Г. Без носов и М.С. Евдокимов (56) Карандеев К,Б. и др. "Емкостные самокомпенсированные уровнемеры", М,-Л,:
Энергия, 1966, с. 34. рис. 1,8, „„ А „, 1768996 А1 (54) Е М КО СТ Н Ы Й У Р О В Н Е М Е Р (57) Использование: измерение уровней неэлектрических жидкостей. Сущность изобретения: датчики 4 и 5 выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, одни из электродов обоих датчиков покрыты слоем изоляции, датчики 4 и 5 расположены в резервуаре параллельно друг другу на одной высоте. Дополнительно введены четыре переключателя 13, 14, 15 и 16, третий трансформатор 18 с двумя регулируемыми обмотками, два регистра 22 и 23 и триггер 25. 2 ил.
1768996
40
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей.
Известны емкостные уровнемеры, содержащие рабочий и компенсационные датчики, включенные в мостовые цепи. Однако эти уровнемеры обладают недостаточной точностью при изменении удельной электропроводности измеряемой среды по высоте резервуара, так как измерительный и компенсационные датчики находятся в разных условиях по отношению к этому изменению (расположены на разной высоте).
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной уровнемер, содержащий генератор рабочий, нижний и два верхних компенсационных датчика, включенных в измерительную цепь, содер>кащую два трансформатора, один из которых (второй) имеет регулируемую обмотку. Выходной сигнал измерительной цепи пропорционален разности токов измерительного и компенсационных датчиков. Благодаря использованию верхних и нижних компенсационных датчиков исключается влияние на результат измерений изменений электрических параметров нижней, контролируемой, и верхней, обычно газовой, сред. Однако при этом устраняется полностью влияние изменений диэлектрической проницаемости контролируемой среды только в зоне расположения ни>кнего компенсационного датчика, который по принципу действия описанного устройства располагается ниже зоны контроля уровня рабочим датчиком, Поэтому устройство не позволяет корректировать погрешности, вызванные изменением параметров сред r„o высоте резервуара.
Изменение свойств контролируемой (жидкой) среды по высоте имеет место при измерении уровня в больших по высоте резервуарах, при этом из-за гидростатического давления верхних слоев жидкости на нижние происходит изменение плотности жидкости, давления, а в ряде случаев и температуры, и, как следствие, изменение диэлектрической проницаемости по высоте.
При этом изменяется также диэлектрическая проницаемость парогазовой смеси над поверхностью жидкой среды. Особенно эти эффекты проявляются.для случаев измерения уровня криогенных жидкостей (сжи>кенных газов), которые имеют малые значения диэлектрических проницаемостей, При этом максимальная погрешность мо>кет достигать 5% от диапазона измерения. Наличие этой погрешности является недостатком устройства-прототипа.
Целью изобретения является повышение точности измерения, Это достигается тем, что в емкостном уровнемере, содержащем генератор переменного напряжения, первый и второй трансформатор, четыре емкостных датчика, механизм дискретного уравновешивания и регистрируюзий прибор, при этом генератор переменного напряжения подключен к первой обмотке первого трансформатора; первый и второй емкостные датчики одним из электродов подключены ко второй обмотке первого трансформатора, третий и четвертые емкостные датчики одним из электродов подключены к третьей обмотке первого трансформатора, а вторые электроды первого и второго датчиков соединены попарно со вторыми электродами третьего и четвертого датчиков и подключены к первой и второй обмоткам второго трансформатора, третья обмотка которого соединена с первой обмоткой первого трансформатора, первый и второй датчики выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, имеющих изоляционные покрытия с различными значениями диэлектрической постоянной, и установлены на одной высоте параллельно друг другу, дополнительно введены четыре переключателя, третий трансформатор с двумя регулируемыми обмотками, два регистра и триггер, счетный вход которого соединен с первым выходом механизма дискретного уравновешивания, а прямой выход триггера соединен с входами второго регистра, третьего и четвертого переключателей и входом записи регистрирующего прибора, инверсный выход соединен с входами первого регистра, первого и второго переключателей, а входы первого, второго, третьего и четвертого переключателей связаны соответственно с первой, третьей, второй обмотками второго трансформатора и второй обмоткой первого трансформатора, первые выходы первого и четвертого переключателей соединены между собой и связаны со второй регулируемой обмоткой третьего трансформатора, а первые выходы второго и третьего переключателей соединены между собой и связаны с первой регулируемой обмоткой третьего трансформатора, при этом вторые выходы четырех переключателей, первая и вторая обмотки третьего трансформатора, третья обмотка второго трансформатора и вторая обмотка первого трансформатора соединены с общей точкой, а третья обмотка третьего трансформатора соединена с входами механизма дискретного уравновешивания, второй выход которого соединен с входами первого и второго регистров. выхо1768996 ды которых соединены с регулируемыми обмотками третьего трансформатора. Поло>кител ьн ы и эффект заключается в повышении точности измерения. Это достигается за счет того, что к изменениям параметров контролируемых сред в одинаковой мере в отличие от прототипа чувствительны оба рабочих датчика. Эффективность компенсации дополнительной погрешности, вызванной градиентом, по сравнению с устройством-прототипом, составляет для жидкостей с малыми значениями диэлектрических проницаемостей (Е>к = 1,2...2,0) десятки-сотни раз, а для жидкостей с Е>к > 3 эффективность компенсации достигает нескольких тысяч.
Преимуществом предлагаемого устройства является некоторое расширение рабочего диапазона измерения в сторону малых значений уровня в связи с отсутствием нижнего компенсационного датчика. Этот датчик в устройстве-прототипе расположен ниже рабочего, а измерения возможны только после его полного погружения в контролируемую среду, в результате чего o5DB зуется зон;. неконтролируемого уровня, Такая зонг принципиально погностью отсутствует в предлагаемом устройстве.
На фиг, 1 предст-. ëàïà схема емкостного уровнемера; на Фи-. 2 — разрезы двух коаксиально-цилиндрических датчиков уровня, Емкостный уровнемер содержит генератор 1 переменного напряжения, подключенный к первичной обмотке трансформатора 2, Один из выводов вторичной обмотки 3 этого трансформатора подключен к точке соединения потенциальных электродов погружгемых в жидкость датчиков 4 и 5 уровня. Один из выводов вторичной обмотки 6 трансформатора 2 подключен к точке соединения потенциальны- электродов, расположенных вне контролируемой среды (компенсационных) датчиков 7 и 8 уровня.
Токовые электроды датчиков 4 и 7 соединены вместе и подключены к одному из выводов обмотки 9 трансформатора 10. Токовые электроды датчиков 5 и 8 также обьединены и подсоединены к одному из выводов обмотки 11 этого же трансформатора. Вторые выводы обмоток 9, 11 и 12 связаны со входами переключателей 13, 14 и 15 соответственно. а вход переключателя 16 подключен ко второму выводу обмотки 6 трансформатора 2. Первые выходы переключателей 13 и 16 соединены вместе и связаны с одним из выводов регулируемой обмотки 17 трансформатора 18. Первые выходы переключателей 14 и 15 также объединены и подключены к одному из BblBopQB регулиру5
55 емой обмотки 19 того же трансформатора.
Вторые выводы переключателей 13, 14, 15 и
16, а также второй вывод обмотки 3 трансформатора 2, второй вывод обмотки 12 трансформатора 10 и вторые выводы обмоток 17 и 19 соединены вместе и выведены на общую заземляющую точку устройства. Выходная обмотка 20 трансформа — îðà 18 связана с механизмом 21 дискретного уравновешивания, второй выход которого подключен ко входам регистров 22 и 23, а также ко входу цифрового регистрирующего устройства 24, Первый выход механизма 21 дискретного уравновешивания подсоединен к счетному входу триггера 25, инверсный выход которого связан со входами управления регистра 23, а также переключателей 12 и 15. Прямой выход триггера 25 подключен ко входам управления регистра
22, переключателей 14 и 16, г также ко входу записи регистрирующего устройства 24, Выходы регистров 22 и 23 связаны с управляющими входами регулируемых обмоток
17 и 19 трансформатора 18, На фиг. 2 представлены разрезы двух коаксигльно-цилиндрическиx датчиков уровня 4 и 5, у которых внутренние электроды 26 и 27 покрыты слоями диэлектриков 28 и 29. В качестве рабочих датчиков 4 и 5 уровня используются два однотипных емкостных датчика с одинаковой конфигурацией электродов (это могут быть два плоскопараллельных, два коаксиально-цилиндрических датчика и т.д,). Оба датчика выбираются одной и той же длины. Располагаются датчики в резервуаре параллельно друг другу на одной и той же высоте. Одни из электродов обоих датчиков покрываются слоями изоляции. причем толщина покрытия д1 и д2 для каждого из емкостных датчиков 4 и 5 должна быть различной (если оба датчика покрыты однил и тем же материалом (диэлектриком)) или может быть одинаковой в случае использования различных типов покрь тий. Внешние электроды 30 и 31 датчиков 4 и 5 не содержат покрытий.
При включении датчиков 4 и 5 в схему уровнемера согласно фиг. 1 внутренние электроды 26 и 27 являются потенциальными, а внешние электроды 30 и 31 — токовыми. При этом электроды 26 и 27 соединены между собой и с одним из выводов обмотки
3 трансформатора 2. Токовый электрод 30 датчика 4 соединен с токовым электродом компенсационного датчика 7 и с одним из выводов обмотки 9 трансформатора 10. Токовый электрод 31 дгтчика 5 подкла:ен к токовому электроду компенсационного датчика 8 и к одному из выводов обмотки 11 трансформатора 10.
176899б
Конструкция и расположение компенсационных датчиков 7 и 8 идентичны верхнему компенсационому датчику устройства-прототипа. В частности, оба компенсационных датчика могут быть выполнены аналогично рабочим и расположены в сосуде горизонтально, но обязательно выше максимальной обмотки уровня (вне констролируемой среды).
Формула изобретения
Емкостный уровнемер, содержащий генератор переменного напряжения, первый и второй трансформаторы, четыре емкостных датчика, механизм дискретного уравновешивания и регистрирующий прибор, при этом генератор переменного напряжения подключен к первой обмотке первого трансформатора, первый и второй емкостные датчики одним из электродов подключены к второй обмотке первого трансформатора, третий и четвертый емкостные датчики одним из электродов подключены к третьей обмотке первого трансформатора, а вторые электроды первого и второго датчиков соединены попарно с вторыми электродами третьего и четвертого датчиков и подключены к первой и второй обмоткам второго трансформатора, третья обмотка которого соединена с первой обмоткой первого трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, первый и второй датчики выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, имеющих изоляционные покрытия с различными значениями диэлектрической постоЮ янной, и установлены на одной высоте параллельно друг другу, дополнительно введен четыре переключателя, третий трансформатор с двумя регулируемыми об5 мотками, два регистра и триггер, счетный вход которого соединен с первым выходом механизма дискретного уравновешивания, а прямой выход триггера соединен с входомами второго регистра, третьего и чет10 вертого переключателей и входом регистрирующего прибора, инверсный выход соединен с входами первого регистра, первого и второго переключателей, а входы первого, второго, третьего и четвертого
15 переключателей связаны соответственно с первой, третьей, второй обмотками второго трансформатора и второй обмоткой первого трансформатора, первые выходы первого и четвертого переключателей соединены
20 между собой и связаны с второй регулируемой обмоткой третьего трансформатора, а первые выходы второго и третьего переключателей соединены между собой и связаны с первой регулируемой обмоткой третьего
25 трансформатора, при этом. вторые выходы четырех переключателей, первая и вторая обмотки третьего трансформатора, третья обмотка второго трансформатора и вторая обмотка первого трансформатора соедине30 ны с общей точкой, а третья обмотка третьего трансформатора соединена с входами механизма дискретного уравновешивания, второй выход которого соединен с входами первого и второго регистров, входы которых
35 соединены с регулируемыми обмотками третьего трансформатора.