Емкостной измеритель уровня

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ПУБЛИК 19) (И) 23/26(71) Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения(54)(57) ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯсодержащий двухэлектродный датчик,связанный с высокочастотным генератором, преобразователь емкости в напряжение, подключенный к выходу датчика и выполненный в виде операционного усилителя с звеном отрицательной обратной связи, и детектор, связанный с выходом преобразователя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при ди, станционном измерении, в него введено пороговое устройство, к одному входу которого относительно общей . точки (корпуса) подключен выход операционного усилителя, к другому - источник опорного напряжения, его выход через детектор подключен к неинвертирующему входу усилителя, а звено отрицательной обратной связи выполнено в виде соединенных треугольником двух конденсаторов и резистора, первая вершина которого, образованная резистором и конденсатором, соединена с выходом операционного усилителя, вторая, образованная резистором и другим конденсатором, соединена с его инвертирующим входом, а третья вершина, образованная двумя конденсаторами, подключена к последовательно соединенным датчику и выходу генератора.12 О 16 В 6Изобретение относится к приборостроению, а именно устройствам контроля уровня, и может найти применение в различных отраслях промышленности и энергетики.Цель изобретения - повышение точности при дистанционном измерении.На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя; на фиг, 2- эквивалентная схема преобразователя емкости: в напряжение; на фиг. 3- форма .сигнала на выходе преобразователя;.:.Емкостной измеритель уровня включает.в себя (фиг. 1) емкостной двух- электродный датчик 1, межэлектродная емкость которого Сд определяется положением уровня, высокочастотный генератор 2, преобразователь 3 емкости в напряжение, выполненный на1. базе операционного усилителя 3 с звеном отрицательной обратной свяИ,зи 3 , пороговое устройство 4 и детектор 5, выходной сигнал которого 0 является одновременно выходным сигналом измерителя.ЦЗвено обратной связи 3 усилителя 3 выполнено в виде треугольника, образованного двумя конденсаторами С и Ср и резистором К, причем одна вершина (К, С) соединена с выходом усилителя, вторая (К, Ср) с его инвертирующим входом, а между третьей вершиной (С, Ср) и общей точкой измерительной схемы (корпусом) включены последовательно соединенные датчик и выход генератора, их подключение к точке (С, Ср) осуществляется экранированным кабелем, экран которого соединяется с общей точкой схемы (корпусом).Емкостной датчик 1 включает в сеИ бя измерительные электроды 1 и 1 укрепленные параллельно, причем один из электродов может быть заэемлен, например, при контроле электропроводящей жидкости, когда сама жидкость выполняет роль одного из электродов.В общем случае емкость датчика равна+С (1) где Сд - емкость датчика при отсутствии жидкости ЬЬС Е 1- - если погонные параметрыНдатчика постоянны по всейвысоте;К 1 - коэффициент пропорциональ.ности, учитывающий размеры, выполнение и расстояние между электродами.Для обеспечения последовательногосоединения. выхода генератора 2 с датчиками при заземлении одного изэлектродов датчика в него введенИтрансформатор 1 , первичная обмоткакоторого включена между заземленнымэлектродом и выходом генератора,1 р а вторичная - между вторым электродом и общей точкой конденсаторов Си Ср звена обратной связи.На фиг. 2 а приведена эквивалентная схема преобразователя 3 емкостивнапряжение с указанием включениядестабилизирующих емкостей линиисвязи С и С , причем одна из нихСд включена между корпусом и общейточкой (С, Ср) а другая емкость Скшунтирует выход генератора 2,1Операционный усилитель 3 преобразователя выполняет две функцииусиление сигналов переменного тока,усиление постоянного напряжения.Как усилитель постоянного токаон представляет собой повторитель(фиг. 2 в), у которого на неинвертирующий вход подается постоянное напряжение, а инвертирующий вход соедиЗО нен с резистором К цепи отрицательной обратной связи, При большомкоэффициенте усиления на его входеи выходе одинаковое напряжение. 35 Как усилитель переменного токаон представляет собой инвертируецийусилитель, коэффициент усиления которого определяется величиной емкости датчика С и параметрами звена 40 обратной связи. Амплитудное значение переменного напряжения на выхо.де преобразователя 3 равноСдД - Ц6 глИУ, Результирующее напряжение на выходе преобразователя 3 включаетв себя постоянную и переменную сос- Итавляющие и равноСд 10 =0-Б =0 ----(3)Ю э Ю глю1+(ЬЗСС,1201686 4пряжения (фиг, 3), которые детектируются детектором 5. Напряжение на выходе детектора равно 0(0, -У )К 5, где К 5 - коэффициент передачи детек" тора. Напряжение с выхода детектора подается как сигнал обратной связи на неинвертирующий вход усилителя 3.При большом коэффициенте передачи К 5 максимальное значение выходного сигнала преобразователя У 0 н БСдС(4) Данное условие выполнить несложно, так как конденсатор С является разделительным и емкость может быть выбрана достаточно большой, существенно больше емкости кабеля С При выполнении. данного условия выходное напряжение преобразователя определяется соотношением Сд/С и не зависит от емкости кабеля С, .Емкость С шунтирует выход генератора и при выполнении генератора в виде источника ЭДС не влияет на точность измерения.Выходной сигнал преобразователя Узпоступает на вход порогового устройства 4, на другой вход которого подается опорное напряжение П величина которого выбирается равной(5) 25 з2:СПри увеличении К и С -ф в в -. ОКХСи выражение (3) приобретает вид Сдо 1)оа Пдм С При Пина выходе порогового устройства появляются импульсы на Сд=ОА -О стремится к величине Он . С учетом выражения (5) выходное напряжение детектора равно ьСд . К П 5 1)ГАМ С 1+КО1Следовательно, выходной сигнал детектора пропорционален изменениюемкости датчика, которая зависит отуровня, не зависит от емкости линиисвязи при выполнении укаэанных условий, а влияние нелинейности характеристики детектора существенно уменьшается, при К 5-нелинейность детектора вообще не сказываетсяна точность измерения.1201686 Составитель А.Мартыноввыдкая Техред А.Бойко Корректор Л. Пилипенк Редакт Подписноеета СССРрытийаб.д. 4/5 95/42 ВНИИВИ Тира 702Государственного коми елам изобретений и о сква, Ж, Раушская а 113035,иал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4