Уровнемер для жидких сред

Уровнемер для жидких сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„„ 717549

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 300178 (21) 2573205/18-10

Р1)м ) 2 с присоединением заявки ¹

G F 23/26

Государственный комитет.С С С P по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 250280. Бюллетень № 7; (53) УДК 681.128. .63(088.8) Дата опубликования описания 250280

\ (72) Автор изобретения

Г.А ° Михайлов

Физико-технический институт низких температур

AH Украинской ССР (71) Заявитель (54) УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЖИДКИХ СРЕД

Изобретение относится к устрой.ствам для измерения уровня жидкос.тей. преимущественно криогенных, основанных на измерении времени прохождения электромагнитных волн, отраженных поверхностью жидкости..

Известно устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре, которое содержит генератор ультразвуковых импульсов, приемник импульсов, отраженных от поверхности жидкости, и импульсов, отраженных от неподвижной поверхности, расположенной между жидкостью и генератором, и регист- рирующую электронную схему (1) . 15

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является уровнемер, содержащий датчик B виде электрической линии задержки, размещенной внутри корпуса и элек- 20 трически соединенной с генератором электрических импульсов, и измерительную схему (2).

Недостатком этого устройства является невозможность измерения 25 уровня жидкостей с малой диэлектрической проницаемостью, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устрой-. ства. 30

Это достигается тем, что в уровнемере для жидких сред в датчик введена дополнительная электрическая линия задержки, электрически свядаиная с основной по всей длине через слой диэлектрика, параллельно входу которой подключены первичная обмотка дополнительно введенного балансного трансформатора и выход генератора электрических импульсов, а основная электрическая линия задержки через вторичную обмотку балансного трансформатора подключе-. на к входу измерительной схемы, а также тем, что-основная электрическая линия задержки выполнена в виде двух последовательно соединенных частей, одна из которых изготовлена из проводника с высоким омическим сопротивлением, например нихрома или манганина, причем величина омического сопротивления этой части составляет 0,541,4 часть ее волнового сопротивления.

На чертеже изображена схема уровнемера для жидких сред, Внутри корпуса 1, представляющего собой металлическую трубку, расположен с зазором диэлектрический стержень 2 с заплавленной вдоль его

717549 оси металлической лроволокой 3, которая вместр с корпусом 1 образует дополнительную электрическую ,линию задержки. Медный провод 4, намотанный на диэлектрический стержень 2, образует совместно с корпусом 1 одну из частей 1,((нижнюю) основной электрической линии задержки, а провод 5 из материала с высоким омическим сопротивлением (нихрома) образует совместно с корпусом

1 часть С2 основной электрической линии задержки с большим затуханием и подключен к балансному трансформато,ру б. Часть 62 основной линии задерж ки с высоким омическим сопротивлением, расположенная в верхней ее "части," "приводйт к затуханию сигнала в 1,3-,2 раза"и позволяет свестй к . мийимуму мешающее влияние многократных отражений и таким образом повысить быстродействие и точность устройства.

Электрическая схема содержит времязадающий генератор 7, вырабатывающий периодическую последователь1 ность острых управляющих импульсов, которые следуют с периодом в две микрбсекунды, равным трем временам прохождения сигналов по основной линии задержки от ее начала.до кон-. ца и обратно, генератор 8 электри ческих импульсов, который выраба тывает зондирующйе импульсы",-имейкцие форму одного периода синусоиды и длительностью 30 нсек, стробоскопический детектор 9 импульсов, образованный предварительным интегрирую-, щим усилителем и собственно детектором, формирующую схему 10, со держащую последовательно соединенные усилитель низкой частоты с автоматической регулировкой усиления и

" селектор выходных импульсов, преобразователь 11 интервал-йапряжение, генератор 12 стробирующих импульсов вырабатывающий острые импульсы дли-. тельностью (на уровне 0,5) 10 нсек, задержанные относительно зондирующих импульсов на Время от 50 до 800 нсек. причем задержка меняется со временем по линейному закону, проходя весь диапазон за время около 0,02 сек, Выход генератора 8 импульсоВ сое" динен с металлической проволокой 3 и одним из концов первичной обмотки балансного трансформатора б, второй конец которой соединен с корпусом 1. Один из концов вторичной обмотки балансного трансформатора б соединен с концом спирального прбводника 5 основной линии задержки, второй конец ее — с входом стробоскопического детектора ймпульсов 9.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Жидкость, уровень которой < j необходимо измерить, заполняет зазор между корцусом 1 и спиральным проводником основной электрической линии задержки по принципу сообщающихся сосудов или через отверстия, выполненные в .стенке трубки. Импульсы, вырабатываемые времязадающим генератором 7, запускают генератор 8

5 электрических импульсов и генератор

12 стробирующих импульсов . Генератор

8 электрических импульсов при этом . Вырабатываег"збндирующие импульсы, имеющие форму одного периода. синуСоиды, которые поступают на проводник 3 дополнительной электрической линии задержки и первичную обмотку балансного трансформатора б. В результате распространения сигнала вдоль дополнительной линии на витках основной спиральной линии задержки наводится сигнал

U=U

С2

1 СЛ+С2

20 г где U — мгновенное значение напря1 жения на проводнике 3; (: — погонная емкость спирали ( относительно корпуса 1; (: — погонная емкость спирали относительно проводника 3.

Число витков первичной обмотки балансного трансформатора б %( и число витков вторичной обмотки

ЗО C2

%а. выбрано так, что

% =Ъ/ —.

2 C+G

В момент действия зондирующего импульса, напряжение, наводимое на

3 витках основной линии задержки, полносТью компенсируется напряжением на вторичной обмотке трансформатора б. Если C никаких неоднородностей не содержит, то распро-Страняющегося сигнала в основной линии. не возникает. В районе границы жидкость -, газ погонная емкость

С имеет. скачок aC<, что эквивалентно включению в разрыв основиой линии источника напряжения

45 аС C aC % или

1 2 1 2,.

Это приводит к возникновению двух сигналов, распространяющихся в разные стороны с напряжением

bc„

2 (1+ С7)и имеющих IIpOTHBOIIOJIORH полярность. 1аким образом напряжение полезного сигнала по отношению к напряжению наводимому на витках

55 .основной линии 0,,зависит от соот.ношения между С и С и возрастает с уменьшением С2 ° Однако неграниченно уменьшать С2 нельзя из-за трудностей выполнения балансного трансщ форматора Р и поэтому разумно выбрать отношение, в диапазоне от 0,2 до

l. В предложенном устройстве это отношение близко к - -1 . Импульс, распространяющийся вверх, проходит по части О основной электрической

17549

10 ю 15

5О

55 г

5 7 линии задержки, по части 82 основной линии задержки и через вторичную обмотку балансного трансформатора..

6 попадает на вход стробоскопическо" го детектора 9 импульсов. Импульс, распространяющийся вниз, доходит до конца линии и, отразившись от кон.=..... ца, распространяется в обратном на- правлении и попадает. на тот >хе вход стробоскопического детектора 9 импульсов.

Таким образом время 1„ прошедшее с момента подачи зондирующего импульса до момента регистрации первого сигнала, складывается из времЕни прохождения импульса по дополнительной линии задержки со скорость

Ч(до границы раздела жидкость-газ г

1С+С -6 1 и времени прохождения

Ч 2 3/> 1 сигнала по основной линии со скоро стью .Ч в обратном направлении — е,+е„-Е,; 6,= Е +е„-Е, 2

Время+2между первым сигналом и сигналом, распространяющимся вдоль основной линии задержки в обратном направлении, это время; которое необходимо сигналу для прохождения по основной линии задержки, находящейся в жидкости и распространяющемуся со скоростьюЧ2 от границы жидкость-газ до конца линии и обратно „Й ф

2V

Измеряя одно из этих времен, можно судить об уровне >хидкости, а измеряя оба времени одновременно, мо>хно судить об уровне и плотности или типе жидкости. Попадая на вход стробоскопического детектора 9 импульсов, проходящий импульс инте-" грируется, приобретая форму полупериода синусоиды, усиливается и детектируется.

cl

На выходе стробоскопического детектора 9 при совпадении по времени приходящего сигнала с импульсом,,вырабатываемым генератором 12 стробирующего импульса, образуется напряжение, пропорциональное уровню проинтегрированного вХодного сигнала. Поскольку задержка стробирующего импульса относительно зондирующего импульса изменяется по линей,ному закону, то на выходе стробоско" пического детектора 9 образуются импульсы, имеющие форму проинте- грированного входного сигнала, но с масштабом времени, зависящим от скорости изменения задержки строби1 рующего импульса. Это позволяет использовать для дальнейших преобразований сигнала схемы, работающие в области низких частот. В дальнейшем импульсы с выхода стробоскопического детектора 9 преобразуются формирующей схемой 10 в импульсы, управляющие работой преобразователя интервал-найряжение. Преобразователь интервал-напряжение 11 преобразует интервал между первым и вторым сигналом, пропорциональным времени в напряжение, которое измеряется стрелочным прибором и пропорцио" нально уровню жидкбсти Я3 относительно конца основной линии задержки.

Чтобы преобразователь 11 интервалнапряжение преобразовывал и напряжение интервал, соответствующий времени 2, задержка генератора 12 атробирующих импульсов синхронизирована с работой преобразователя интервал-напряжение 11.

Формула изобретения

1. Уровнемер для жидких сред, содержащий датчик в виде электрической линии задержки, размещенной внутри корпуса и электрически соединенной с генератором электрических импульсов, и измерительную схему, отличающийся тем, что, Г с целью расширения функциональных возможностей устройства, - в датчик введена дополнительная электрическая линия задержки, электрически связанная с основной по всей длине через слой диэлектрика, параллельно входу которой подключены первичная обмотка дополнительно введенного балансного трансформатора и выход генератора электрических импульсов, а основная электрическая линия задержки через вторичную обмотку балансного трансформатора подключена к входу измерительной схемы.

2. Уровнемер для жидких сред по п. 1, отличающийся тем, что основная электрическая линия задержки выполнена в виде двух пос" ледовательно соединенных частей, одна из которых изготовлена из проводника с высоким омическим со- . противлением, причем ее омичеСкое сопротивление составляет 0,5 -. 1,4 ее волнового сопротивления.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1. Патент CIIlA Р 3184969, кл. 73-290, опублик. 1965.

2. Патент США Р 3703829, кл. 73-290 оцублик. 1972 (прототип).

717549

Составитель Т. Иноземцева

Редактор И. Шмелькин Техред Э.Чужих КорректоР Ю. Макаренко

Заказ 9823/55 Тйраж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по -делам изобретений и.открытий

1l3035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д, 4/5

"Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4