Электроемкостной уровнемер

Электроемкостной уровнемер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Саеетсинх

Сатаеале стюесиих

Респубвтн

ОЛ ИС АНИЕ щвтэт

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. синд-ву (22) Заявлено22.04.76 (21) 2354316/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.09.77 Бюллетень № 35 (46) Дата опубликования опнсании20.10 77 (61) М. Хл, 2

С 01 Р 23/26

Гаеударставнхвй аааттат

Вааата Махастров СССР аа далам хзеаретанах в юткрытмх (53) УДХ 681 128.. 63 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A. И. Мартяшин, А. E. Морозов И. Г. Путилов, В. Ф Рабов и B. M. Шляндин

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к электроизмернтельной технике и может быть использовано для измерения уровня как неэлектронро» водных, так и обладаюших частичной прово димос т ь ю. 5

Известен электровмкостный уровнемвр, содержаший измерительный вмкостный датчик, измерительный мост, генератор высокой частоты, детектор и стабилизируюший узел

Щ

16

Недостатком уровнемера является невысокая точность и надежность при работе с жидкостями, у которых в широких пределах изменяется диэлектрическая проницаемость н удельная электропроводность. !5

Известно также емкостное устройство для измерения уровня, содержашее емкост ный датчик, генератор высокой частоты, операционный усилитель, бесконтактныв переключатели и индикаторное устройство. В

Устройство представляет собой преобразова тель емкости в постоянное напряжение, в котором совмешены функции линеаризации передаточной функции и детектирования высокочастотного наприжения (2l. 23

Недостатком известного устройства явля ется невысокая точность измерения уровня жидкостей, обладаюших частичной элвктрсьпроводностью, так как погрешность возра стает пропорционально увеличению удел ной электронроводности, Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому явлются уровнемвр, содержаший измерительный и компенсадиоиный емкостные датчики, источник постоянного напряжения, операционный усилитель, генератор импульсов и электронные переклю» ча тели j3 J.

Однако это устройство имеет недостаточную точность измерения. йля повышения точности в предлагаемый электроемкостный уровнемер введены второй источник постоянного напряжения, нул орган, устройство выделения фронтов, рвверспвный счетчик, триггер и цифровой измеритель интервала времени, при этом емкостпые датчики обшей обкладкой соединены крез па»раллельно включенные электронные переключатели со входом операционного усилителя, а разделенные обкладки датчиков соединены

573721

3 с противоположными полюсами соответствую ших источников постоянного напряжения, кроме того, компенсационный датчик зашунтирован резистором, а разделенная обкладка измерительного датчика через другой резистор соединена со входом операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные нуль-орган, устройство выделения фронтов, резерсивный счетчик и триг гер соединен с управляюшими входами алек-, }0 тронных переключателей, кроме того, выход триггера одновременно соединен со входом цифрового измерителя интервала времени, а генератор импульсов с соответствуюшим входом реверсивного счетчика. 15

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - дна раммы, поясняюшие работу устройства.

Электроемкостный уровнемер с цифровой индикацией содержит измерительный 1 и ком 20 пенсационный 1 емкостные датчики, источники 2 и 2 постоянного напряжения, onel рационный усилитель 3 с опорным конденсатором 4 в обратной связи, генератор импульсов 5, двухпозиционпые переключатели Ж

6 и 7, нульорган 8,,устройство 9 иыделе ння фронтов, реверсивный счетчик 10, трнт

rep 11, цифровой измеритель 12 интервала времени и опорные резисторы 13 и 14. цифровая индикация измерителя интервала вре- 30 мени является выходом уровнемера.

Схема работает в автоколебательном режиме,.наступаюшем при включении напряжения питания. Пусть этот момент на временных диаграммах совпадает с нулевым 35 значением на оси времени. При этом алектронные переключатели 6 и 7 сигналом с триггера подключают измерительный и компенсационный датчики к входу операционного усилителя 3; на выходе последнего появ- 40 ляется скачок напряжения, определяемый вы» раже нием

c„u«U (с„-с.Ш

С, С(С1

rae C - емкость измерительного датчика; х

С - емкость компенсационного датчиК ка 50

U - напряжения источников, равные о по абсолютному значению.

Одновременно нуль-орган 8, выполне ный на базе операционного усилителя с дифференциальным входом, изменяя полярность 55 выходного напряжения, через устройство выделения фронтов (выход "Сброс" ) выдает команду подачи импульсов с генератора 5 на шину сложения реверсивного счетчика, Начиная с, етого же момента времени, на 60

4 пряжение на выходе усилителя 3 изменяет ся по следуюшему закону: (c„- c„}u, и,< U. и М=- " " — +

Д,tgх Ч2ФЯ» (Ск Сх)П, 7<++x Rz tax У 1

С(Я4чх Я2ЧХ С, 1 где Я„-. активное сопротивление жидкости, шунтируюшее компенсационны и датчик.

При атом сопротивления%4 и Я выбраны так,что во всем диапазоне изменения М„ и Я„активная проводимость компенсацион1( ного датчика больше, чем активная проводимость

+2+++ х + Х

2 х х измерительного, т.е. выполняется условие — — — — Л. В оевувеввте етого ч я 2 Х х напряжение на выходе ОУЗ линейно убывает по абсолютной величине. При достижении напряжением нулевого уровня нул орган скачком изменяет полярность выходного напряжения и сигналом с устройства выделения фронтов (выход Реверс" ) переводит счет ° чикв режим вычитания. Таким образом, иэ числа, записанного в счетчике за интервал времени происходит вычитание импульсов, поступаюших с генератора 5. По истечении интервала времени 1 =1 в счетчике зафик

2 сируется нулевое число, а напряжение на выходе ОУЗ будет определяться значением (с„- с }U з= с

1 пропорциональным емкости измерительного датчика и не зависяшим от сопротивлений

З„™„ .

В момент перехода счетчика в нулевое состояние с выхода последнего на счетный вход триггера поступает импульс, перебрасываюший триггер и соответственно пере ключатели 6 и 7, изменяя. положения контактов, отключают датчики от входа ОУЗ и закорачивают их. С этого же момента напряжение U, запомненное на конденсато»

l ре 4, начинает линейно убывать по закону. (С,-С,)U Ъ t и4() с ч с

1 1 1 и при достижении нулевого значения нуль орган по выходу "Сброс переводит счетчик в нулевое состояние, а сигнал нулевого состояния счетчика перебрасывает триггер, который в свою очередь, изменяет положение контактов переключателей; при атом цикл работы устройства повторяется. В ре

573721 зультате длительность импульсов на выходе триггера определяется выражением 1х ((„-С „ )37, пропорциональным уровню жид кости. Значение 1„ измеряется и индицируется измерителем 12 интервала времени.

При пустом датчике значение. t соответствует нулевому значению индикатора.

Формула изобретения р

Электроемкостный уровнемер, содержаший измерительный и компенсационный емкостные датчики, источник постоянного нап ряжения, операционный усилитель, генератор д импульсов и два электронных переключателя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй источник постоянного напряжения, нуль-орган, устройство вы де- 20 ления фронтов, реверсивный счетчик, триггер и цифровой измеритель интервала времени, при этом емкостные датчики обшей обкладкой соединены через параллельно включенные электронные переключатели со Ж входом операционного усилителя, а разделен.ые обкладки соединены с противоположными полюсами соответствумп.их источников постоянного напряжения, кроме того, компенсационный датчик зашунтирован резисто ром, а разделенная обкладка измерительного датчика через другой резистор соединена со входом операционного усилителя, выход которого через последовательно соеди ненные нуль-орган устройство выделения фронтов,реверсивный счетчик н триггер соединен со входами электронных переключателей, кроме того, выход триггера соединен со входами цифрового яэмерителя интервала времени, 8 генератор импульсов - со входом реверсивного счетчика .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Жуков Ю. П., Кулаков М. B. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрня, М., Энергия, 1968, с. 102.

2, Заявка ФРГ No 2405715, кл. С» 01

Р 23/26, опубл. 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

No 435459, кл. Су 01 F 23/26, 1972.

5737 1 дилИ

Ф идю@и усмлмлеАУ д диюй нулв -ирмиаФ g

° Ре берс

0 .Ирис" дюж реФериипжеи счегичиКа Ю .да(ад. вуимра N

Составитель Т. Иноземдева

Редактор Т. Иванова Текред Н. Андрейчук Корректор А. Власенко

Заказ 3752/33 Тираж 907 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4