Дискретный электроемкостной уровнемер

Дискретный электроемкостной уровнемер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

С оциалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (,) 748138 (61) Дополнительное к авт, свид-ву Р 438883 (22) Заявлено 020678 (21) 2623926/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15,0780 Бюллетень ¹26 (51)М. Кл.2

G 01 F 23/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 128..63(088.8) Дата опубликования описания 15Q78Q (72) Авторы изобретения

Ф.Б.Гриневич, А.И.Новик, М.С.Евдокимов, З.Я.Монастырский и В.В. Хмелько (71) Заявитель

Институт электродинамики AH украинской CCP (54) ДИСКРЕТНЫИ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ VPOBHEMEP

30

Изобретение относится к области измерения уровней сред и может найти применение для измерения и сигнализации с высокой точностью уров5 ня диэлектрических жидкостей в заданных точках диапазона измерения.

По основному авт.св.9438883 известен дискретный электроемкостный уровнемер, содержащий группу емкостных преобразователей, расположенных по высоте измеряемого уровня и включенных в плечи мостов переменного тока, мосты переменного тока в виде дифференциальных трансформаторов и опорных конденсаторов и высокочастотный генератор синусоидальных колебаний, при этом информация на выходе мостов об измеряемом уровне. получается в виде кода Грея.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в дис- кретный электроемкостный уровнемер дополнительно введены трансформаторный мост, образованный компенсационным конденсаторным датчиком, опорным конденсатором и дифференциальным трансформатором, и последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение, сравнивающее устройство, переключатель и источник постоянного напряжения, при этом переключатель соединен с вторыми входами основных схем сравнения и выходом дополнительного преобразователя тока в напряжение, а источник постоянного напряжения — с вторым входом дополнительной схемы сравнения.

На чертеже представлена схема предлагаемого уровнемера.

Он содержит опорные конденсаторы

1, компараторы 2 токов и группу 3 емкостных датчиков уровня, образующих трансформаторные мосты, количество которых равно количеству разрядов кода Грея, необходимых для записи числа контроЛируемых точек уровня. Емкостные датчики подключены в плечи мостов таким образом, что информация об измеряемом уровне на выходе мостов получается в виде кода Грея ° Выходы мостов подключены ко входам соответствующих преобразователей 4 тока в напряжение (ПТН) . Выходы этих преобразователей связаны с первыми входами сравнивающих устройств 5. Опорный конден748138 сатор б, компенсационный датчик 7, постоянно погруженный в контролируемую среду, и компаратор 8 токов образуют дополнительный трансформаторный мост. Выход этого моста соединен со входом дополнительного преобразователя 9 тока в напряжение, выход которого связан с первыми входами переключателя 10 и допол:ительного сравнивающего устройства

11. Вторые входы переключателя и сравнивающего устройства подключе ны к источнику 12 постоянного напряжения.Выход переключателя 10 соединен с вторыми входами сравнивающих устройств 5, а управляющий вход его — с выходом устройства 11.

Уровнемер работает следующим образом.

При незаполненных емкостных датчиках трансформаторные мосты уравновешены благодаря соответствующему выбору емкостей опорных конденсаторов 1, поэтому сигнал неравновесия на выходах компараторов 2 отсутствует. По мере погружения датчиков в контролируемую среду нарушается равновесие тех мостов, в плечи которых включены погруженные датчики.

25

Например, при погружении нижнего датчика нарушается равновесие левого (по чертежу) моста, и на выходе левого компаратора токов появляется сигнал. При погружении следующего датчика сигнал появляется на выходе среднего компаратора. Далее благодаря подключению третьего датчика в смежную ветвь первого моста погружение этого датчика восстанавливает равновесие первого моста.

Таким образом, если наличие сигнала неравновесия принять за единицу двоичного кода, а равновесное состояние — за нуль, причем считать, что первый (левый)из компараторов 2 (по чертежу) соответствует младшему двоичному разряду, то при последовательном погружении датчиков получаем информацию об измеряемом уровне в коде Грея — 001, 0ll, 010 и т.д.

40

50

Сигнал неравновесия мостовой цепи, как известно, пропорционален напряжению питания этой цепи, частоте питающего напряжения и изменению емкости соответствующего датчика за счет его погружения в контролируемую жидкость. Это изменение в свою очередь пропорционально изменению диэлектрической проницаемости среды по 60 сравнению с воздухом и степени погружения в эту среду емкостного датчика. Таким образом, напряжение на вы; ходе любого из линейных преобразователей 4 тока в напряжение при на-- g5 рушении равновесия соответствующего моста можно представить в виде " п Р (1) где y — коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными параметрами датчиков и коэффициентом преобразования ПТН; степень погружения i-ro датчика (i = 1,2,...,п; и — количество датчиков, подключенных к j -му мосту); j =1,2,...,р (р — число разрядов кода Грея датчика, равное отношению длины погруженной его части к общей длине) 1

A F — разность диэлектрических проницаемостей контролируемой среды и воздуха.

Компенсационный датчик 7 находится ниже уровня нижнего рабочего датчика из группы 3, поэтому он полностью погружен (f3 =1), и напряжение Uc, на выходе преобразователя 9 можно записать в виде

0 = k o U n cd h E., (2) где 1, — постоянный коэффициент, определяемый параметрами датчика 7, коэффициентом передачи преобразователя 9 и компаратора 8.

Значение выходного напряжения источника 12 выбрано выше возможного уровня шумов и флуктуаций на выходе преобразователей 4 и 9 при равновесии трансформаторных мостов, но ниже, чем выходное напряжение преобразователя 9 при погружении датчика 7 в среду с минимальным (для данного типа уровнемера) значением диэлектрической постоянной. При наличии сигнала на выходе преобразователя 9 сравнивающее устройство 11 переводит переключатель 10 в положение I.На входы сравнивающих устройств 5 при этом поступают напряжения, определяемые выражениями (1) и (2).

Если выполняется соотношение П>(U, то сигнал на выходе соответствующего сравнивающего устройства 5 равен нулю разряда кода Грея,а если U>>U — единице .Момент срабатывания сравнивающих устройств 5 определяется равенством U. =Uo. Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получаем условие срабатывания устройств

5 ) о

Р (3)

Выходы сравнивающих устройств 5 являются информационными выходами уровнемера. Информацию об измеряемом уровне получаем с выхода этих устройств в коде Грея. При этом, как видно из выражения (3), сигнал

1 в любом из разрядов кода Грея появляется лишь при определенной, наперед заданной степени погружения ф„ емкостного датчика, независимо от напряжения и частоты питания мос748138

Составитель Т.Иноземцева

Редактор Е.Яковчик Техред A. Куликовская Корректор С.Шекмар

Заказ 4220/27 Тираж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4 товой цепи и диэлектрической постоянной контролируемой среды.

При пустом резервуаре, когда неэаполнен и датчик 7, напряжение источника 12, поступающее на вход сравнивающего устройства 11, превышает выходное напряжение преобразователя 9, поэтому сигналом с выхода устройства 11 переключатель

l0 переводится в положение II, Напряжение источника 12 в этом случае поступает на вторые входы всех сравнивающих устройств, обеспечивая надежный отсчет показаний при пустом резервуаре.

Формула изобретения

Дискретный злектроемкостный уровнемер по авт.св. 9438883, о т л иа .ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения,в него дополнительно введены трансформаторный мост, образованный компенсационным конденсаторным датчиком, опорным конденсатором и дифференциальным трансформатором, и последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение, сравнивающее устройство, переключатель и источник постоянного напряжения, при этом переключатель соединен с вторыми входами основных схем сравнения и выходом дополнительного преобразователя тока в напряжение, а источник постоянного напряжения — с вторым входом дополнительной схемы сравнения.