Измеритель уровня

(11,735927

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6I) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 23.05.78 (2! ) 2619105/18-10 (51)М. Кл. („Ol F 23/26 с присоединением заявки J%—

Государственный комитет

СССР (23) П риоритет (53) УД К 681. 128..63(088. 8) до делам изабретений и еткрмтий

Опубликовано 25.05,80. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 30,05.80 (72) Авторы изобретения

Л. Л. Ермин, А. И. Мартяшин и В. Ф. Рябов

Пензенский политехнический институт (7I) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровня как неэлектропроводных, так и обладаюших проводимостью сред.

Известен электроемкостный уровнемер, 5 содержаший измерительный и комйенсационный емкостные датчики, преобразователь емкости и постоянное напряжение, усилитель постоянного тока и генератор

10 тактовых импульсов $1). Принцип его действия заключается в периодическом перезаряде импульсным напряжением емкостного делителя, образованного датчиком и опорным конденсатором, и преоб15 разование импульсного напряжения в постоянное.

Основным недостатком известного является ограниченность его возможностей, так как он имеет приемлемую точность только при контроле уровня неэлектропроводных жидкостей.

Наибоцее близким по технической сущности к предложенному явпяетсч электро2 емкостный уровнемер, содержаший изме- рительный и компенсационный датчики, операционный усилитель емкостной обратной связью, соединенный последовательно с нуль-органом, триггер, два переключателя и резистор Я.

Это устройство .характеризуется недос« таточной точностью и ограниченным диапазоном измерения.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены одновибратор, преобразователь частоты в напряжение, дифференциальный интегратор, инвертор и измеритель среднего значения напряжения, при этом датчики обшей обкладкой соединены с входом операционного усилителя, а выход нуль-органа соединен одновременно с входами триггера, одновибратора, управляюшим входом первого переключателя, раздельной обкладкой измерительного датчике и через последовательно соединенные преобразователь час927 4

t на выходе нуль-органа 3 скачком изменилось до значения 0 = Vo (см.фиг.2).

При этом напряжение на выходе усилителя 2 представляет суперпозицию следующих составляющих: где

1О си Q о. о ос

1)

В„С где

ОС

Резистор и выбирают меньше миниа

45 мвльного значения R, которое обычно известнО заранее, поэтому Up>(t ) в момент после включения убывает по экспоненциальной кривой. В момент равенства нулю напряжения 0о„(t ) меняется знак

$0 выходного напряжения на +О,и цикл пов-! торяется.

После момента включения питания напряжение на выходах интеграторе 9 начинает расти по абсолютной величийе по экспоненте с постоянной времени.с:= с„1„„+

+ пг11в и по мере приближенияОпчнк 1оп стремится к установившемуся значению

U><> которое соответствует заданной частоте < . Таким образом в схеме 3 735 тоты в напряжение, диффере1шивльнйй интегратор, переключатель и резистор с входом операционного усилителя, причем выход инвертора соединен с раздельной обкладкой компенсационного датчика, а выход одновибратора — с другим выходом триггера, выходом связанного с управляющим входом второго переключателя, через который выход операционного уси- лителя соединен с входом измерителя среднего значения.

На фиг. 1 приведена фуйкциональ-нвя схема предлагаемого измерителя уровня; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу. 15

Измеритель уровня содержит. измерительный емкостный датчик 1, эквивалентная схема которого представлена резисторами R и г,: характеризующими соот- . ветственно сквозную проводимость и по- 20 ляриэвционные потери, конденсаторами

Ср и См, характеризующими соответственно рэпаксационную и мгновенную поляризации в веществе, в также компенсационный емкостный датчик 1 с комп- 25 лексным сопротивлением 2К, зашунтированным резистором Ry, операционный усилитель 2, соединенный последователь- но с нуль-органом 3, триггер 4, переключатели 5 и 6, одновибратор 7, пре- 30 образователь 8 частоты в напряжение, дифференциальный интегратор 9, инвертор 10 и измеритепь 11 среднего значения напряжения.

/ 35

Датчики 1 и 1 общей обкладкой сое- динены с входом усилителя 2, а выход нуль-органа 3 соединен одновременно с входами триггера 4, одновибрвтора 7, . управляющим входом переключателя 6) 40 раздельной обкладкой измерительного датчика 1 и через последовательно соединенные преобразователь 8 частоты в напряжение, дифференциальный интегратор 9 и резистор Р 1 с входом усилителя

2. Причем выход инвертора 10 соединен с раздельной обкладкой компенсационного датчика 1, а выход одновибратора 7 — с другим входом триггера 4, феодом-связанного с управляющим аходом второго переключателя 5, через который выход усилителя 2 соединен с входом измерителя 11 среднего значения напряжения.

Измеритель уровня работает следующим образом. Схема является автогенереторной, и колебвтэпьный режим наступает при включении напряжения питания.

Пусть в момент включения напряжение :К

2, )р gp -1хк С Ua о о с t U СР= о сР 2 2Π— напряжение обратной связи, снимаемое с выходов дифференциального интегратора 9 через переключатель 6

U — напряжение на выходе преобразо11чн вателя частоты в напряжение 8

7д - постоянная времени дифференциального интегратора 9.

Эквивапентная схема компенсационного датчика совершенно идентична эквивалентной схеме измерительного датчика и поэтому в дальнейшем опускаются полные выкладки, относящиеся к компенсационному датчику, и приводятся только имеющие значение параметры с учетом их знака помеченные индексом "к . 735927 6

40 откуда ОАЬ поддерживается постоянная частота колебаний (То = const).

Частоту Д „выбирают из условия

1, > T4 )> CP необходимого для устранения влияния ре- 5 зистора g поляризационных потерь. При выполнении этого условия экспоненциальная составляющая напряжения на выходе усилителя 2 (Ucp) при 1 ) Т„ с достаточной степенью точности достигает установившегося значения, равного (cM. фиг.2)

Ср )ср С o . о и влиянием ф можно пренебречь, Таким образом при выполнении указан-, 15 ного условия отрезок МВ,с достаточной степенью точности можно полагать пря мой линией, описываемой на этом участке

: выражением ос

-Я вЂ” С

4 О ,д,, C = С1,+ СрПодставив в это выражен о

%. ие = О, получает значение U „(t) в точке О,т.е. длину отрезка ОА — стороны нового треугольника ОАВ, равную о () и что важно не зависящую от R. °

Э Э

Треугольники ОАВ и NNB подобны.

Известно, что площади подобных фигур пропорциональны квадратам сходственых сторон

Выражая последнее тождество через электрические параметры, получают (с -с" с -c.

IC (4 1-„ -С

2Ло Со о=

Таким образом, измеряя вольт-ceKyw1ную площадь треугольников измерителем

11 среднего значения в установившемся режиме, получают значение суммарной поляризационной емкости, линейно зависящей от уровня контролируемого вещества и не зависящей от значений I u R имеющих сильную зависимость от химического состава, загрязненности, температуры и других свойств вещества.

Формула изобретения

Измеритель уровня, содержащий измерительный и компенсационный датчики,, операционный усилитель с емкостной обратнойсвязью,соединенный последовательно с нуль-органом, триггер,два переключателя и резистор,отличающийся тем, что, .с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него введены одновибратор, преобразователь частоты в напряжение, дифференциальный интегратор, инвертор и измеритель среднего значения напряжения, при этом датчики общей обкладкой соединены с входом операционного усилителя, а выход нуль-органа соединен с входами триггера, одновибратора, управляющим входом первого переяпочателя, раздельной обкладкой измерительного датчиКа и через последовательно соединенные преобразователь частоты в напряжение, дифференциальный интегратор, первый переключатель и резистор с входом операционного усилителя, прячем выход инвертора соединен с раздельной обкладкой компенсационного датчика, а выход одновибратора — с другим входом триггера, выходом соединенного с управ ляющим входом второго переключателя, через который выход оп ерационного усилителя соединен с входом измерителя среднего значения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 435459, кл. 6 01 F 23/26, 1974.

2. Авторское свидетельство:СССР

hh 573721, кл. С, 01 F 23/26, 1976 (прототип), 735927

8ari. ануе ор 5 дьи. одно1 7

See

OCPC%4

ЦПИИПИ Заказ 2412/33 Тираж 801 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектняи, 4