Датчик уровня диэлектрического вещества

(51)5 6 01 Г 23/28 БРЕТЕН леб ОЧ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт проблем управления(56) Викторов В,А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М,: Наука, 1978,с. 111-131.ЯтцсЫу Я,Я., Навс М,А.К. Апсгез А.Мсгоааче - зог 1 асе (ече(, топаког. - ЕЕЕТгапзастопз оп пдцзтга 1 ЕЬстгопсз апсСоптго(. пзтгцгпептаОоп, 1971, чо(, 1:С 1-18,М 3, р,р,85-92,(54) ДАТЧИК УРОВНЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА(57) Изобретение относится к измерительной Технике и может быть использовано дляизмерения уровня различных диэлектрических веществ, например нефти и нефтепродуктов. Цель изобретения - повышениеточности измерений, В полом цилиндрическим волноводе 1 с помощью элемента 3.,Ж 1638558 А 1 возбуждаются электромагнитные ко ания типа Но 1 р. Для генерации электромагнитных колебаний, измерения информативного параметра датчика уровня и его преобразования в выходной сигнал уровнемера служит вторичный преобразователь 5, к которому подключен элемент 3 возбуждения и съема колебаний. Для возбуждения в волноводе колебаний только данного типа по меньшей мере на верхнем торцовом участке волновода размещен отражатель волн только типа Н 01 (другой торец может являться например, короткозамкнутым), выполненный в виде концентрических металлических, расположенных внутри волновода колец, закрепленных с помощью диэлектрических элементов 6, которые являются короткоэамыкателями,для колебаний данного типа, Круглый волновод может быть выполнен в виде совокупности соосных металлических колец. а также иметь коаксиальную конструкцию, 2 з.п.ф-лы, 5 ил,5 10 15 20 25 ДО 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня различных диэлектрических веществ, например нефти и нефтепродуктов,Цель изобретения - повышение точности измерений,На фиг. 1 приведен уровнемер с датчиком уровня; на фиг. 2 - распределение силовых линий электрического Е и магнитного Н полей в поперечном сечении волновода с волнами типа Но 1 (а - полого волновода; б - коаксиального волновода); на фиг. 3 - отражатель волн типа Но 1,в виде металлических колец; на фиг. 4 - вариант выполнения уровнемера с волноводом в виде совокупности соосных металлических колец; на фиг, 5 - то же, с волноводом в виде отрезка коаксиального волновода с колебаниями типа Но 1 рНа чертежах приняты следующие обозначения: 1 - цилиндрический волноводный резонатор; 2 - контролируемое вещество: 3 - элемент возбуждения и съема колебаний; 4 - торцовая металлическая труба; 5 - вторичный преобразователь; 6 - элементы крепления; 7 - металлические кольца торцового отражателя; 8 - металлические кольца, образующие волноводный резонатор; 9 - элементы для скрепления металлических колец резонатора; 10 - внутренний проводник коаксиальной линии.Устройство работает следующим образом.В полом цилиндрическом волноводном резонаторе 1 (фиг. 1), погруженном вертикально в емкость с контролируемым веществом 2, с помощью элемента 3 возбуждаются электромагнитные колебания типа Но 1, р = 1, 2 Для генерации электромагнитных колебаний, измерения информативного параметра датчика уровня и его преобразования в выходной сигнал уровнемера служит вторичный преобразователь 5, к которому подключен элемент 3 возбуждения и съема колебаний, Для возбуждения в резонаторе колебаний только данного типа в конструкции резонатора предусмотрено размещение по меньшеймере в верхней торцовой части отражателя :волн только типа Но 1 (другой торец может являться, например, короткозамкнутым).Им может служить отрезок металлической трубы 4, расположенный внутри круглого волновода и соосно с ним. При выполнении трубы 4 с соизмеримыми диаметром и длиной данная торцовая часть резонатора выполняет двойную функцию отражателя, т,е так как цилиндрическая форма трубы 4 совпадает с силовыми линиями электрического поля волн типа Но 1 (фиг. 2 а), то, следовательно, эта труба является в данном случае короткозамыкателем; и так как диаметры двух торцовых областей, на которые делит труба 4 цилиндр 1, меньше диаметра этого цилиндра, то эти области являются запредельными волноводами для волн, возбуждаемых в цилиндре 1 и, следовательно, обе торцовые области отражают волны в обратном направлении (вовнутрь цилиндра 1), Соизмеримость диаметра и длины трубы 4 обеспечивает эффективную ее роль в качестве запредельного волновода.Следовательно, отрезок круглого волновода (цилиндрический резонатор 1) представляет собой высокодоб ротный резонатор только для колебаний типа Но 1 р,Для волн других, более низких, типов Н 11, ЕО 1 и Н 21 труба 4 не создает условий для эффективного отражения вовнутрь, и добротность резонатора нэ этих типах колебаний является пренебрежимо малой величиной по сравнению с добротностью на колебаниях типа Но 1 р.В круглом волноводе волны типов Но 1 и Е 11 явля ются вы рожден н ы ми, но для последних отражатель 4 не является эффективным, вследствие чего добротность резонатора на колебаниях типа Е 11 также мала, Кроме того, для подавления колебанийтиповН 11, ЕО 1 р,Н 21 р,Е 11 р в резонаторе 1 могут быть выполнены поперечные щели вплоть до разрыва цилиндра по поперечному сечению,Другой путь обеспечения высокодобротных колебаний только типа Но 1 р - размещение на торце цилиндра 1 решетки из металлических колец 7 (закрепленых с помощью диэлектрических элементов 6), которые являются короткозамыкателями для колебаний только данного типа (фиг. 3). Достаточным может оказаться наличие нескольких таких колец (в экспериментах высокая добротность обеспечивалась сприменением 3-7 колец). Кольца целесообразно размещать в центральной части торца, где имеется максимум электрического поля,С целью подавления колебаний типов Н 11 р, Е 01 р Н 21 р Е 11 р сопутствующих колебаниям рабочего типа Но 1 р, отрезок круглого волновода 1 может быть выполнен в виде совокупности отдельных соосных металлических колец 8, расположенных в перпендикулярных продольной оси этого волновода плоскостях(фиг. 4). Зазоры между кольцамив таком волноводе прерывают линии тока всех сопутствующих волн, вследствие чего эти волны быстро затухают, поскольку через зазоры излучается электромагнитная энер- гия этих волн. Напротив. линии токов волн типа Н 01 имеют лишь азимутальные составляющие, и наличие указанных зазоров не влияет на распространение этих волн. Такой волновод из металлических колец может иметь гибкую конструкцию. Скрепление металлических колец друг с другом для образования единой конструкции может быть осуществлено с применением металлических или диэлектрических продольных направляющих полос (стержней) 9, расположенных с наружной стороны волновода.Датчик уровня в виде резонатора с колебаниями типа Но 1 может быть реализован и на основе отрезка коаксиальной линИи (фиг, 5), имеющего, как и в случае полого цилиндрического резонатора, такие же торцовые отражатели волн типа Н 01. В данном случае нулевое электрическое поле присутствует как у внутренней поверхности наружного проводника, так и у поверхности его внутреннего проводника (фиг. 2 б), В коаксиальном волноводе вырожденой с волной типа Но является волна типа Ео, Как и в круглом волноводе образование поперечных щелей хотя бы во внешнем проводнике препятствует распространению волн типа Ео 1, а также и волн более низкого типа ТЕМ и Н 11, Коаксиальный резонатор может быть выполнен, как и цилиндрический резонатор, в виде совокупности отдельных металлических колец (фиг, 4) с разрывом как только наружного так и обоих проводников коаксиальной линии.Появление на внутренних стенках цилиндрического резонатора 1 каких-либо осаждений в виде диэлектрического слоя не сказывается на характеристиках колебаний типа Нотр, а именно на его собственных частотах и добротности. Это имеет место ввиду того, что электрическое поле на всехвнутренних поверхностях резонатораравно нулю при возбуждении колебанийтипа Нотр,5 В качестве информативного параметрадатчика уровня может быть использованасобственная (резонансная) частота 1 р электромагнитных колебаний резонатор1.Другим информативным параметро мо-,10 жет служить число й колебаний типа Но 1 р,р = 1, 2, ., возбуждаемых при девиациичастоты 1 колебаний генератора в фиксированных известных пределах. Это числой является однозначной функцией уровня. При возрастании частоты спектр колебаний сгущается вследствие наличия частотной дисперсии в круглом волноводе,В качестве отрезка круглого волноводаможет быть использована, при наличии такой возможности, сама цилиндрическая металлическая емкость, содержащаяко нтроли руе мое вещество. Отражательволн типа Но 1 располагается при этом наповерхности (на верхнем торце) такой емко.- сти.Формула изобретения 1. Датчик уровня диэлектрического вещества, содержащий волноводный резонатор,размещенный вертикально в емкости с контролируемым веществом, о т л и ч а ю щ и й, с я тем, что, с целью повышения точностиизмерений. резонатор выполнен в видекруглого волновода с расположеннымивнутри волновода по меньшей мере на верхнем торцовом участке отражателями волн,состоящими из концентрических с волноводом и друг с другом металлических колец.2,Датчик поп,1,отл ича ющийся4 О тем, что круглый волновод выполнен в видесовокупности соосных металлических колец,3. Датчик по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что круглый волновод имеет коаксиаль 45 ную конструкцию,, Фиг.Л 7 Составитель Л. ВасильковТехред М.Моргентал Корректор Н, Ревск едактор Т. Парфенова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Га ина, 10 аказ 921 Тираж 425 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5