Резонансный датчик уровня

Резонансный датчик уровня

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11)Л ХО649 т

> (тт1) Дополни гельттое к авт. свид-ву (22) Заяцлено18.12.73 (21) 1976958/18-10 с присоединением заявки № (23) Г1 р и о р и те т†(43) Оттубликовано 15.04.76.Бюллетень № 14 (45) Дата опубликования описания 06.07.77 (51) M Кл.в (,О1 23п8

Государственный комитет

Соввтв Министров СССР оо делам изобретений и открытий (03) УДК681.128.82 (088,8) В, А, Викторов, Л, И. Кияшев. В, К. 11олетаев, .:"т. С. Совлуков и A. C., Ул=:; цэв (72) Л вторы изобретении (71) 3 тввитель

Ордена Леттина институт проблем управления (54) РЕЗОНЛНСНЫЙ ДЛT 111К УРОВ11Я

Изобретение огцэсцтся к peaOttattcttt tм датчикам уровня ц может быть цспользэвацо в автоматических системах для измерения уровня сред с любыми электромагнитными свойствами, 5

Известны резэняцсцые датчики уровня, выполненные в виде эт1>е m;I эднорэдной коаксиальной длинной линии. Такие датчики обеспечивают высокую точность измерения уровня сред, являюшцхся достаточно хорошими диэлектриками цлц досгягочно хорошими проводниками, Недостатком известных датчиков уровня является цепригэдцосгь их для измерения уровня несовершенных диэлектриков и проводников (полупроводниковых сред) °

Кроме тэго, поскольку лля таких дагчиков урэвця различен характер зависHMocTH резонанснэй частоты кэлебяштй эг уровня диэлектрических и электрэцрэвэдных сред, Qp

То этэ вызывает не обходик>эсть перестройки электроцнэгэ бл; кя BT01Iftчнэй яппяратурь.

Для расширения дцяпазэ>и измеряемых сред в предл;и аемэм датчик урэвця внут, ренттий проводник отрезка длинной пицци пок р5 рьтт цзэлцруюшей .-;цэлектрическэй оболочкой пэ всей егэ длтше> пэцчем произведение отцэц- цця диэлектрической проницаемости материала оболочки к диэлектрической процццае.„:гстц из терпел>эй средтц и частного эт делецття логарифма эгцэшения диаметра внешнего проводник» отрезка длинной линии к диаметру эбэт.очки з.я, эгарцфм отношения диаметра оболочки к диаметру внутреннего проводника не превышает 0>2.

На фиг, 1 представлен график выходной характеристики датчика (завцсплтость резонансной частсгы колебаний эг уровня: линия

1 соответствуе т зап элце ццю системы идеттлт ной дцэлектрцческ0lt, а llHHIIB 11 — идеальной провэдя цей средамц); ца фцг, 2 - схелта опцсываемэго дятч тк»„

Датчик выпэлтте>т в виде отрезка однородной кэаксцальн А д шиной линии и содержит внутренний прэвэдццк 1 с диаметром сФ, оболочку вттутре!ттте 0 пр эв эд(тттка 2 с диаметром т и внешццц ц>эвэдццк 3 с диаметром св.„, Для обеспечения вэзмэжносгц т олучет>ття итвформаццц эб уровне срепт l в сосуде ттеэб-

510649 ходимо,чтобы добротность О. полнэстью . заполненной измеряемой средой сйстемы бы,ла не ниже критического значения l1 . При этом обычно Ц. 10. Без учета потерь

О электромагнитной энергии в конструкции 5 резонансной системы это приводит к необходимости выполнения неравенства 4g д" ñ 0,1, так как 1 т8 „= — „, где tg 8 .

1 АР эффективное значение тангенса угла диэлектрических потерь в данной двухслойной 1О диэлектрической среде, образованной диэлектрической оболочкой и измеряемой средой., Наличие среды с произвольными электромагнитными свойствами в рассматриваемой двухслойной среде характеризуется результирующими значениями эффективной диэлектри-> ческой проницаемости $ и тангенса угла диэлектрических потерь t g Ь у такой среды. При пренебрежении потерями в конструкции резонансной системы величина 1 тРэ, выражается следуюшей форму лой

Ol . с,,„(o) = P.„

Х?— с?

Ь О, . ()=

:Ф т . а

g EÄ Ä> + . и — „ и, следэвательно, 3Ф(0) А ф (ю) Gp

4„ где А g и $ (— соответственно e —

?l 0t .относительные диэлектрические проницаемости измеряемой среды и материала оболочки внутреннегэ проводника.

Из фэрмулы (1 ) следует, что зависиMocTh ht45 = у(ЧВ) носит экстреС. 1 где Сф с? - тагненс угла диэлектричес

30 ких потерь в измеряемой среде;

0) и g ()-соответственно статичес-, кая на частоте k = 0 и высокочастотная на частоте > - эффективные диэлектрические проницаемости.

Для рассматриваемой коаксиальной двухслойной системы,р <О) мальный характер и при 1 Ь дости aq) () гает максимальнэго значения:

А Ь

Ъ эф мдкс 2Я .?+ <>)

Следовательно для измерения сред с произвольным значением tP 5 нужно удовлетворить условию tg +q д„ +0,1,изкоторого следует условие, накладываемое в данном случае на величину конструктивного параметра А:

А (0,25 (4)

Для увеличения добротности Q резонанс

I 4 сной системы необходимо уменьшать величину параметра А. Уменьшении А можно добиться при прочих равных условиях, например> путем увеличения толшины диэлектрической оболочки (диаметра 7 ). Это объясняется уменьшением части поперечно го сечения отрезка длинной линии, занятой измеряемой средой, которая вызывает большие потери электрэмагнитной энергии, и увеличением части поперечного сечения, занятого диэлектрической оболочкой с малыми потерями,: Аналогично объясняется увеличение g при уменьшении диаметров О и с?, Увеличение Ц при умень1 шенин проницаемости Е и увеличении проницаемости F связано с перераспределением энергии, запасаемой . в областях, которые заняты средой с малыми потерями и средой с большими потерями.

Максимальное расхождение выходных

?характеристик при заполнении устройства идеальными диэлектрической (6(B =O} и прэводяшей (Q5 с" )средами может быть сделано достаточно малой величиной, лежащей в пределах допустимой погрешности Юо, путем соэтветствуюшего выбора конструктивного параметра А, При этом выходная характеристика при запэлнении устрэйства средой с каким-либо промежуточным значениемtP 5 лежит в пределах области между указанными характеристиками, и погрешность измерения уровня такой реальнэй среды при изменении ее?4 3" в некоторых практически возможных пределах будет тем более меньше значения б . Погрешность измерения Й может быть записана:

У„- У

-> ц т, ()

2 где т — резонансная частота колебаний не заполненного измеряем ой средой устр эйства;

° то

А<6.Кро&ю ff

Фиг. 1

l1«äIøñ ц«

1.!НИИПИ Заказ 1125/5О9 Тираж 86 1

Филиал ГП1П,"Патент, г. Ужгород, у.I. 111 з..;;, .1 т — резонансная частота полностью за1 полненного иделальной диэлектрической средой устройства; - резонансная частота полностью зай полненного идеальной проводящей средой неустройства. >4 O +

А

,Так как — = р с 1+А озф. о

P.ру p lt А де E о t> 6з р х ственно эффективные диэлектрические проницаемости не заполненной и полностью заполненной идеальной диэлектрической и идеальной электропроводной средами системы, Задаваясь максимально допустимым зна- 25 чением О погрешности устройства, из формулы (6) определяется область допустимых значений параметра А:

Необходимости обеспечения возможности 65 получения информации об уровне и требуемой точности измерения уровня среды с любым значением ф IF соответствуют условия соотношений (4) и (7), накладываемые на величину параметра А. 40

Цезононснау чаг ала 1 А

Из aI .лиза и сопоставления соотношений (4) и (7) при учете того факта, что реально большими значениями1 3 обладают среды с большими значениями 6, следует, что обоим условиям с хорошей точностью удовлетворяет датчик, конструктивные параметры которого подчиняются условию (4).

Таким образом добротность описываемого датчика уровня при любых электромагнитных свойствах измеряемой среды остается достаточно большой величиной, и выходная характеристика датчика для среды с любыми электромагнитными свойствами является падающей и расположенной в зависимости от тангенса угла диэлектрических потерь в пределах кривых, характеризующих заполнение системы идеальной диэлект рической и идеальной проводящей средами.

Ф ормула из обрете ния

Резонансный датчик уровня, выполненный в виде отрезка однородной коаксиальной длинной линии, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых сред, внутренний проводник оч резка длинной линии покрыт изолирующей диэлектрической оболочкой по всей его длине„причем произведение отношения диэлектрической проницаемости материала оболочки к диэлектрической проницаемости измеряемой среды и частного от деления логарифма отношения диаметра внешнего проводника отрезка длинной линии к диаметру обс почки на логарифм отношения диаметра оболочки к диаметру внутреннего проводника не превышает 0,2,