Измеритель уровня

11,735927 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликдо делам изобретений и открытийОпубликовано 25.05,80. Бюллетень19 Лата опубликования описания 30.05.80(72) Авторы изобретения ЛЛ. Ермин, А. И, Мартяшин и В. Ф. Рябов Пензенский политехнический институт(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ 1Изобретение относится к эдектроизмеритедьной технике и может быть использовано для измерения уровня какнеэлектропроводных, так и обладающихпроводимостью сред.Известен злектроемкостный уровнемер, 5содержатций измерительный и комйенсационный емкостные датчики, преобразователь емкости и постоянное напряжение,усилитель постоянного тока и генератор1 Отактовых импульсов 1. Принцип егодействия заключается в периодическомперезаряде импульсным напряжением емкостного делителя, образованного датчиком и опорным конденсатором, и преоб 15разование импульсного напряжения впостоянное,Основным недостатком известногоявляется ограниченность его возможностей, так как он имеет приемлемую точность только при контроле уровня неэлектропроводных жидкостей,Наиболее близким по технической сущности к предложенному явпяетсч злектро 2емкостный уровнемер, содержаший изме-рительный и компенсационный датчики,операционный усилитель емкостной обратной связью, соединенный последовательнос нуль-органом, туиггер, два переключателя и резистор Я.Это устройство .характеризуется недостаточной точностью и ограниченным диапазоном измерения,Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения.Поставленная цель достигается тем,что в устройство введены одновибратор,преобразователь частоты в напряжение,дифференциальный интегратор, инвертори измеритель среднего значения напряжения, при этом датчики обшей обкладкойсоединены с входом операционного усилителя, а выход нудь-органа соединенодновременно с входами триггера, одновибратора, управляюшим входом первогопереключателя, раздельной обкладкой измерительного датчике и через последовательно соединенные преобразователь час5927 4нв выходе нуль-органа 3 скачком изменилось до значения О =- Чо (см, фиг. 2).При этом напряжение на выходе усилителя 2 представляет суперпозицию следую ших составляющих где 1 О См се Со. о-3 73тоты в напряжение, дифференциальныйинтегратор, переключатель и резистор свходом операционного усилителя, причемвыход инвертора соединен с раздельнойобкладкой компенсационного датчика, авыход одновибратора - с другим выходомтриггера, выходом связанного с управляющим входом второго переключателя,через который выход операционного уси-лителя соединен с входом измерителясреднего значения.На фиг. 1 приведена фуйкциональнаясхема предлагаемого измерителя уровня;на фиг. 2 - временные диаграммы,поясняющие его работу,Измеритель уровня содержит. измерительный емкостный датчик 1, эквивалентная схема которого представлена резисторами Й и","характеризующими соот- .ветственно сквозную проводимость и поляриэвционные потери, конденсаторамиСр и См, характеризующими соответственно рэпаксационную и мгновенную поляризации в веществе, в также компенсационный емкостный датчик 1 с комплексным сопротивлением 2 К, зашунтированным резистором Р, операционный усилитель 2, соединенный последователь- но с нудь-органом 3, триггер 4, переключатели 5 и 6, одновибратор 7, пре .образователь 8 частоты в напряжение, дифференциальный интегратор 9, инвертор 10 и измеритепь 11 среднего значения напряжения./ 35Датчики 1 и 1 общей обкладкой сое- динены с входом усилителя 2, а выход нуль-органа 3 соединен одновременно с входами триггера 4, одновибрвтора 7,. управляющим входом переключателя 6 4, раздельной обкладкой измерительного датчика 1 и через последовательно соединенные преобразователь 8 частоты внапряжение, дифференциальный интегратор и резистор1 с входом усилителя 45 2, Причем выход инвертора 10 соединен с раздельной обкладкой компенсационного датчика 1, а выход одновибратора 7 - с другим входом триггера 4,йодом-связанного с управляющим аходом второго переключателя 5, через который выход усилителя 2 соединен с входом измерителя 11 среднего значения напряжения.Измеритель уровня работает следующим образом, Схема является автогенереторной, и колебвтьпьный режим наступает при включении напряжения питания. Пусть в момент включения напряжение С Кь Оо(=сом+ис+Оя+Ця +ОЯ+Цк ц кО=,х= С )о о о- - напряжение обратной связи, снимаемое с выходов дифференциального интегратора 9 через переключатель 6)0 - напряжение на выходе преобразоВивателя частоты в напряжение 8Ти - постоянная времени дифференциального интегратора 9,Эквивалентная схема компенсационного датчика совершенно идентична эквивалентной схеме измерительного датчикаи поэтому в дальнейшем опускаются полные выкладки, относящиеся к компенсационному датчику, и приводятся толькоимеющие значение параметры с учетомих знакапомеченные индексом "кф,Резистор й выбирают меньше минимвльного значения В, которое обычно известнО заранее, поэтому Оо(1 ) в момент после включения убывает по экспоненциальной кривой, В момент равенства нулю напряжения Ооу (1 ) меняется знак выходного напряжения на +О,и цикл повторяется.После момента включения питания напряжение на выходах интеграторе 9 начинает расти по абсолютной величийе по экспоненте с постоянной времени с:=с,4+ +Тпгнв и по мере приближения Опчк Ооп стремится к установившемуся значению О, которое соответствует заданной частоте о . Таким образом в схеме735927 20 откуда 40поддерживается постоянная частота колебаний (То = сопМ),Частотувыбирают из условияТо Т фС,необходимого для устранения влияния резистора . поляризационных потерь. Привыполнении этого условия экспоненциальная составляющая напряжения на выходеусилителя 2 (Оса) при 1 ) Т с достаточной степенью точности достигает установившегося значения, равного (см, фиг,2)Срср с о .ои влиянием ф можно пренебречь,Таким образом при выполнении указан-,15ного условия отрезок МВ:с достаточнойстепенью точности можно полагать прямой линией, описываемой на этом участке,. С:С+С,.Подставив в это выражен о%.иет. =О,полУчает значение Оо(С 1 в точке О,т.е,длину отрезка ОА - стороны нового треугольника ОАВ, равную".,.; ,"и что важно не зависящую от КЭ 935Треугольники ОАВ и ЙМВ подобны.Известно, что площади подобных фигурпропорциональны квадратам сходственных сторон Выражая последнее тождество через электрические параметры, получают С -С" С -С Кт, -С НМЬ 2 2.т соТаким образом, измеряя вольт-секунд 1 ную площадь треугольников измерителем11 среднего значения в установившемсярежиме, получают значение суммарнойполяризационной емкости, линейно зависящей от уровня контролируемого вещества и не зависящей от значений р и Яимеющих сильную зависимость от химического состава, загрязненности, температуры и других свойств вещества,формула изобретенияИзмеритель уровня, содержащий измерительный и компенсационный датчикиоперационный усилитель с емкостной обратной связью, соединенный последовательнос нудь-органом, триггер,два переключателяи резистор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и расширениядиапазона измерения, в него введеныодновибратор, преобразователь частотыв напряжение, дифференциальный интегратор, инвертор и измеритель среднего значения напряжения, при этом датчики общей обкладкой соединены с входом операционного усилителя, а выход нуль-органа соединен с входами триггера, одновибратора, управляющим входом первого переключателя, раздельной обкладкой измерительного датчиКа и через последовательно соединенные преобразователь частотыв напряжение, дифференциальный интегратор, первый переключатель и резистор свходом операционного усилителя, прячемвыход инвертора соединен с раздельнойобкладкой компенсационного датчика, авыход одновибратора - с другим входомтриггера, выходом соединенного с управляющим входом второго переключателя,через который выход операционного усилителя соединен с входом измерителясреднего значения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 435459 ю кл.0123263 1974.2. Авторское свидетельствоСССР735927 Т аказ 2412/ ЦПИИПИ бра ОМ Вию. ануе юй 5