Уровнемер трехслойных сред

(51)М, Кл. 6 01 Р 23/26 Государственный комитет СССР но ледам изооретеннй и открытий(54) УРОВЧЕИЕР ТРЕХСЛОЧНЫХ СРЕД Изобретение относится к областиприборостроения и может быть использовано для раздельного измеренияуровня нижнего и толщины среднегослоев в технологических емкостях,заполненных трехслойными средами,образованными жидкостями и газамис различными электрическими свойствами,Известны самокомпенсированныеуровнемеры, у которых состояние измерительных .схем не зависит от электрических свойств контролируевихвеществ (1),Наиболее близким по техниЧескойсущности к изобретению являетсяуровнемер для раздельного измерениядвух уровней в трехслойных средах,содержащий генератор, два отсчетныхи два уравновешивающих устройства,детектор равновесия, трансформаторный измерительный мост с компаратором токов и трансформатором напряжения,имеющим одну компенсационнуюи две уравновешивающие обмотки, вплечи которого включены один рабочий и пять компенсационных первичных преобразователей, два иэ которыхсоответствуют верхней, другие двасредней и один нижней фазам контролируемой среды, причем вывод одногоиз средних компенсационных преобразователей электрически соединен свыводами одного иэ верхних, выводвторого среднего преобразователясоединен с выводом нижнего, а точкисоединения выводов подключены соответственно к выводам обмоток трансформатора напряжения, кинематически связанным с выходами уравновешивающих устройств 121.Целью изобретения является повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, 15 что предлагаемяй уровнемер дополнительно снабжен суммирующим операционным усилителем с тремя входами, выход которого последовательно соединен с компенсационным первичным пре обраэователем, находящимся в верхнем слое, а один из входов - с компенсационной обмоткой трансформатора,двУмя суммирующими преобразователямитока в напряжение с тремя входами, 25 выходы которых подключены к двум другим входам операционного усилителя,двумя управляемыми активными сопротивлениями, входы управления которых ппи- .соединены к выходам уравновешивающих 30. элементов, двумя балансными модуляторами с двумя противофазными входами несущей, модулирующие входы которых соединены соответственно с двумя выходами генератора модуляционных воздействий, двумя образцовыми сопротивлениями и двумя образцовыми конденсаторами, причем каждая иэ уравновешивающих обмоток имеет заземленную среднюю точку и две пары симметрично расположенных выводов, одна из которых через балансный(О модулятор и образцоВый конденсатор подключена к одному из входов суммирующего преобразователя, а вторая пара выводов соответственно через образцовое и управляемое сопротивления присоединена к другим входам 15 суммирующего преобразователя. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг.1 изображена схема размещения первичных измерительных преобразователей; а на фиг.2 - электрическая схема уровнемера.На фиг. 1 схематически изображен резервуар высотой , заполненный тремя несмешивающимися средами (например, вода, нефть, газ) уровни раздела которых равны соответственно Ь 2 и В резервуар введены одинаковые по конструкции (например, цилиндрические, типа труба в трубе) первичные измерительные преобразовательные 1, ЗО 2, 3 и 4, представляющие собой электрически неизолированные от сред электроды. Рабочий первичный измерительный преобразователь 4 длиной расположен вертикально и проходит че реэ все три слоя, а компенсационные 1-3 с длинами .1 г 1 установлены в резервуаре таким образом, что онивсегда находятся в средах газ нефть, вода соответственно. 40, Электрическая схема прибора (фиг,2) содержит генератор рабочей частоты 5, подключенный к нему трансформатор напряжения 6, с одной рабочей обмоткой 7, одной компенсационной обмоткой 8, имеющими числа витков Хти Х 8 45 соответственно, двумя уравновешивающими обмотками 9 и 10, с числами витков Ху, Ха соответственно, каждая из которых имеет заземленную среднюю точку и две пары симметрично распо ложенных выводов компаратор токов 11 с четырьмя входными обмотками 12, 13, 14 и 15, имеющими числа витков Х(2, Х, Х)4 и Х 6 соответственно, суммирующий операционный уси- д 5 литель 16 с сопротивлением 17 в цепи обратной связи и с сопротивлениями 18, 19 и 20 во входных цепях, имеющими значения Н 1, Н, йд, Яро соответственно, два суммирующих преобразователя тока в напряжение 21 и 22 с 60 тремя входами, два управляемых активных сопротивления 23 к 24 со значениями й 1, и В 2 соответственно, два балансных модулятора 25 и 26 с двумя противофазными входами несущей и од ним модулирующим входом, два образцовых сопротивления 27 и 28, два образцовых конденсатора 29 и 30, генератор модуляционных воздействий31, который в частном случае можетсостоять из генератора синусоидальных колебаний 32 частоты модуляциии фазовращателя 33, поворачивающего фазу на угол 90 , экстремальныйдетектор равновесия 34, состоящийв частности из усилителя сигнала неравновесия моста 35, амплитудногодетектора 36, двух квадратурных детекторов 37, 38, два уравновешивающих устройства 39 и 40 и два отсчетных устройства 41 и 42.Устройство работает следующимобразом,Для уравновешивания мостовой измерительной цепи использован квазиэкстремальный модуляционный принцип формирования регулирующих воздействий, перпендикулярных соответствующим семействам линий уравновешивания.В предлагаемом устройстве осуществляется одновременная регулировкаобоих отсчетных параметров, а выделение изменений огибающей, обусловленных только одним иэ двух модулирующихвоздействий, достигается с помощьюфаэовой селекции.Модуляция обоих уравновешивающих параметров осуществляется с помощью генератора 31 (фиг,2) и модулятора 25, 26. Перпендикулярностьвекторов модулирующих воздействийсемействам линий УРавновешивания(направление их определяется электрическими свойствами сред, в которых Размещены компенсационные преобразователи) обеспечивается применением образцовых конденсаторов29, 30, Если сигнал на выходе компаратора токов 11 не равен нулю,тов зависимости от параметра, по которому не уравновешен мост, на соответствующих выходах детектора равно"весия 34 появляются управляющие воздействия, под влиянием которых соответствующие элементы (39,40) изменяют значения сопротивляемых элементов 23, 24 в таком направлении,чтобы уменьшить сигнал неравновесия.Этот процесс будет продолжаться дотех пор, пока мост не окажется всостоянии равновесия, которое характеризуется равенством нулю выходного сигнала компаратора. После этогос помощью отсчетного устройства 41определяется толщина среднего слоя,а с помощью отсчетного устройства42 - уровень нижнего слоя сред,находящихся в технологической емкости,Необходимо подчеркнуть, что вышеописан один из конкретных примеровисполнения предложенного уровнемера. Так в качестве элементов 25 и26 (см.фиг.2) используются поляри 7.1365эованные реле, а фазовая селекция управляющих оэдействий предполагает применение генератора модуляционных воздействий, выполненного в виде генератора сннусоидальных колебаний частоты модуляции и фаэо" вращателя, а также приведенной структуры детектора равновесия, в качестве управляемых активных сопротивлений предполагается применение полевых транзисторов.10Безусловно, возможны и другие варианты исполнения предлагаемого устройства, например, применение временной или частотной селекции управляющих воздействий. В подобном случае иначе будут построены и детек тор равновесия, и генератор модуляционных воздействий. Так, при использовании частотной селекции управ. лягщих воздействий генератор модуляционных воздействий будет состоять р иэ двух генераторов синусоидальных колебаний различной частоты, соответствующие изменения появятся и в структуре детектора равновесия, Иными по конструкции могут быть элементы 25 и 26, 23 и 24 и т.д. Однако структура и связь отдельных элементов устройства, предназначенные для достижения укаэанной цели и получения положительного эффектаугостанутся прежними.Формула изобретенияуровнемер трехслойных сред, содер жащий генератор рабочей частоты, мос- товую измерительную цепь с компаратором токов и трансформатором напряжений, имеющим две уравновешивающие и компенсационную обмотки, включенные в плечи мостовой цепи один рабочий и три компенсационных первичных преобразователя кондуктометрического типа, расположенных в трех слоях контролируемой среды соответственно, два уравновешивающих и два отсчетных устройства, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен суммирующим операционным усилителем стремя входами, выхоц которого последовательно соединен с компенсационным первичным преобразователем, находящимся в верхнем слое, а один иэвходов - с компенсационной обмоткойтрансформатора, двумя суммирующимипреобразователями тока в напряжениес тремя входами, выходы которых подключены к двум другим входам операционного усилителя, двумя управляемыми активными сопротивлениями, входы управления которых присоединенык выходам уравновешивающих элементов, двумя балансными модуляторамис двумя противофазными входами несущей, модулирующие выходы которыхсоединены соответственно с двумявыходами дополнительно введенногогенератора модуляционных воздействий,двумя образцовыми сопротивлениямии двумя образцовыми конденсаторами,причем каждая из уравновешивающихобмоток имеет заземпенную среднююточку и две пары симметрично расположенных выводов, одна из которыхчерез балансный модулятор и образцовый конденсатор подключена к одномуиз входов суммирующего преобразователя, а вторая пара выводов соответственно через образцовое и управляемое сопротивление подключена к двумдругим входам суммирующего преобразователя. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Карандеев К. Б Гриневич Ф. Б., Новин А. И. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М.-Л., Энергияф, 1966.2, Авторское свидетельство СССР 9 384018, кл. С 01 Г 23/26, 1971 (прототип) .