Дискретный электроемкостной уровнемер

(51)М. Кл. С 01 Р 23/26 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150780(71) Заявитель Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) ДИСКРЕТНЫЙ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР 25 ЗО Изобретение относится к области измерения уровней сред и может най. ти применение для измерения и сигнализации с высокой точностью уров 5 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 контроЛируемыхточек уровня, Емкостные датчики подключены в плечи мостов таким образом, что информация об измеряемом уровне на выходе мостов получается в виде кода ГреяВыходы мостов подключены ко входам соответствующих преобразователей 4 тока в напряжение (ПТН) . Выходы этих преобразователей связаны с первыми входами сравнивающих устройств 5. Опорный конденсатор 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 которогосвязан с первыми входами переключателя 10 и дополнительного сравнивающего устройства 11. Вторые входы переключателя и сравнивающего устройства подключены 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. 20 25 Например, при погружении нижнегодатчика нарушается равновесие левого(по чертежу) моста, и на выходе левого компаратора токов появляетсясигнал. При погружении следующегодатчика сигнал появляется на выходе среднего компаратора. Далее благодаря подключению третьего датчика в смежную ветвь первого мостапогружение этого датчика восстанавливает равновесие первого моста.Таким образом, если наличие сигнала неравновесия принять за единицу двоичного кода, а равновесноесостояние - за нуль, причемсчитать, что первый (левый)из компараторов 2 (по чертежу) соответствует младшему двоичному разряду, топри последовательном погружениидатчиков получаем информацию об измеряемом уровне в коде Грея - 001,011, 010 и т.д,30 40 45 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 ЬО 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 рушении равновесия соответствующегомоста можно представить в виде 01)(Оы /Ьь 6, (1) где к) - коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными параметрами датчиков и коэффициентом преобразования ПТН;степень погружения 1-го датчика (1 = 1,2п; и - количество датчиков, подключенных к ) -му мосту); ) =1,2р ( р - число разрядов кода Грея датчика, равное отношению длины погруженной его части к общей длине) 1Д Г - разность диэлектрических проницаемостей контролируемой среды и воздуха.Компенсационный датчик 7 находится ниже уровня нижнего рабочего датчика из группы 3, поэтому он полностью погружен (Ц=1), и напряжение О на выходе преобразователя 9 можно записать в видеО =к О иьин, (2)где 1, - постоянный коэффициент,определяемый параметрами датчика 7,коэффициентом передачи преобразователя 9 и компаратора 8,Значение выходного напряженияисточника 12 выбрано выше возможногоуровня шумов и флуктуаций на выходе преобразователей 4 и 9 при равновесии трансформаторных мостов, нониже, чем выходное напряжение преобразователя 9 при погружении датчика 7 в среду с минимальным ( дляданного типа уровнемера) значениемдиэлектрической постоянной. При наличии сигнала на выходе преобразователя 9 сравнивающее устройство 11переводит переключатель 10 в положение 1.На входы сравнивающих устройств 5 при этом поступают напряжения,определяемые выражениями (1) и (2).Если выполняется соотношение П(Уто сигнал на выходе соответствующегосравнивающего устройства 5 равеннулюразряда кода Грея,а если У Ооединице.Момент срабатывания сравнивающих устройств 5 определяется равенством ц =По, Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), по"лучаем условие срабатывания устройств5 )оР- (Э)Выходы сравнивающих устройств 5являются информационными выходамиУровнемера, Информацию об измеряемом уровне получаем с выхода этихустройств в коде Грея, При этом,как видно из выражения (3), сигнал1 в любом из разрядов кода Грея появляется лишь при определенной,наперед заданной степени погруженияф емкостного датчика, независиМоот напряжения и частоты питания мос748138 6 Составитель Т.ИноземцеваРедактор Е.Яковчик Техред А, Куликовская Корректор С.Шекм 220/27 Тираж 801 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Зака илиал ППП Патент, г Ужгород, ул. Проектная, 4 товой цепи и диэлектрической постоянной контролируемой среды,При пустом резервуаре, когда неэаполнен и датчик 7, напряжение источника 12, поступающее навход сравнивающего устройства 11,превышает выходное напряжение преобразователя 9, поэтому сигналомс выхода устройства 11 переключатель10 переводится в положение 11, Напряжение источника 12 в этом случаепоступает на вторые входы всех сравнивающих устройств, обеспечивая надежный отсчет показаний при пустомрезервуаре.Формула изобретенияДискретный злектроемкостный уровнемер по авт.св. 9438883, о т л иа .ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения,в него дополнительно введены трансформаторный мост, образованный компенсационным конденсаторным датчиком, опорным конденсатором и дифферен" циальным трансформатором, и последовательно соединенные преобраэо" ватель тока в напряжение, сравнивающее устройство, переключатель и источник постоянного напряжения, при этом переключатель соединен с вторы" ми входами основных схем сравнения и выходом дополнительного преобразователя тока в напряжение, а источник постоянного напряжения - с вторым входом дополнительной схемы сравнения.