Уровнемер для электропроводных жидкостей (его варианты)

(54) УРОВНЕМЕ ЖИДКОСТЕЙ (Е (57) Изобрет приборострое зовано для к ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХВАРИАНТЫ) ие относится к областия и может быть испольтроля уровня электроГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) АвторскоР 418738, кл проводных химических продуктов и планов. Цель изобретения - линеаризация зависимости выходного сигналаот уровня жидкости и повышение чувствительности уровнемера. При какомто определенном уровне жидкости 6мост 12 с помощью подстроечной катушки индуктивности 15 и переменногорезистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяетсядлина короткозамкнутого (КЗ) витка,образованного измерительными электродами 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6, что,приводит к изменениювносимых из КЗ витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного сопро1237913 тивлений. При этом изменяется индуктивное сопротивление обмотки 1 датчика, так как при изменении уровня жидкости 6 изменяется сопротивлениецепи, состоящей из источника тока 11,обмотки 9, электрода 8, жидкостногопромежутка между электродом 8 и измерительным электродом 3, электрода3 и переменного резистора 18, исоответственно ток, проходящий поэтой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода (М) 2. При повышении уровня жидкости 6 уменьшается 1Изобретение относится к приборостроению, может быть использованодля контроля уровня электропроводныххимических продуктов и плавов и является дополнительным к основному поавт. св, 9 418739,Целью изобретения является линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышениечувствительности устройства.На фиг. 1 схематически представлен уровнемер, общий вид; на фиг.2 -электрическая схема уровнемера; нафиг. 3 - то же, что на фиг, 1, вариант; на фиг. 4 - то же, что на фиг.2,вариант; на фиг. 5 - типичное распределение плотности тока между электродами,Уровнемер по первому варианту(фиг. 1 и 2) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 1 которого размещена на О-образном магнитопроводе2, пары измерительных электродов 3и 4, опущенных в сосуд 5 на глубинуконтролируемого уровня, один из которых (электрод 3) расположен снаружи датчика и может быть замещен электропроводной стенкой емкости, а другой (электрод 4) проходит через внутреннее окно магнитопровода 2, причемконцы электродов 3 и 4, находящиесявне контролируемой жидкости 6, электрически соединены между собой проводником 7, Дополнительный электрод8 опущен в сосуд 5 также на глубинуконтролируемого уровня. Источникмагнитного поля выполнен в виде обдлина КЗ витка, увеличццаетс ц токчерез обмотку 9, увеличивается степень подмагцичивация М 2 и уменьшается индуктивность сопротивленияобмотки 1 датчика; последняя теперьзависит одновременно от величинысопротивления КЗ витка и степениподмагничивания М 2. Этим достигается усиление сигнала на выходе моста 12. Представлены варианты устройства. Изобретение дополнительноек авт. св. У 418738. 2 с, и 1 з.п.ф-лы, 5 ил. 2мотки 9 на П-образном сердечнике 10,подключенном к источнику 11 питанияпоследовательно с электродом 3 идополнительным электродом 8. Магнитное поле должно быть ориентировановдоль плоскости магнитопровода 2датчика. Дополцительньп электрод 8может проходит как через внутреннееокно магнитопровода 2, так и вне его, 10 Обмотка 1 датчика включена в одноиз плеч моста 12, в другое плечо которого для температурной компенсациивключена обмотка 13, идентичная обмотке 1 и расположенная на таком же 15 О-образном магнитопроводе (не показан), расположенном на крышке сосуда 5 или вблизи него. В диагональмоста 12 включен индикатор 14 уровня. Для балансировки моста 12 имеет О ся подстроечная катушка 15 индуктивности и переменный резистор 16, подключенный к витку 17, охватывающемуобмотку 13, С помощью переменногорезистора 18 устанавливается ток че рез обмотку 9 подмагничивания магнитопровода 2, Электроды 3 и 4, жидкость между ними и проводник 7 образуют короткозамкнутый виток.Электроды 4 и 8 выполнены из Зо проволоки с высоким электрическимсопротивлением, например из константана.Уровцемер работает следующимобразом.Изменение длины короткозамкнутого витка при изменении уровня приводит к изменению его активного иоходя серде актив я ток,ичивани ожев Х ника,ого обмотке подм определяется еличинами ьного эле лни сопротивления трода К , и с ного промежут 25 ,вания равен гд противлением жи а К . Ток подма кост ничи и и к+К е корокладыения К -К у лс ивлен ное с апряжеия; источника питани опротивление ого электрод лнительдамиф:1. ныление короткоза прот го в ка;опротивление обмотк полноедатчика ижнем или верх- уровня жидкос- измерительный пр жени ког нем пол ти, т.е мост сб рован;нения л ного зм еличи укобмоткика сопротивлен атч ив ног на пряже ни и этом выходное ределяется выраж нием т 45 ков трансания. овня жидкосо это увеливления носит При какоммост 12 с пом ки 15 индукти 5 резистора 16 уровне жидкости 6ью подстроечной кат как по дкости плот тной промеж ределяется нен длина максимальна ованно индуктивного сопротивлений и полного сопротивления датчика, котороеимеет вид Е=(К +К )+(Х-Х )=Е - Е,активное сопротивление обмотки датчика; реактивное (индуктивное) сопротивление обмотки датчика; вносимые из короткозамкнутого витка активное и реактивное сопротивления, которые соответственно равны(К +В. );выЦ 2 коэффициент взаимоинду между обмоткой датчика роткозамкнутым витком; козамкнутого витка,вающееся из сопротивлэлектродов и сопротижидкости между электреактивное (индуктив де К= в- отношение4,форматора По мере повьппения ур ти увеличивается К. чение вносимого сопрот нелинейньп характер, т ре увеличения уровня жи ность тока через жидко ток по его сечению рас неравномерно, при этом плотность тока сохраняется около поверхности жидкости. Чем выше уровень,тем больше в сумме (К +К ) влияниевторого члена (К ), так как по мереувеличения уровня скорость его уменьшения падает, а первый член (К,) помере повышения уровня линейно уменьшается,Изменение вносимого реактивногосопротивления в значительной степениносит линейный характер, так как онов основном определяется линейным изменением индуктивности короткозамкнутогб витка 1кЬвТаким образом, нелинейность выходного сигнала определяется преимущественно нелинейностью изменения вносимого активного сопротивлени Описанный характер изменения сопротивления жидкостного промежутка5 между дополнительным и однимиз измерительных электродов сохраняетсяи по мере повьппения уровня жидкостИскорость увеличения уменьшается. Безкороткозамкнутого витка скорость из 0 менения выходного сигнала с измерительного моста тоже уменьшалась бы,так как индуктивность датчика изменяется пропорционально изменению тока подмагничивания 1.,При одновременном воздействии наиндуктивный датчик короткозамкнутого витка и тока подмагничивания выходной сигнал моста линеаризуется.Одновременно благодаря действию магО нитного усилителя повышается чувствительность уровнемера. вности и переменногобалансируется. При изуровня жидкости 6 изменяетроткозамкнутого витка, обро измерительными электрода12375ми 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6 между электродами 3 и 4, чтоприводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в обмотку 1датчика активного Ки индуктивного5Хсопротивлений. При этом изменяется и индуктивное сопротивление Х самой обмотки 1, так как при измененииуровня жидкости 6 изменяется сопротивление цепи, состоящее нз источника 11 тока, обмотки 9, дополнительного электрода 8, жидкостного промежутка между дополнительным 8 и измерительным 3 электродами, электрода 3и переменного резистора 18 а такжеток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода,При повышении уровня жидкости 6уменьшается длина короткозамкнутоговитка и увеличиваются вносимые индуктивное Х , и активное Есопротивления. Одновременно увеличиваютсяток через обмотку 9 и степень подмагничивания магнитопровода 2 иуменьшается индуктивность 1 датчика.В выражении для Е одновременно уменьшается значение индуктивного сопротивления обмотки 1 датчика и увеличивается значение вносимого в обмотку 1 индуктивного сопротивления Хвниз короткозамкнутого витка. Индуктивность обмотки 1 теперь зависитодновременно от величины сопротивления короткозамкнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 2, Этим достигается усиление сиг 35нала на выходе моста 12. Одновременно линеаризуется зависимость выходного сигнала датчика от величиныуровня, так как направления изменения скоростей выходного сигнала навыходе моста 12 от изменения длиныэлектродов 3 и 4 короткоэамкнутоговитка и от изменения тока подмагничивания 1 при изменении длины дополнительного электрода 8 взаимно противоположны,Уровнемер по второму варианту(фиг, 3 и 4) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 19 которого50размещена на О-образном магнитопроводе 20, пары измерительных электродов 21 и 22, опущенных в сосуд 23на глубину контролируемого уровняжидкости 24, один из которых (электрод 21) расположен снаружи датчика н может быть заменен электропроводной стенкой емкости 23, а другой(электрод 22) проходит через внутрен 913ьнее окно магнитопровода 20, Источник магнитного поля выполнен в виде обмотки 25 на П-образном сердечнике 26, которая подключена к источнику 27 пи - тания последовательно с электродами 21 и 22, причем концы электродов 21 и 22, находящиеся вне жидкости 24, соединены конденсатором 28. Магнитноеполе сердечника ориентировано вдоль плоскости магнитопровода 20. Обмотка 19 датчика включена в одно из плеч моста 29, в другое плечо которого для температурной компенсации включена обмотка 30, идентичная обмотке 19 ирасположенная на таком же 0-образном магнитопроводе (не показан), находящемся на крышке сосуда или вблизи него. В выходную диагональ моста 29 включен индикатор 3 1 уровня, Для балансировки моста 29 имеется подстроечная катушка 32 индуктивности и переменный резистор 33, подключенный к витку 34, охватывающему обмотку 30. С помощью пере - менного резистора 35 устанавливается ток через обмотку подмагничивания 25.В данном варианте электрод 22 должен обязательно проходить через внутреннее окно магнитопровода 20 для создания на нем короткозамкнутого витка. Так же, как и в первом ваарианте, электрод 22 выполнен из материала с высоким электрическим сопротивлением. Выполнение одного или обоих электродов из материала с высоким сопротивлением позволяет расширигь диапазон контролиуремых жидкостей в сторону малых значений их проводимостей.Этот уровнемер работает так же, как уровнемер по первому варианту.При каком-то уровне жидкости 24 мост 29 с помощью подстроечной катушки 32 индуктивности и переменного резистора 33 балансируется. При изменении уровня контролируемой жидкости изменяется длина коротко- замкнутого витка, образованного элек; тродами 21 и 22, конденсатором 28 и жидкостью 24 между электродами 21 н 22, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в обмотку 19 датчика активного К ивн индуктивного Хсопротивлений, При этом изменяется и индуктивное сопротивление Х самой обмотки 19, таккак при изменении уровня жидкости 24 изменяется сопротивление цепи подмаг 1237913ничивания, состоящей из источника27 тока, обмотки 25, электрода 22,жидкостного промежутка между электродами 22 и 21, электрода 21 ипеременного резистора 35, а такжеток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода 20. При повышении уровня жидкости 24 уменьшается длина короткозамкнутого .витка и увеличиваются вносимые индуктивное Х и активное КВнсопротивления, Одновременно увеличивается ток через обмотку 25, увеличивается степень подмагничиваниямагнитопровода 20, уменьшаются его 15магнитная проницаемость и индуктивность обмотки 9 датчика. В выражении для Е одновременно уменьшаетсязначение индуктивного сопротивления Х обмотки 19 датчика и увеличивается значение вносимого в обмотку 19 со знаком минус индуктивногосопротивления Х. Индуктивность обмотки 19 датчика зависит одновременно от величины сопротивления короткозамкнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 20.Одновременно с увеличением изменения выходного сигнала достигаетсяего линеаризация, так как направления изменения скоростей выходногосигнала на выходе моста 29 от изменения длины электродов 21 и 22, образующих короткозамкнутый виток, идлины тех же электродов, образующихцепь подмагничивания обмотки 25,взаимно противоположны при изменениидлины погруженных в жидкость частейэлектродов,Для уменьшения погрешности от поляризации в качестве. источников11 и 27 тока использованы генераторыразнополярных импульсов, Длительность импульсов может в десятки и сотни раз превышать период колебаний источника переменного тока, к которому подключены измерительные мосты 12 и 29.Формула из.обретения1. Уровнемер для электропроводных жидкостей по авт. св, У 418738, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измеряемого уровня и йовышения чувствительности, уровнемер снабжен дополнительным электродом, опущенным в сосуд на глубину измеряемого уровня, источником питания и сердечником, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, с обмоткой подмагничивания, одним концом соединенной с дополнительным электродом, а другим подключенной к первой клемме источника питания, вторая клемма которого соединена с общей точкой пары измерительных электродов2. Уровнемер для электроприводных жидкостей по авт. св, У 418738, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнзла от измеряемого уровня и повышения чувствительности, уровнемер снабжен последовательно соединенными источником питания, обмоткой подмагничивания сердечника, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, и конден-. сатором, включенным между верхними концами пары измерительных электродов,3. Уровнемер по пп.1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что источник питания выполнен в виде генератора разнополярных импульсов.