Емкостный компенсационный уровнемер
Использование: в геофизических и метеорологических исследованиях. Сущность изобретения: осуществляется выведение в зону исследований стабилизированной вращением ракеты (1) с генератором реагента
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 F 23/26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/
t йх
f;
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4861340/10 (22) 22.06.90 (46) 23.09.92; Бюл. ¹ 35 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) Г.З,Солганик (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1538055, кл. G 01 F 23/26, 1990. (54) ЕМКОСТНЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ
YPOBHEMEP (57) Использование: в геофизических и метеорологических исследованиях, Сущность изобретения: осуществляется выведение в зону исследований стабилизированной вращением ракеты (1) с генератором реагента (12), ориентируя ее ось в пределах угла процессии, не превышающего угла обзора приборов, установленных на ней, генератор с реагентом раскручивают со скоростью, обеспечивающей такой же угол процессии, Реагент инициируют беспрерывно на восходящей ветви траектории полета генератора, постоянно стабилизируя при этом расстояние между ракетой и генератором, 1 ил. (Л
С. ! (л)
QO
1763897
55
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей.
Известен емкостной компенсационный датчик уровня (1), содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор, прсобразователь емкости в напряжение и синхронный детектор. Недостатком известного устройства является влияние линии связи на точность измерения и невозможность использования для измерения сред с высокой проводимостью, Наиболее близким по технической сущности является датчик уровня, содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор высокой частоты. модулятор, измерительный и компенсационный преобразователи емкости в напряжение, две схемы вычитания и схему сравнения (2), Недостатком известного датчика уровня является невозможность его использования для измерения сред с высокой проводимостью, так как при этом возникают малые сопротивления электродов, измерительного и компенсационного конденсаторов относительно корпуса, В этом случае для увеличения добротности конденсаторов целесообразно использовать их с диэлектрическим покрытием электрода. Но в известном датчике уровня это не решит проблему, так как при дальнейшем увеличении проводимости он просто теряет работоспособность. Кроме того надежность измерения неэлектропроводных сред с и роводящими включениями в известном приборе низки.
Целью изобретения является повышение надежности и расширение области измеряемых сред, те. как с малой, так и с высокой электропроводностью.
Поставленная цель достигается тем, что емкостной компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с корпусом, генератор высокой частоты, модулятор, измерительный и компенсационный операционные усилители, два блока вычитания, блок сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока вычитания, выход блока сравнения подключен к уп равляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного one20
50 рационного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к прямым входам соответствующих операционных усилителей.
Сущность предлагаемого устройства поясняется функциональной схемой на чертеже, Устройство включает в себя емкостной чувствительный элемент 1, содержащий измерительную часть 1а и компенсационную
1б, измерительный операционный усилитель 2 и компенсационный 3, первую схему вычитания 4, повторитель напряжения 5, модулятор 6, высокочастотный генератор 7, схему сравнения 8 и источник опорного сигнала 9, вторую схему вычитания 10.
Компенсационная часть чувствительного элемента 16 располагается ниже диапазона измерения, а измерительная 1а вдоль диапазона измерения, Обе части чувствительного элемента имеют общий электрод, подключенный к корпусу аппарата, Потенциальный электрод чувствительного элемента 16 подключается к измерительной схеме с помощью провода с двойным экраном, Внутренний экран подключается к выходу повторителя напряжения 5, от наружной — к корпусу аппарата.
Управляющий вход модулятора 6 связан с высокочастотным генератором 7. Своим сигнальным входом он связан с выходом схемы сравнения 8, а выходом — с прямыми входами операционных усилителей 2 и 3.
Инверсный вход операционного усилителя
3 связан с входом повторителя напряжения
5, а его выход — с одним из входов схемы вычитания 10, выход которой связан с входом сравнения 8. Выход схемы сравнения 8 подключен к входам схем вычитания 4 и 10, Выход измерительного операционного усилителя 2 связан с входом схемы вычитания
4.
Испульсный сигнал с генератора 7 поступает на вход модулятора 6, С выхода модулятора 6 поступает импульсный сигнал амплитуда которого жестко связана с постоянным напряжением на выходе схемы сравнения 8. Амплитуда импульсных сигналов сформированных операционными усилителями 2 и 3 определяются, с одной стороны, значениями емкостей чувствительного элементов 1а и 1б, а с другой — амплитудой импульса с выхода модулятора 6, Равенство напряжений на входе и выходе повторителя
1763897
5 дает воэможность исключить влияние кабеля от чувствительного элемента 16. На схеме вычитания 10 из амплитуды импульсов с преобразователя 3 вычитается величина амплитуды, соответствующ ая емкости
"пустой" части чувствительного элемента
16, а на схеме вычитания 4 — сигнал, соответствующий емкости "пустого" чувствительного элемента 1а. Сигнал на выходе устройства 4 является мерой уровня.
Первичным сигналом, характеризую.щим уровень, является изменение емкости чувствительного элемента. В зависимости оттого является ли среда электропроводной или неэлектропроводной, используются соответственно чувствительные элементы с изолирующим покрытием электрода и без изолирующего покрытия, В первом случае емкость измерительной части 1а. определяется выражением
Си = Соп1 (1 + (— 1} — ), (1)
Соп1 а во втором
С=Соп(1+ (8 — 1) — ), ( ( (2) где C> — емкость измерительной части чувствительного элемента;
Соп1 — НаЧаЛЬНаЯ ЧаСтЬ ЕМКОСТИ ЧУВСтВИтельного элемента;
C« — начальная емкость чувствительного элемента;
Си — погонная емкость изоляции электрода;
i — значение уровня; е — диэлектрическая проницаемость измеряемой среды;
L — диапазон измерения.
Как видно из выражений (1) и (2) они очень близки, но при измерении неэлектропроводных сред изменение емкости линейно связаны с относительно неизвестной величиной. В связи с этим возникает необходимость при.измерении уровня неэлектропроводных сред нейтрализовать влияние диэлектрической проницаемости..
Входной сигнал датчика определяется выражением
0BblX = (Uz 08) К4, ® где Uz, 08 — выходные сигналы соответствующих блоков;
К4 — коэффициент передачи блока (4) u o=ua к о ((+ С"+ф"- " — к,— )
Сак (4)
На входах устройства сравнения (8) при достаточно большом коэффициенте его передачи выполняется соотношение 01p= Uon, если ввести требование обеспечить соотноСок шение (1 + ) K6 = 1 то значение сигнала
Сак на выходе устройства сравнения (8) приобретает вид
Uîï Сак К6
08 —, . (5)
Cî,ê(Я-1) K1P где Сок — начальная емкость компенсационной части чувствительного элемента;
К6, K1p — коэффициенты передачи соответствующих блоков
Соп (8 ")—!
02= 08 К6(1+ + ) (6) Сап Can
Введя соотношение (1+ ") К6 = 1 с ак учетом выражений (3) и (6) определяется значение выходного сигнала.
0вых = Uon (7)
Can К10 L
Выходной сигнал уровнемера не содержит параметров, характеризующих свойства жидкости, т,е. он независим от них.
Дестабилизирующее действие линии связи от измерительной схемы и компенсационной части чувствительного элемента (16) устраняется благодаря включению внутреннего экрана на выход повторителя напряжения (5), так что емкость между жилой кабеля и внутренним экраном обесточена, т.е. нейтрализована. Емкость между внутренним и наружным экранами оказывается включенной параллельно выходу повторителя напряжения (3). Линия связи не оказывает влияния на процесс в преобразовании в устройстве.
Формула изобретения
Емкостный компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с корпусом, генератор высокой частоты, модулятор. измерительный и компенсационный операционные усилители, два блока вычитания, блок сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока вычитания, выход блока сравнения подключен к управляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения путем обеспечения возможности контроля уровня жидкостей любой электропроводности, он дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими
1763897
Составитель Г,Солганик
Техред М.Моргентал Корректор З,Салко
Редактор
Заказ 3450 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к
5 прямым входам соответствующих операционных усилителей.
