Инвариантный резонансный датчик уровня

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 19) 01 Р 23/ 51) фсЬвууПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ из НЫЙ содерешний сато ра,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 460447, кл. 0 01 Р 23/28, 1973.(57) Сущность изобретения: датчикжит коаксиально расположенные вни внутренний электроды, два конден Изобретение относится к измерительной технике, в частности к.устройствам для измерения уровня диэлектрических сред, например нефтепродуктов.При измерении уровня диэлектрических сред резонансным методом основным источником погрешности является изменение диэлектрической проницаемости среды в процессе измерения, Например, при изменении диэлектрической проницаемости среды от 2 до 2,2 дополнительная погрешность резонансного датчика составит около 5%.Для компенсации изменения диэлектрической проницаемостииспользуются инвариантные уровнемеры, имеющие два или более измерительных канала,Известен инвариантный резонансный уровнемер, содержащий датчик, выполненный в виде однородной длинной линии, в которой возбуждается первая и девятая гармоники. Значения двух резонансных частот обрабатываются во вторичной аппаратуре по определенному алгоритму. Недостатком устройства является трудность возбуждения высших типов колебаний в датчике иэблок коммутации и высокочастотный дроссель. Блок коммутации выполнен в виде двух ри-диодов и катушки индуктивности. Верхний конец внутреннего электрода соединен с дросселем и через конденсаторы - с клеммами входного и выходного напряжений. Верхний конец внешнего электрода заземлен. Нижний конец внутреннего электрода соединен с анодом первого и катодом второго диодов, а катод первого диода через катушку индуктивности и анод второго диода подключены к нижнему концу внешнего электрода. 2 ил,за снижения его добротности, и, как следствие, невысокая точность и надежность измерения высшей резонансной частоты,Из известных инвариантных резонансных уровнемеров наиболее близким по технической сущности к заявленномуустройству является двухканальный датчикрезонансного уровнемера, содержащий два авнешних и два внутренних цилиндрическихэлектрода, при этом один внутренний электрод соединен снизу с внешним электродоми подключен разомкнутым концом через емкости ко вторичной аппаратуре, а другойвнутренний электрод соединен непосредст- фвен но с короткозамкнутым удлиняющим ка- Кбелем и так же через емкости подключен ковторичной аппаратуре.Поскольку оба канала возбуждаются напервой гармонике, обеспечивается высокаяточность измерения резонансных частот.Однако в известном датчике измерительныеканалы пространственно разделены, Поэтому при наличии волн на поверхности жидкости значение уровня во внутреннихполостях каналов датчика будет различным, 1778542что приводит к дополнительной погрешности.Обработка информации от двух каналов может осуществляться, например, по следующему алгоритму:-1, Р 2 - резонансные частоты 1-го и 2-го каналов датчика, Гц;Р 10, Е 2 о - резонансные частоты 1-го и 2-го каналов пустого датчика, Гц.Из формулы (1) следует, что при близких значениях резонансных частот каналов пустого и заполненного датчика (что имеет место при уровнях менее 10 ОД длины датчика) малое изменение частоты одного из каналов приводит к относительно большому изменению выходного параметра А, т.е, к большой погрешности измерения. Например, при степени заполнения 10 О от длины датчика, различие в уровнях заполнения каналов в 1 О приведен к дополнительной погрешности порядка 5 О от диапазона изменения выходного параметра.Кроме того, известный датчик имеет достаточно сложную конструкцию и большой вес.Таким образом, известные инвариантные резонансные уровнемеры не обеспечивают высокую точность измерения уровня и сложны по конструкции.Целью изобретения является повышение точности измерения уровня и упрощение конструкции датчика путем формирования в одном датчике двух пространственно совмещенных измерительных каналов с близкими резонансными частотами и различными выходными характеристиками.Цель достигается тем, что в инвариантный резонансный датчик уровня, содержащий коаксиально расположенные внешний электрод и внутренний, подключенный верхним концом через первый и второй конденсаторы соответственно к клеммам входного и выходного напряжений, и блок коммута.- ции, причем верхний конец внешнего электрода соединен . с общей шиной, дополнительно введен высокочастотный дроссель, подключенный к клемме управления, а блок коммутации выполнен в виде первого и второго ри-диодов и катушки индуктивности, при этом высокочастотный дроссель соединен с верхним концом внутреннего электрода, нижний конец которого соединен с анодом первого и катодом второго рп-диода, катод первого ри-диода че ность и доорого ьного иоды В заявляемом устройстве возмож переключения нагрузки длинной лини стигается включением первого и вт ри-диодов в нижнем конце чувствител элемента датчика и подачей на ри-д управляющего напряжения в виде и угольных импульсов различной полярнПри подаче управляющего напряж положительной полярности через дро ямоости. ения сель рез катушку индуктивности и анод второгорп-диода подключены к нижнему концувнешнего электрода,Сопоставительный анализ с прототи 5 пом показывает, что заявляемое устройствоотличается наличием новых блоков и элементов: высокочастотного дросселя, катушки индуктивности, ри-диодов и их связямис остальными элементами схемы.10На фиг. 1 представлена электрическаясхема инвариантного датчика уровня; нафиг. 2 - варианты конструкции нижнего замыкающего плунжера.15 Устройство содержит внешний электрод 1 и внутренний электрод 2, верхнийконец внутреннего электрода через первыйи второй конденсаторы 3, 4 и высокочастотный дроссель 5 подключен к вторичной ап 20 паратуре. Внешний электрод 1 соединен собщей шиной, Конденсаторы 3 и 4, а такжедроссель 5 служат для развязки высокоча-.стотных и низкочастотных цепей.К нижнему концу электрода 2 подклю 25 чен анод первого ри-диода 6 и катод второго ри-диода 7. Катод первого рп-диодачерез катушку индуктивности 8 и анод второго ри-диода соединен с нижним концомвнешнего электрода 1, ри-диоды 6, 7 и ка 30 тушка индуктивности 8 размещены на плунжере 9, закрепленном на нижнем концеэлектродов 1 и 2,Устройство работает следующим обра зом, Для измерения уровня датчик помеща 35 ют в контролируемую среду, при этомзначение резонансной частоты датчика связано с уровнем однозначной зависимостью.Для обеспечения возможности получения информации об уровне и одновремен 40 ном достижении инвариантности кизменению диэлектрической проницаемости среды уровнемер должен иметь как минимум два измерительных канала, причемканалы должны иметь различные выходные45 характеристики; Формирование различныхвыходных характеристик наиболее целесообразно осуществлять изменением нагрузки отрезка длинной линии, которыйявляется чувствительным элементом резо 50 нансного датчика уровня.5 и внутренний электрод 2 первый ра-диод 6 открывается, а второй рп-диод 7 закрывается, следовательно, длинная линия по высокой частоте нагружена на катушку и ндукти вности 8. 5При подаче управляющего напряжения отрицательной полярности первый рп-диод 6 закрывается и отключает катушку индуктивности 8, длинная линия становится короткозамкнутой через открытый второй 10 р 1 п-диод 7.Конструкция нижнего замыкающего плунжера для датчиков с внешним электродом круглого и прямоугольного сечения показана на фиг. 2, Плунжер 9 выполнен в виде 15 пластины из фольгированного стеклотекстолита, на котором методом травления сформирована катушка индуктивности 8 и припаяны ри-диоды 6 и 7.В датчике уровня использованы рп-ди оды типа 2 А 517 А. При прямом токе через диод, равном 10 мА, его сопротивление потерь составляет менее 5 Ом, т.е. включение рп-диодов практически не оказывает влияния на добротность датчика, 25 Лабораторные испытания заявляемого уровнемера подтвердили его высокие метрологические и эксплуатационные характеристики. При изменении диэлектрической 30 проницаемости среды от 1,9 до 2,5 дополнительная погрешность не превышала 0.5 . Основная погрешность измерения уровня составила 0,4 , Датчик работоспособен в диапазоне температур от -50 до 100 С. Пе риод.опроса каналов датчика составил 3,5 мс (из них 2 мс - время измерения резонансной частоты. 1,5 мс - время переходного процесса при переключении каналов). При скорости слива жидкости 100 мм/с иэмере ние уровня за период опроса равно 0,35 мм. что практически не вызывает дополнительной погрешности от различия моментов опроса каналов датчика.45 За счет использования только одной пары коаксиальных электродов заявляемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию и в 1,7 раза меньший вес.Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить степень унификации резонансных датчиков уровня. поскольку обычный резонансный датчик может быть сделан инвариантным без изменения конструкции всего датчика, изменяется только конструкция плунжера в нижней части чувствительного элемента,Таким образом, внедрение предлагаемого устройства позволит повысить точность измерения и расширить область применения резонансных уровнемеров как при работах экспериментального характера, так и в различных отраслях промышленности.Формула изобретения Инвариантный резонансный датчик уровня, содержащий коаксиально расположенные внешний электрод и внутренний, подключенный верхним концом через первый и второй конденсаторы соответственно к клеммам входного и выходного напряжений и блок коммутации, причем верхний конец внешнего электрода соединен с общей шиной, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности измерения и упрощения конструкции, в него введен высокочастотный дроссель, подключенный введенной входной клемме управления, а блок коммутации выполнен в виде первого и второго р и-диодов и катушки индуктивности, при этом высокочастотный дроссель соединен с верхним концом внутреннего электрода, нижний конец которого соединен с анодом первого и катодом второго реп-диодов, а катод первого р и-диода через катушку индуктивности и анод второго ри- диода подключен к нижнему концу внешнего электрода./Х Фиг. Составитель Ю. КутеповТехред М.Моргентал Реда кто р М.Андрушенко каз 4183 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10