Емкостный уровнемер для электропроводных сред

и 932253 Союз СоветскккСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУоо делан изобретений и открытии(72) Авторы изобретения Троег енов,нтонцев аучно-исследовательскии институт теплоэне приборостроения "НИИТеплоприбор" 71) Заявител КОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СРЕД зобретение относгение, а именно к сякп стройс м конта чи атэких, дающи т 5 роля уровня и может наити применеВ химической, горной и других отр слях промышленности.Известен емкостной уровнемер дляэлектропроводных сред, содержащийЕмкостной датчик, один электрод которого выполнен в виде покрытого изоляцией стержня или изолированногопровода, а другим электродом является среда 11,Однако такие приборы непригодныдля контроля уровня вя хосадки сред,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсябесконтактный емкостной уровнемердля .электропроводных сред, содержащий емкостный датчик, выполненный ввиде пластины и установленный над поверхностью материала параллельн ей, преобразователь емкости датчик в электрический сигнал и последова тельно соединенный с ним усилитель.Вторым электродом датчика в этомустройстве является сама среда иликорпус сосуда 2,Недостатком устройства являетсянелинейность выходной характеристики уровнемера, обусловленная тем,что выходной сигнал формируется про-порционально изменению емкости датка, а зависимость емкости такого дчика от уровня нелинейна.Цель изобретения - линериализациявыходной характеоистики уоовнемера.Указанная цель достигается тем,что, в уровнемер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностьпараллельно ей, преобразователь емкости в электрический сигнал, подключенный входом к емкостному датчику, а выходом к одному входу дифференциального усилителя, введено дополнительное устройство умножения,подключенное своим выходом к длгомувходу дифференциального усилителя,одним входом - к выходу дифференциального усилителя, другим входомк выходу преобразователя емкости вэлектрический сигнал.На фиг. 1 представлена структурная схема уровнемера; на фиг. 2статическая характеристика емкостного датчика; на фиг, 3 - принципиальная схема уровнемера; на фиг, 4сигналы на выходе преобразователяи устройства умножения.Уровнемер включает в себя датчик1, выполненный в виде пластины, установленной над поверхностью среды,которая является вторым электродом,Емкость такого датчика равнаСоС,5:,(1)где Со - начальная емкость датчика(при В=О);Ь - текущее значение уровня;Н - расстояние между пластинойи дном сосуда (нижним предельным значением уровня),Изменение емкости датчика равноСо И- (2)Из (1) и (2) следует, что зависимость Су и Дсц от уровня нелинейна (фиг. 2),Датчик включен на вход преобразователя емкости в электрический сигнал 2, выходной сигнал которого пропорционален емкости датчика С, т.е.Ог-Кг С 5, (3)где К - коэффициент передачи преобразователя 2.Преобразователь подключен своимвыходом к неинвертирующему входу усилителя 3 через резистивный делитель,а на другой вход делителя подключенисточник постоянного опорного сигнала, равного О=К 2 Со, так что нанеинвертирующем входе устанавливается напряжение0: - " д с;. (4)Одновременно выходной сигналпреобразователя 2 подается на одинвход устройства умножения 4 на другой вход которого подключен выходусилителя 3.Выходной сигнал устройства усилителя равный04=Оных К 2 К 4 Сф (5),где К 4 - коэффициент передачи устройства умножения, подается на ин",вертирующий вход через делитель напряжения,При большом коэффициенте усиления усилителя 3 (К 5 10 ) напряже- ние на его входах всегда практически равны, т,е. Он=Оц или 1(, 4ЬС=Овых 2 С (7)ВДСб1 о откуда следует, что О = - дг. (8)" К Сили с учетом значений С и д с, (9)ць "/Н/,Из (8) и (9) следует, что формирование сигнала, пропорционального отношению изменения емкости к ее значению, позволяет получить линейнуюзависимость выходного сигнала от о уровня.На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема такогоустройства.В качестве преобразователя емкости в электрический сигнал 2 используется широтно-импульсный модулятор,работающий в автоколебательном режиме и содержащий две ВС-цепи, в однуиз которых включен датчик С, причем Зо параметры одной цепи определяютдлительность генерируемых импульсов,которая равна4 24 К 2 С(10)где К - коэффициент передачи данного преобразователя, а параметры второй цепи определяют интервал междуимпульсом, который постоянен и равене,=к, с,. (1)Выходной сигнал преобразователя представлен на фиг. 4 а и б, При изменении емкости датчика меняется дли,тельность импульсов 1 и и, соответственно период их следования, который авен45т:К(СоС).Широтно-импульсный сигнал такогопреобразователя подается на неинвертирующий вход усилителя 3 через 5 Офильтр, выделяющий постоянную составляющую этого сигнала, котораяравнаи- оОн=Оо 1" (12)где Оо - амплитуда импульсов на вы ходе преобразователя.Одновременно сигнал с преобразователя подается на вход устройства 4 умножения, который в данном случае5 9322 может быть выполнен в виде управляемого ключа с инвертором на входе, Цепь питания ключа подключена к выходу усилителя 3.Выходной сигнал устройства 4 умножения представляет собой последовательность положительных импульсов той же длительности, но имеющих амплитуду равную выходному напряжению усилителя 7 (фиг. 4 б). еПостоянная составляющая такого сигнала, выделяющаяся с помощью фильтра на инвертирующем входе усилителя, равна,иЦи "выем(13)При равенстве напряжений на входах усилителя 3, включенного в цепь обратной связи, напряжения на его входах равны, и, следовательно, его входное напряжение равно(14) т.е данное устройство обеспечивает 2 з линейную выходную характеристику при измерении уровня электропроводных сред с помощью бесконтактного емкостного датчика. 6 Формула изобретенияЕмкостный уровнемер для электропроводных сред, содержащий емкостныйдатчик, выполненный в виде пластиныи установленный над поверхностьюсреды параллельно ей, преобразователь емкости датчика в электрический сигнал, подключенный входом кемкостному датчику, а выходом - кодному входу дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью линеаризации выходной характеристики уровнемера, внего дополнительно введено устройство умножения, подключенное своимвыходом к другому входу дифференциального усилителя, одним входом - к выходу дифференциального усилителя, адругим входом - к выходу преобразователя емкости датчика в электрический сигнал.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Колесников Н.В. и др. Контрольуровня жидкостей на судах. Л., "Судостроение", 1969, с. 92-93.2. Патент ФРГ У 1248969,кл. 42 е 34, 1960 (прототип).у 32253 С, Сд Ср Са у .Ю о 4 д г.Г гПодписное Заказ 37 3/57 Тираж 7 8 НИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушск