Емкостный преобразователь уровня границ раздела сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4(59 С 01 Г 23/26 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ(53) 681.128 (56) 1. Авто В 435459, кл2. Авторс В 662815, кл3. Авторс В 909580, кл (прототип). тво СССР1974,о СССР1979.о СССР1982 ское свидетель С 01 Г 23/26,ое свидетельст С 01 Г 23/26,ое свидетельст С 01 Г 23/26, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ(54)(57) ЕМКОСТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬУРОВНЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащий расположенные по высоте емкостные датчики, подключеннЫе к преобразователям емкость - время, схемусравнения временных интервалов и генератор импульсов, связанный с емкостными датчиками, о т л и ч а ю. -80114 983 А щ и й с я тем, что, с целью повьапения надежности и расаирения области использования, преобразователь уров" ня снабжен узлом синхронизации и устройствами развязки, преобразователи емкость-время выполнены из последовательно включенных согласующего трансформатора связи, входной коаксиальной линии связи, операцион ного усилителя и формирователя временных интервалов, выходы преобразователей емкость " время соединены с входами схемы сравнения временных интервалов, емкостные датчики выполнены трехзлектродными, причем два их электрода соединены с преобра- Е зователем емкость - время, третий электрод через выходную коаксиальную линию связи и устройство развязки соединен с генератором импульсов, к которому через узел синхронизации Я подключены также установочные входы формирователей временных интервалов.ив983 1 1143Изобретение относится к телеконтролю уровня и границ раздела технологических сред.Известен электроемкостный уровнемер для автоматического контроля 5 уровня неэлектропроводных сред, содержащий измерительнйй и компенса" ционный емкостные датчики, преобразователь емкость - постоянный ток, генератор тактовых импульсов и уси литель постоянного тока в цепи обратной связи, причем выходное напряжение усилителя является одновременно и выходным сигналом уровнемера Е 13.Однако в этом устройстве полупро водниковые ключи в цепях, содержащих компенсационные и.измерительные датчи" ки, не могут быть пространственно отделены от собственно емкостных первичных преобразователей (измери О тельного и компенсационного), что ограничивает область применения таких уровнемеров, например, в условиях контроля границ раздела сред при повышенной температуре или условиях 25 контроля границ раздела сред при повышенном уровне радиации.Кроме того, указанное устройство не позволяет осуществить телепередачу данных контроля, так как имеет аналоговый выходной сигнал. Данный электроемкостный уровнемер не имеет нужной степени помехозащищенности, вследствие чего чувствительность укаэанного устройства невысока.35Известен также емкостный уровнемер для измерения уровня различных жидкостей, в котором улучшены характеристики вход - выход за счет введения преобразователей емкость - напряО жение - время и схем сравнения НЕ-И 23.Недостатком данного устройства является сильная зависимость точнос-ти измерения от линейности характеристики преобразователя емкость "напряжение - время, (обусловленную,нап- ример, температурным режимом контролируемой,среды включенного в контур обратной связи измерительной схемы. Наиболее близким по технической 5 О сущности к предлагаемому является. емкостной уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный емкостные датчики, включенные каждый к своему каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных преобразователя емкость - время, схемы сравнения НЕ-И временных интервалов и детектора среднего значения, устройство задержки, два управляемых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор,компаратор, две схемы И, два триггера, два инвертора, счетчик, универсальный регистр и блок управления Г 33.Известное устройство позволяет осуществить телепередачу данных о границе раздела сред, имеет удовлетворительную точность, однако схемное решение преобразователей емкость время не позволяет получить необходимой надежности контроля в средах с температурой, превышающей допустимую, для полупроводниковых элементов РЗА. Это обусловлено тем, что в преобразователях емкость - время полупроводниковые ключи в цепях, содержащих компенсационные и измерительные датчики, не могут быть пространственно отделены от собственно емкостных первичных преобразователей, а применение контактных ключей, например герконов, не обеспечит необходимых передаточных характеристик упомянутых преобразователей емкость - время, поскольку рабочие изменения емкости первичного преобразователя лежат в диапазоне нескольких десятков цикофарад, кроме того, изменение длительностей переходных процессов имеют тот же порядок, что и время микродребезга контактов геркона в момент его срабатывания,Таким образом, известное устройство не обладает достаточйо широкой областью использования при измерении уровня границ раздела сред с произвольными физическими характеристиками ееЦель изобретения - повышение надежности и расширение области использования емкостного преобразователя уровня границ раздела сред.Укаэанная цель достигается тем, что в емкостном преобразователе уровня границ раздела сред, содержащем расположенные по высоте емкостные датчики, подключенные к преобразователям емкость - время, схему сравнения временных интервалов и генератор импульсов, связанный с емкостными датчиками, введены узел синхронизации и устройства развязки, преобразователи емкость - время выполнены из последовательно включенных согласующего трансформатора свя3 1143зи, входной коаксиальной линии связи, операционного усилителя и формирователя временных интервалов, выходы преобразЬвателей емкость - время соединены с входами схемы сравнения временных интервалов, емкостные датчики выполнены трехэлектродными, причем два их электрода соединеныс преобразователем емкость - время,третий электрод через выходную коаксиальную линию связи и устройстворазвязки соединен с генератором импульсов, к которому через узел синхронизации подключены также установочные входы формирователей временных 15интервалов.На чертеже показана функциональнаясхема преобразователя уровня границраздела сред,Устройство в,лючает в себя выносные трехэлектродные емкостные датчики 1, согласующие трансформаторы2 связи, формирователи 3 временныхинтервалов, схему 4 сравнения временных интервалов, узел 5 синхронизации, генератор 6 импульсов, устройство 7 развязки, коаксиальные линии8 и 9, операционные усилители 10,преобразователь емкость - время 11,.который образован последовательнымсоединением согласующего трансформатора 2 связи, коаксиальных линий 91связи, операционного усилителя 10 и формирователя 3 временных интервалов.Чувствительные части выносныхтрехэлектродных емкостных датчиков1 выполнены, например, в виде плоских электродов, нанесенных по высотевнешней поверхности диэлектрическогополого цилиндра. Электроды датчиков1 защищены изоляционным покрытием40от контролируемой среды. Высокопотенциальные электроды емкостных датчиков 1. подключены к выходам коаксиальных линий 8 связи, а выходы датчиков 1 подключены к первичным обмот 45кам согласующих трансформаторов 2связи, вторичные обмотки которыхподключены к коаксиальным линиям 9,причем и согласующие трансформаторы2 связи и коаксиальные линии 8 и 9размещены во внутренней герметизированной области указанного пологоцилиндра,формирователи временных интерва- Блов могут быть выполнены из последовательно соединенных триггеров, охваченных обратной связью по числу им 983 4пульсов, а установка формирователя3 временных интервалов в исходноесостояние может осуществляться, например, подачей импульса синхронизации на установочные входы триггеров от узла 5 синхронизации, которыйвозбуждается от генератора 6 импульсов. От этого же генератора черезустройства 7 развязки импульс возбуждения подается на входы коаксиальных линий 8. Выходы формирователей 3временных интервалов соединены с входами схемы 4 сравнения временных интервалов,Устройство работает следующим образом.При подаче, например, отрицательного импульса напряжения от генератора 6 импульсов по коаксиальнымлиниям 8 на высокопотенциальныеэлектроды выносных трехэлектродныхемкостных датчиков 1 в электроднойсистеме датчиков во время действияимпульса напряжения запасается энергия, величина которой определяетсяхарактеристикой сред, окружающихчувствительные части трехэлектродныхемкостных датчиков 1. После окончания действия импульса напряжения этаэнергия рассеивается преимущественнона колебательном контуре (которыйобразован частичной эквивалентнойемкостью датчика, подключенной квходу согласующего трансформатора 2связи) в режиме свободнозатухающихколебаний. При этом частичная емкостьдатчика 1, образованная высокопотенциальным электродом и условно средним электродом, разряжается на колебательный контур через относительновысокоомный резистор устройства 7развязки,Если уровень границы раздела контролируемой среды находится в пределах зоны действия одного из выносных емкостных датчиков 1 и этот уровень повышается, то это приводит к увеличению периода свободнозатухающих колебаний и вместе с тем к уменьшению амплитуды этих колебаний, однако частичная емкость датчиков 1, образованная высокопотенциальным и условно средним электродом выносного трех- электродного емкостного датчика 1, будет увеличиваться, что обеспечит компенсацию уменьшения уровня амплитуд свободнозатухающих колебаний.3 11439836В качестве информативного парамет- формирования заднего фронта импульра выбран временной интервал, крат- сов, сформированных из последованый переменному полупериоду свобод- тельности мгновенных значений напрянозатухающих колебаний. Свободноза- зений на выходах операционных усили- туха 1 ощие колебания с вторичной обмот телей 1 О, Моменты окончания временных ки понижающего согласующего транс- интервалов определяются моментами форматора 2 связи (с коэффициентом переключения оконечных триггеров фортрансформации таким, что реально мирователей 3, Сформированные по существующая емкость коаксиальной длительности импульсы с формирователинии, вносимая в колебательный 10 лей 3 временных интервалов поступают контур, оказывается относительно ма- на входы схемы 4 сравнения временных лой) по коаксиальной линии 9 посту- интервалов, которая выделяет разности лают на вход операционного усилителя по длительностям указанных временных 10. Последний предназначен для обес- интервалов и знаки этих разностей, печения рабочего уровня входных на которые могут передаваться посредстпряжений формирователя 3 временных вом телеканала на устройство индикаинтервалов. Полярность включения ции.вторичной обмотки согласующего транс- В предлагаемом преобразователе форматора 2 связи в коаксиальную ли- рабочие изменения частичных емкостей нию 9 такова, что на выходе опера- ро чувствительных элементов выносных ционного усилителя 10 первая полувол- трехэлектродных емкостных датчиков на напряжения является положитель- отобракаются в относительные измененой, а длительность возбуздающего . ния частот свободнозатухающих колебаимпульса генератора 6 импульсов вы- ний, что позволяет осуществить с побирается меньшей из наименьших зна мощью соответствующих трансформаточений длительности полупериодов сво- ров связи передачу информации по отбоднозатухающих колебаний. При ука- носительно длинными линиям связи. занных условиях импульс с генератора Кроме того, внешние электромагнит импульсов через узел 5 синхрониза- ные шумы демпфируются в колебательции обеспечивает одновременную уста- ЗО ном контуре, не создавая существенныхТ новку формирователей 3 временных погрешностей в контроле границ разинтервалов в исходное состояние, дела сред. Временные флуктуации пара- обозначая начало формируемых времен- метров операционных усилителей в1ных интервалов. Переключение тригге- данной системе такие не являются ров формирователя 3 временных интер- критичными для работы всего предла 35валов определяется моментами времени гаемого устройства в целом., д. 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 7 ВНИИПИ Государ по делам иэо 113035, Москва3 По твенного комитета С ретений и открытий Ж, Раушская наб