Резонансный датчик уровня электропроводных сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК(19) (10 01 Г 23/28 ОБРЕ ЕЛЬСТВУ с А йдо а СС 8.СС3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЬПИИ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(21) 3439891/10(71) Научно-исследовательскийи проектный институт по компленой автоматизации нефтяной и хмической промышленности(56) 1. Петров В.Н., Викторови др. Принцип инвариантности визмерительной технике. М ффН1976, с.56.2. Авторское свидетельство9 305366 кл. 6 01 Р 23/28 193. Авторское свидетельство9 510649 кл, 6 01 Р 23/28 19(54) (57) РЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯЗЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СРЕД, выполненныйв виде отрезка длинной линии, состоящей из прямолинейных коаксиально расположенных проводников,о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения чувствительности,пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено диэлектриком, при этом в заполняющем диэлектрике по всей высоте электродов выполнен канал от внутреннеповерхности внешнего электродавнешней поверхности внутреннегоэлектрода.Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для измерения уровня электропроводных жидкостей резонансным способом. 5Известны резонансные датчики уров ня выполненные в виде отрезка длинной линии, состоящей из коаксиально расположенных прямолинейных проводников Я .Недостаток датчиков - низкая чувствительность вследствие ограничен.ной возможности конструкции.Изменение уровня электропроводной среды в датчиках эквивалентно 15 перемещению короткоэамыкающей перемычки между внешним и внутренним проводниками датчика, вследствие чего меняется его электрическая длина и меняется резонансная частота (или период колебаний на резонансной частоте), по которой определяют уровень.В датчиках период колебаний Т на резонансной частоте Г, по которому определяют уровень электропроводкой жидкости, связан с измеряемым уровнем при четвертьволновом резонансе выражением 10 4 СЕ-Н) 4(Е-Н) ( 1)30Ч где Н - измеряемый уровень 1электрическая длина датчика;Ч, "- фазовая скорость распространения волны в датчике;с - скорость света,В датчиках фазовая скорость Ч 40распространения электромагнитной волны равна скорости. распространения вол.ны в свободном пространстве (скорости света с/Ч,р =с вследствие того,что волна распространяется вдоль 45прямолинейных проводников датчика,пространство между которыми заполнено воздухом. Конструкция датчиков непозволяет уменьшить скорость распространения волны Ч, вдоль датчика, врезультате чего они обладают низкойчувствительностью.Известны резонансные датчики, состоящие иэ коаксиально расположенныхпрямолинейного полого внешнего икриволинейного (выполненного, например, в виде спирали или ленты,по.краям которой попеременно.вырезаны пазы) внутреннего проводников,обладающие более высокой чувтстви-.тельностью. В этих датчиках повышение чувствительности достигается уве.личением длины внутреннего проводни"ка относительно внешнего за счетего кривизны, Так как волна в этомдатчике со скоростью с распространяется вдоль криволинейного проводника, то фазовая скорость Ч (скорость распространения волны вдольдатчика) уменьшается (замедляется)в К раз (К= Е/Р, где Е 1 - длина криволинейного проводника;- длинавнешнего проводника), т.е. Ч =с/К(т.е., увеличивается электрическаядлина датчика в К раз, приходящаясяна едн 1.ицу изменения уровня среды),что и обеспечивает повышение чувствительности 2) .Недостатком этих датчиков являютя ограниченные воэможности повыше,:кя чувствительности связанные стем, что датчики с криволинейнымвнутренним проводником представляютсобой линии с замедленной волной иобладают дисперсией, т.е. зависимостью фазовой скорости волны отчастоты, что приводит к изменениюэлектрической длины датчика, приходящейся на единицу фактическойдлины датчика, при изменении егорезонансной частоты в рабочем диапазоне частот, а следовательно, кпогрешности измерения уровня,Известен также резонансный дат-,чик,выполненный в виде отрезка од-нородной коаксиальной линии, в котором внутренний проводник покрытизолирующей диэлектрической оболочкой по всей его длине (3) .Однако известный датчик обладает низкой чувствительностью.В известном датчике при электропроводных измеряемых средах в за"полненной его части среда играетроль внешнего проводника датчика,а короткое замыкание в датчике постоянно осуществляется на его конце. При этом волновое сопротивлениеИ заполненной части датчика отличается от волнового сопротивленияИ 1 незаполненной, а изменение уровня контролируемой среды эквивалентно изменению соотношения электрических длин датчика.В известном датчике при электропроводных средах в заполненной части датчика среда является внешнимпроводником датчика. Так как проводимость жидких сред конечна (и значительно ниже, чем у металлов), товозникают активные потери проводимости В измеряемой среде, Причемпотери в датчике возрастают с увеличением уровня среды. Поэтому длямногих сред, обладающих невысокойпроводимостью, датчик является не-пригодным для измерений,Цель изобретения - повышениечувствительности датчика.Поставленная цель достигаетсятем, что в резонансном датчикеуровня электропроводных сред, выполненном в виде отрезка длиннойлинии, состоящей из прямолинейных4 е-н) т: - : -1 с(4 Г; фективная ди емость простра им и внешним и2) де Еэж - эфая проницау внутренни датчика. ектричесства меж- оводникам коаксиально расположенных проводников, пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено диэлектриком, при этом в запол" няющем диэлектрике по всей высоте электродов выполнен канал от внут" ренней поверхности внешнего электрода до внешней поверхности внутреннего электрода.На фиг.1 схематически изображен предлагаемый датчик; на фиг.2конкретные конструктивные исполнения датчика.Резонансный датчик состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 проводников и диэлектрика 3, заполняющего пространство между ними.Датчик работает следующим образом.При изменении уровня электропроводной жидкости (что эквивалентно перемещению электропроводной перемычки между проводниками, образуемой электропроводной средой) изменяется электрическая длина дат-. чика, что вызывает изменение его резонансной частоты. По периоду колебаний на резонансной частоте датчика определяют текущее значение уровня,В предлагаемом датчике пространство между проводниками заполняется диэлектриком, что позволяет увеличить электрическую длину датчикаприходящуюся на единицу изменения уровня среды в К = Я=раз (т.е. уменьшить скорость распространения. электромагнитной волны в датчике в К =Я раз), а значит повысить чувствительность датчика в К =Г раэ. Пространство между проводниками датчика заполнено диэлектриком таким образом, чтобы сохранялся электрический контакт среды с проводниками. Это приводит к из- . менению электрической длины датчи" ка (так как электропроводная среда эакорачивает проводники) при изменении уровня. При этом период колебаний Т на резонансной частоте Ю связан с измеряемым уровнем для однородного датчика при четверть- волновом резонансе выражениемгде Е- диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между проводниками. датчика;" коэффициент заполнения диэлектриком.- 12 г 1250 с Е = 250 к щ 1+яОпределяют ч лагаемого датчи ных значений В = Г= 250 и ц = О,едувствительность ка для ранее за 2 м,дН = 1 м,Я предлагаемого датчикаЬТаН40= 2000.10 - где д Т - приращен мюие а колебаний на Г, вызываемое ением уровня д Н.ствительность предлагаемого а в основном зависит от Е динка, Так как она может быть й, то и чувствительность предого датчика может быть энаной.редлагаемом датчике форма трика, заполняющего датчик, быть любой, например, в виде ных брусков (фиг.2 6 и), ерно расположенных вдоль датпр 45 датчизлектбольшолагаечитель50диэлеможетотдельравно55 чика Экономический эффект предлагаемого датчик увеличением чувствит измерении уровня эле сред. примене- обусловьностиропроводни ле Ч =(4)2где Ч, - объем диэлектрика, запол няющего пространство между внешним: и внутренним:; проводниками датчика; Ч - объем пространства междувнутренним и внешним провод никами датчика.Как видно иэ выражения (2), чувствительность предлагаемого датчика в К =Яраз выше, чем у датчика-прототипа.Так как в предлагаемом датчике величина ц может быть 0,75-0,9, а (: - большой, то и К=4 Е Р может быть большим, а значит й повышение чувствительности может быть значительным,Так, например, для датчика (Фиг,2 В), для диэлектрика Т -,150 с (; 150.1084617 Составитель А.Курочкиктор А.Курах Техред М,тепер рректор Г.Реветник писно ака илиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проект 82/35 Т ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москв