Емкостный компенсационный уровнемер

(51)5 0 0123/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 5 Ю 81 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения(56) Авторское свидетельство СССР М 1538055, кл. 6 01 Р 23/26, 1990.(54) ЕМКОСТНЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР,1.)Я"Д изобретения: осуществляется выведение в зону исследований стабилизированной вращением ракеты (1) с генератором реагента (12), ориентируя ее ось в пределах угла процессии, не превышающего угла обзора приборов, установленных на ней, генератор с реагентом раскручивают со скоростью, обеспечивающей такой же угол процессии, Реагент инициируют беспрерывно на восходящей ветви траектории полета генератора, постоянно стабилизируя при этом расстояние между ракетой и генератором, 1 ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей.Известен емкостной компенсационный датчик уровня (1), содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор, прсобразователь емкости в напряжение и синхронный детектор. Недостатком известного устройства является влияние линии связи на точность измерения и невозможность использования для измерения сред с высокой проводимостью,Наиболее близким по технической сущности является датчик уровня, содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор высокой частоты. модулятор, измерительный и компенсационный преобразователи емкости в напряжение, две схемы вычитания и схему сравнения 2), Недостатком известного датчика уровня является невозможность его использования для измерения сред с высокой проводимостью, так как при этом возникают малые сопротивления электродов, измерительного и компенсационного конденсаторов относительно корпуса, В этом случае для увеличения добротности конденсаторов целесообразно использовать их с диэлектрическим покрытием электрода. Но в известном датчике уровня это не решит проблему, так как при дальнейшем увеличении проводимости он просто теряет работоспособность. Кроме того надежность измерения неэлектропроводных сред с и роводящими включениями в известном приборе низки,Целью изобретения является повышение надежности и расширение области измеряемых сред, те. как с малой, так и с высокой электропроводностью.Поставленная цель достигается тем, что емкостной компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с корпусом, генератор высокой частоты, модулятор, измерительный и компенсационный операционные усилители, два блока вычитания, блок сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока вычитания, выход блока сравнения подключен к уп равляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к прямым входам соответствующих операционныхусилителей.Сущность предлагаемого устройства поясняется функциональной схемой на чертеже,Устройство включает в себя емкостной чувствительный элемент 1, содержащий измерительную часть 1 а и компенсационную 1 б, измерительный операционный усилитель 2 и компенсационный 3, первую схему вычитания 4, повторитель напряжения 5, модулятор 6, высокочастотный генератор 7, схему сравнения 8 и источник опорного сигнала 9, вторую схему вычитания 10.Компенсационная часть чувствительного элемента 16 располагается ниже диапазона измерения, а измерительная 1 а вдоль диапазона измерения, Обе части чувствительного элемента имеют общий электрод, подключенный к корпусу аппарата, Потенциальный электрод чувствительного элемента 1 б подключается к измерительной схеме с помощью поовода с двойным экраном, Внутренний экран подключается к выходу повторителя напряжения 5, от наружной - к корпусу аппарата.Управляющий вход модулятооа 6 связан с высокочастотным генератором 7. Своим сигнальным входом он связан с выходом схемы сравнения 8, а выходом - с прямыми входами операционных усилителей 2 и 3. Инверсный вход операционного усилителя 3 связан с входом повторителя напряжения 5, а его выход - с одним из входов схемы вычитания 10, выход которой связан с входом сравнения 8, Выход схемы сравнения 8 подключен к входам схем вычитания 4 и 10, Выход измерительного операционного усилителя 2 связан с входом схемы вычитания 4,Испульсный сигнал с генератора 7 поступает на вход модулятора 6, С выхода модулятора 6 поступает импульсный сигналамплитуда которого жестко связана с постоянным напряжением на выходе схемы сравнения 8. Амплитуда импульсных сигналов сформированных операционными усилителями 2 и 3 определяются, с одной стороны,значениями емкостей чувствительного элементов 1 а и 1 б, а с другой - амплитудойимпульса с выхода модулятора 6, Равенство напряжений на входе и выходе повторителя5 дает воэможность исключить влияние кабеля от чувствительного элемента 1 б. Насхеме вычитания 10 из амплитуды импульсов с преобразователя 3 вычитается величина амплитуды, соответствующая емкости"пустой" части чувствительного элемента1 б, а на схеме вычитания 4 - сигнал, соответствующий емкости "пустого" чувствительного элемента 1 а. Сигнал на выходеустройства 4 является мерой уровня,Первичным сигналом, характеризую,щим уровень, является изменение емкостичувствительного элемента. В зависимостиоттого является ли среда электропроводнойили неэлектропроводной, используются соответственно чувствительные элементы сизолирующим покрытием электрода и безизолирующего покрытия,В первом случае емкость измерительной части 1 а, определяется выражениемСи= Соп,1+(" -1)-, (1)Соп 1 а во второмС = Соп 1 + (Я - 1) - , (2)где Си - емкость измерительной части чувствительного элемента;Соп 1 - начальная часть емкости чувствительного элемента;Соп - начальная емкость чувствительного элемента;Сиз - погонная емкость изоляции электрода;1 - значение уровня;е - диэлектрическая проницаемость измеряемой среды;- диапазон измерения.Как видно из выражений (1) и (2) ониочень близки, но при измерении неэлектропроводных сред изменение емкости линейно связаны с относительно неизвестнойвеличиной. В связи с этим возникает необходимость при.измерении уровня неэлектропроводных сред нейтрализовать влияниедиэлектрической проницаемости,Входной сигнал датчика определяетсявыражениемОвых (О 2 Об) К 4, (3)где О 2, Ов - выходные сигналы соответствующих блоков;К 4 - коэффициент передачи блока (4)(4)На входах устройства сравнения (8) при достаточно большом коэффициенте его передачи выполняется соотношение О 1 о= Ооп, если ввести требование обеспечить соотноСокшение (1+ ) Кб = 1 то значение сигналаСакна выходе устройства сравнения (8) приобретает видОо Сак КбОв - , . (5)Сок(я) К 1 огде Сок - начальная емкость компенсационной части чувствительного элемента;Кб, К 1 о - коэффициенты передачи соот ветствующих блоковСоп (Е - 1) -О 2= Ов Кб(1+ + ) (6) Сап Сап Введя соотношение (1+ ") Кб = 1 сСакучетом выражений (3) и (6) определяетсязначение выходного сигнала,20Оеых = Ооп (7)Сап К 1 оВыходной сигнал уровнемера не содержит параметров, характеризующих свойства жидкости, т,е. он независим от них.Дестабилизирующее действие линиисвязи от измерительной схемы и компенсационной части чувствительного элемента(1 б) устраняется благодаря включению внутреннего экрана на выход повторителя напряжения (5), так что емкость между жилойкабеля и внутренним экраном обесточена,т.е, нейтрализована. Емкость между внутренним и наружным экранами оказываетсявключенной параллельно выходу повторителя напряжения (3), Линия связи не оказывает влияния на процесс в преобразованиив устройстве.Формула изобретения Емкостный компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с корпусом, генератор высокой частоты, модулятор. измерительный и компенсационный операционные усилители, два блока вычитания, блок сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока вычитания, выход блока сравнения подключен к управляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения путем обеспечения возможности контроля уровня жидкостей любой электропроводности, он дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими1763897 Составитель Г,СолганикТехред М.Моргентал Корректор З,Салко Редактор Заказ 3450 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к 5 прямым входам соответствующих операционных усилителей,