Устройство для измерения уровня электропроводных сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1569566 А 51)5 0 О 1 Р 23/ ЖВВВ Е ИЗОБРЕТЕН ПИСАНИ АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВ(21) 4 (22) 0 (46) 0 РОВНЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРЫТИПРИ ПНТ СССР 323969/24-105.11.877,06.90;Бюл. У 21(71) Всесоюзный научно-исследовател кий и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (72) В.И,Клепиков и Г,А.Прохоров (53) 681.128.62 (088,8)(56) Авторское свидетельство СССР В 400811, кл. 0 О 1 У 23/24, 1973.Патент фРГ Р 2723999, кл . С 01 Р 23/24, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ У ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СРЕД(57) Изобретение предназначено для измерения уровня электропроводных сред и позволяет повысить точность измерения за счет уменьшения влияния наводок и утечек тока, Под действием источника 3 переменногЬ токас- на инвертирующем входе операционногоусилителя 5, который связан с выходом источника 3 через электрод 1,жидкость 7 и электрод 2, возникаетнапряжение, а на выходе усилителя 5 -.противофазное напряжение, При этомчерез систему электрод 1, жидкость 7,электрод 2 осуществляется отрицатель-.ная обратная связь операционного усилителя 5, Информационным параметромуровня является напряжение между точкой подсоединения источника переменного тока 3 к электроду 1 и его общей шиной с операционным усилителем5, которое измеряется измерителем 4напряжения, 1 ил,Изобретение относится к техникеизмерения уровня жидкостей и можетнайти применение,например, в расходометрии,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения влияния наводок и утечки линийтока,На чертеже изображена схема пред,1 агаемого устройства.Устройство содержит датчик, образоэанный первым электродом 1 и вторымэлектродом 2, источник 3 переменйого тока, представляющий собой гене. ратор стабилизированного тока, измеритель 4 напряжения и операционный усилитель 5. Двуполярный источник питания усилителя 5 (не показан)меет общую точку (общую шину) 6, 20к которой присоединены по одному полюсу генератора 3 и измерителя 4 икоторая является таким образом, общей шиной генератора, измерителя иоперационного усилителя, Другие 25полюсы генератора и измерителя соединены с нижним концом электрода 1Выход усилителя 5 соединен с верхнимконцом электрода 1, инвертирующимВход усилителя - с какой-либо точ Окой электрода 2, а неинвертирующийВход - с общей шиной.1Электродыи 2 установлены в водомерном устройстве (резервуаре, лотке и т.д.), в котором находится изМеряемая жидкость 7, и упираются своими нижними концами в диэлектрическуюподставку 8, В общем случае жидкостьМожет контактировать с землей в каком-либо месте водомерного устройства или на подступах к нему, Это контактирование условно изображено начертЕже в виде дополпительнога электрода 9, обозначенного пунктирнымилиниями и соединенного с заземленной, общей линой 6 через сопротивлениеземли В. Этот дополнительный заземленный электрод может быть введентакже специально, например с цельюэкранирования электродов 1 и 2 датчика,Для электродов должны выполнятьсясоотношенияВо Вф ВоВуф55где В- сопротивление между концами электрода 1;1, - сбпротивление между электСйродами 1 и 29В .- сопротивление между электроИдами 1 и 9.Однако сопротивление В не должнобыть чрезмерно малым так как уровень выходного сигнала пропорционаВ(Электрод 1 выполнен в виде тонкойпроволоки из нихрома, мангапина иликонстантана, Электрод 2 значительноболее массивный, чтобы все его точки находились под одним потенциалом.Операционный усилитель 5 выполнен набазе микросхемы, дополненной выходным транзисторным каскадом усилениямощности,Устройство работает следующимобразом,Под действием источника 3 переменного тока на инвертирующем входеусилителя 5 каторый связан с Выходом генератора через жидкость, возникает напряжение, а на выходе усилителя - пративафазнае напряжение, причем через датчик осуществляется отрицательная обратная связь усилителя.Когда контакт жидкости с земпей исоответственна "посторонний электрод9 атсутвуют, датчик находится в условиях, аналогичных условиям известного устройства, Между концами элект-.рода 1, соединенными с выходом источника 3 переменного тока и выходомусилителя 5, протекает стабилизированный ток Т 0, При этом практическивесь ток т 0 генератора 3 течет именно через электрод 1, и на поверхности этого электрода линейно па высотераспределен потенциал. Лишь незначительная часть линий тока проходитв жидкости, ответвляясь с электрода 1 в ее нижних слоях и возвращаясьна электрод 1 в верхних слоях, Частьлиний тока, проходящих в жидкости,сцепляется с электродом 2, в результате чего он приобретает вполне определенный потенциал П относительнанижнего каца электрода 1, зависящийат высоты уровня Ь, Картина линий тока в жидкости симметрична относительно плоскости, параллельной поверхности уровня и расположенной посрединемежду этой поверхностью и дном, Вэтих условиях имеет место соотношение1569566 5где 1 - длина электрода, в которомзнак " в " взят с учетом ус"ловных положительных направлений, изображенных начертеже,5Предположим, что в жидкости находится "посторонний" электрод 9, ноконтакт его с землей отсутствует,т,е, цепь сопротивления Б разомкнута,В этом случае этот электрод также"висит" как и электрод 2, но частьлиний тока в жидкости оказываетсясцепленной с ним,и, так как он расположен параллельно электродам 1 и 2, 15то он приобретает потенциал Б, равный потенциалу электрода 2 и опреде"ллемыш Формулой (1), так как картиналиний тока вновь оказывается симметричной относительно указанной плоскости, То же можно сказать и в случае, если электрод 9 расположен какугодно, но находится на значительномрасстоянии от электродов 1 и 2, т,е,на таком, которое во много раз превоссходит максимальную измеряемую высоту уровня, При этом потенциал электрода 9 относительно нижнего концаэлектрода 1, как и потенциал электрода 2, оказывается почти равным половине напряжения, выделяемого напогруженной части электрода 1,. таккак отличие в расстояниях от электрода 9 до копцов погруженной частиэлектрода 1 пренебрежимо мало по сравнению с самими этими расстояниями.Итак потепциал электродов 2 и 9относительно нижнего конца электрода1 определяется Формулой ( 1), Но неличина 1) практически равна по модулюпотенциалу, приобретаемому нижнимконцом электрода 1 относительно общей шины и измеряемому вольтметром 4,Покажем это с помощью совокупностиочевидных соотношений45(б) где П - потенциал электрода 9 относительно общей шины,где 1.1 - потенциал нижнего конца1электрода 1 относительно общей шины 6;П - потенциал электрода 2 отно 1сительно общей шины, совпа-, дающий с потенциалом инвертирующего входа усилителя 5; 611 - напряжение на выходе усили 8 юителя 5 (относительно общейшины)1К - коэффициент усиления усилителя 5.Соотношения (2) учитывают условные положительные направления, изображенные на чертеже. учитывая соотношение (1) и решая систему (2), получают соотношения1 ЬЯ ( 1 ааа )2 1 е 1 ЬПриК -- 1 формула (.4) упроща 1 оется и принимает вид: Так как у большинства современных микросхем К ) 10000, то даже в том случае, если измеряемое значение вьсоты уровня в 10 раз меньше максимального измеряемого значения,Ьт, е, при -- = О, 1, отличке пр авыхочастей выражений (4) и (5) одной от другой не превосходит 0,2 Х; С увеличением Ь точность формулы (5) возрастает, Поэтому можно утверждать, что при изменении высоты уровня в довольно широких пределах выходной сигнал, фиксируемый измерителем 4, с большой степенью точности определяется Формулой (5), повторяет по. амплитуде величину 11 и практически не отличается от выходного сигнала в известном устройстве.Но из формулы (3) следует, что потенциал 11 второго электрода, а значит, и потенциал электрода 9 относительно общей шины прилюбых, даже саьых малых,значениях величины Ь 1 Вне превосходит значения - . -- 1 1+К1569566 Устройство для измерения уровняэлектропроводных сред, содержащее г 0 Составитель Л, КраснопоплянскийТехред Л. Сердюкова Корректор М, Максимишинец,Редактор ИГорная Заказ 1437 Тираж 538 ПодписноеВНИИПИ Тосударстненного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 31 11Производственно-издательский комбинат Патент , г.Ужгород, ул, Гагарина,101 Этот потенциал при значениях величи-Ьны , лежащих в пределах 0,1-1,оказывается в 500 и более раэ меньше разности потенциалов между элект- .5родом 2 и концами погруженной частиэлектрода 1, определяемой Формулой(5), Поэтому если электрод 9 имеетконтакт с, земпей, то это вновь вызывает лишь весьма малую утечку тока , на защемленную общую шину, котораяне может существенно повлиять накартину линий тока в жидкости. 15Формула изобретения/два параллельных, вертикально установленных электрода, первый иэ которыходним концом подключен к первомувыходу источника переменного токаи к первому входу измерителя напряжения, о т л.и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности иэ"мерения уровня путем уменьшения влияния наводок и утечек, в него введеноперационный усилитель, выход которого соединен с другим концом первого электрода, инвертирущций входподключен к второму электроду, а неинвертируниций вместе с вторым выходомисточника переменного тока и с вторым входом измерителя напряжения соединены с общей шиной операционногоусилителя,