Резонансный уровнемер

(71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплекснойавтоматизации нефтяной и химической промьппленности(56) 1. Викторов В.А., Лункин Б.В.,Совлуков А.С. Высокочастотный методизмерения неэлектрических величин.И., "Наука", 1978.2. Астафьев А.А.Кияшев А,И.,Шаров В,А. Резонансный уровнемерэлектропроводных сред. - "Приборы исистемы управления", 1975, Ф 9,с. 26-28 (прототип).,(54)(57) РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем., выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным коммутирующим устройством и двумя клю.чами, при этом выход генератора счет. ных импульсов соединен с.первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьегоэлемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход вав программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, а выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делите.ля кодов.1 1163Изобретение относится к измерению неэлектрических величин и может быть использовано в высокочастотныхрезонансных уровнемерах электропроводных сред. 5Известны одноканальные резонансные уровнемеры, имеющие одноканальный первичный преобразователь, содержащий чувствительный элемент,выполненный в виде отрезка длинной 1 Олинии, и удлинительный эквивалент(понижающий рабочий диапазон частотпервичного преобразователя), выполненный в виде отрезка длинной линии,заполненной диэлектриком - диэлектри ческим изолятором (обычно в качествеудлинительного эквивалента используется удлинительный коаксиальныйрадиочастотный кабель) 11,Однако эти уровнемеры не обеспечива ют высокую точность измерения уровняпри температурных воздействиях окружающей среды и изменении свойств (диэлектрической проницаемости), газовой среды, заполняющей чувствительный элемент первичного преобразователя, а также при нестабильностипараметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю,так как при воздействии температуры вследствие температурного коэффициента расширения изменяется электрическая длина 1 э удлинительногоэквивалента, а также диэлектрическая проницаемость б з материалаизолятора удлинительного эквивалента вследствие температурногокоэффициента диэлектрической проницаемости, что также вызываетизменение электрической длины 3 з удлинительного эквивалента=665 з где 1 у - фактическая длина удлинительного эквивалента), а изменение свойств газовой среды (изме нение Е ) вызывает изменение электрической длины чувствительного элемента Р,. 6=6 Я где И- фактическая длина чувствительного элемента) первичного преобразовате ля, Нестабильность параметров внешних цепей приводит к нестабильности эквивалентного удлинения электрической длины первичного преобразователя. 55Изменение электрической длины первичного преобразователя при воздействиях температуры окружающей среды и изменение свойств газовойсреды и нестабильности параметроввнешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю, приводятк изменению резонансной частотыпервичного преобразователя (при отсутствии изменения уровня среды),а значит,к погрешности измеренияуровня,Таким образом, зти резонансныеуровнемеры инвариантны только кизменению свойств контролируемойсреды и не обеспечивают высокойточности измерения уровня при температурных воздействиях окружающейсреды и изменении свойств газовой среды.Наиболее близким техническимрешением к изобретению являетсяодноканальный резонансный уровнемер электропроводных сред, использующий выходную характеристику первичного преобразователя типа Т = Н)(где Т - период колебания ВЧ-автогенератора Н - измеряемый уровень),содержащий ВЧ-автогенератор свключенным в его частотозадающуюцепь первичнымпреобразователем,имеющим чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительныйэквивалент, выполненный в видеотрезка длинной линии, заполненной диэлектрическим изолятором:(удлиненный радиочастотный кабель), формирователь и устройствопреобразования периода колебанийВЧ-автогенератора в выходной сигнал 2 .Однако известный уровнемер обладает указанными недостатками и погрешностью измерения, связанной сизменением параметров ВЧ-автогенератора.Цель изобретения - повышение точности измерения уровня.3Поставленная цель достигаетсятем, что резонансный уровнемер, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепьпервичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии,и последовательно соединенные с нимформирователь и генератор счетныхимпульсов, дополнительно снабжентремя логическими элементами И,двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным коммутирующим устройством и двумя ключами,при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройст- ва соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, 10 выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа , выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счет. чика, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов. 30На чертеже показана блок-схема предлагаемого уровнемера.УРезонансный уровнемер содержит первичный преобразователь, состоящий из чувствительного элемента 1, вы полненного в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительного эквивалента 2, выполненного в виде отрезка длинной линии заполненного диэлектриком, ключи 3 и 4 коммута ции электрической длины первичного преобразователя, ВЧ-автогенератор 5, формирователь 6, генератор 7 счетных импульсов, программное коммутирующее устройство 8, логические 45 элементы И 9 - 11, реверсивные счет. чики 12 и 13 и делитель 14 кодов.Выход ключа 3 подключен к первичному преобразователю на стыке чувствительного элемента 1 с удлинительным эквивалентом 2, а выход ключа 4 к чувствительному элементу первичного преобразователя на опорном расстоянии 1 о от стыка удлинительного эквивалента 2 с чувствительным 5 элементом 1, Ключи 3 и 4 осуществлят короткое замыкание в первичном преобразователе при подачи на них сигналов с программного коммутирующего устройства (ПКУ) 8. (Конструктивно ключи 3 и 4 могут быть выполнены на ВЧ-диодах, на которые через развязывающие ВЧ-цепи подается управляющее напряжение смещения.При подаче прямого напряжения смещения диод открывается и замыкает первичный преобразователь, при подаче обратного напряжения смещения диод запирается, и первичный преобразователь размыкается. Конструктивно ключи 3 и 4 также могут быть выполнены на ВЧ-электромагнитных реле, управляемых постоянным то. ком.),Первичный преобразователь уровнемера имеет однородное волновое сопротивление,т.е. волновое сопротивление чувствительного элемента%, Фд з равно волновомусопротивлению Щ удлинительного эквивалента и имеетлинейные выходные характеристики типа Т = Ч (Н), где Т - период колебаний на резонансной частоте; Н - измеряемый уровень (0),Уровнемер работает следующимобразом.тИзменение уровня контролируемой среды вызывает изменение резонансной частоты первичного преобразователя, что, соответственно, вызывает изменение частоты колебаний ВЧ-автогенератора 5. В формирователе 6 производится формирование прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна периоду колебаний ВЧ-автогенератора 5. С выхода формирователя 6 прямоугоЛьные импульсы поступают на вход генератора 7 счетных импульсов и стробируют последовательность счетных импульсов, поступающих через логические элементы И 9 - 11 на реверсивные счетчики 12 и 13.Управление работой уровнемера осуществляется сигналами, подаваемыми с ПКУ 8 на входы логических элементов И 9 - 11 и ключей 3 и 4, Одновременно с управляющими сигналами с ПКУ 8 подаются синхронизирующие сигналы на формирователь 6.Процесс измерения состоит из трех тактов.В первом такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на,вход логического элемента И 9. Ключи 3 и 4 разомкнуты. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением 11 б 3151 6и ра вход оуииирования второгореверсивного счетчика 13 поступаютсчетные импульсы, число которыхравно(9) на выходе уровнемера формируется код, прямо пропорциональныйизмеряемому уровнюр которыйне зависит от длины 1 и диэлектрической проницаемости Г изолятора ф 0. удлинительного эквивалента, диэлектрической проницаемости ссреды,заполняющей чувствительный элементпервичного преобразователя, и отэквивалентного удлинения 1 з , создаф ваемого параметрами внешних цепей,подключаемых к первичному преобразо:вателю, чем достигается большаяточность измерения уровня. где п- коэффициент, равный 4 или2 при использовании четвертьволнового или полуволнового резонанса первичного преобразователясоответственно,1(с - скорость распространенияволны в свободном простран.стве,у - фактическая длина удлини- ф 0тельного эквивалента,- диэлектрическая проницае.Эмость изолятора удлинительного эквивалента,у - эквивалентное удлинениеИпервичного преобразователя,создаваемое параметрамивнешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю, 30о - опорная длина чувствительного элемента первичногопреобразователя,Ех - измеряемый уровень среды;бср, - диэлектрическая проницаемость газовой среды, заполняющей чувствительныйэлемент первичного преобразователя.На вход суммирования первого40реверсивного счетчика 12 поступаютсчетные импульсы, число которыхравно11 е Кл р (2)где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий количество счетных импульсов, приходящихся на единицу периода колебаний ВЧ-автогене"ратора 5.Во втором такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на входлогического элемента И 11 и ключ4. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением В третьем такте управляющий сигнал подается на вход логического элемента И 10 и ключ 3. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением и на входы вычитания реверсивныхсчетчиков 12 и 13 одновременно посту,пают импульсы в количестве й (б)Таким образом, в третьем тактев счетчиках 12 и 13 осуществляетсявычитание импульсов, записанных навходы вычитания, из импульсов,записанных на входы суммирования,По окончании третьего такта выходныекоды реверсивных счетчиков 12 и 13соответственно определяются величинамиЬр 1 и дйО,.з= М,- Й = 1 с(Т 1-1Ьй = й,-й,и (т,-Т,). В делителе 14 кодов происходит деление выходных кодов ЬМ 1 и 4 Н 2реверсивных счетчиков, и на выходе делителя 14 полученная цифра М оказывается прямо пропорциональной измеряемому уровню 6( и определяется выражением аи,., цт,-Ч Е.+Е(9)1(1 - -- 14 г-Э "Р -1 1 67Предлагаемый резонансныйуровнемер позволяет повыситьточность измерения уровня электропроводных сред за счет уменьшенияпогрешности измерения, связаннойс температурными воздействиями окСоставитель И. Некрасов едактор О. 1 Орковецкая. Техред.М.Пароцай Ктор А Тяс 703го комитетаи открытийаушская наб одпис Тираж осударственн ам изобретени сква, Ж, ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 4094/39 ВНИИПИ Г по дел 113035, Мо