Емкостный уровнемер для электропроводных сред

< 932253

Союз Советсккк

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) 3a>sлено 05. 06. 80 (2! ) 2978269/18-10 с присоеаннениеи заявки № (23) Приоритет (5! )IVL. Кл.

G 01 F 23/26

Гаоударотвеный коиктет

СССР оо делан изобретений и открытки

Опубликовано 30. 05. 82, Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 30. 05. 82 (53) УДК 681.128. . 63 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Н. Аксенов, T.B. Антонцева и А.И. Троегу

Научно-исследовательский институт теплоэне приборостроения "НИИТеплоприбор". (7I) Заявитель (54) ЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

СРЕД

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровня и может найти применение

В химической, горной и других отраслях промышленности.

Известен емкостной уровнемер для электропроводных сред, содержащий

Емкостной датчик, один электрод которого выполнен в виде покрытого изоляцией стержня или изолированного tO провода, а другим электродом является среда (11.

Однако такие приборы непригодны для контроля уровня вязких, дающих осадки сред. т5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесконтактный емкостной уровнемер для .электропроводных сред, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью материала параллельно ей, преобразователь емкости датчика в электрический сигнал и последовательно соединенный с ним усилитель.

Вторым электродом датчика в этом устройстве является сама среда или корпус сосуда $2).

Недостатком устройства является нелинейность выходной характеристики уровнемера, обусловленная тем, что выходной сигнал формируется про- порционально изменению емкости датчика, а зависимость емкости такого датчика от уровня нелинейна.

Цель изобретения - линериализация выходной характеоистики уоовнемера.

Указанная цель достигается тем, что, в уровнемер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью параллельно 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 дл гому 9 322 53 входу дифференциального усилителя, одним входом — к выходу дифференциального усилителя, другим входом к выходу преобразователя емкости в электрический сигнал.

На фиг. 1 представлена структурная схема уровнемера; на фиг. 2 статическая характеристика емкостного датчика; на фиг. 3 - принципиальная схема уровнемера; на фиг. 4 сигналы на выходе преобразователя и устройства умножения.

Уровнемер включает в себя датчик

1, выполненный в виде пластины, установленной над поверхностью среды, которая является вторым электродом.

EMKocTb такого датчика равна

«о

С5 — ) (1) где Со — начальная емкость датчика (при h=0);

h — текущее значение уровня;

Н вЂ” расстояние между пластиной и дном сосуда (нижним предельным значением уровня).

Изменение емкости датчика равно

Со И

LCg= — (2)

Из (1) и (2) следует, что зависимость Cg u b Cg от уровня нелинейна (фиг. 2), Датчик включен на вход преобразователя емкости в электрический сигнал 2, выходной сигнал которого пропорционален емкости датчика С, т.е.

UZ=K С 5 (3) где К - коэффициент передачи преобразователя 2.

Преобразователь подключен своим выходом к неинвертирующему входу усилителя 3 через резистивный делитель, а на другой вход делителя подключен источник постоянного опорного сигнала, равного Оод =К Со, так что на неинвертирующем входе устанавливается напряжение

u„= — " д С@. (4)

Одновременно выходной сигнал преобразователя 2 подается на один вход устройства умножения 4 на другой вход которого подключен выход усилителя 3.

Выходной сигнал устройства усилителя равный

U4=U15 )(Ê K4 Cg (5), где К4 - коэффициент передачи устройства умножения, подается на ин", вертирующий вход через делитель напряжения.

При большом коэффициенте усиления усилителя 3 (K 5 10 ) напряже- ние на его входах всегда практически равны, т.е. Он=0ц или

К,4

2 "В1х g (:g О) баб

10 откуда следует, что ОВЬх= — й. (" К С или с учетом значений С и д С -, (9) "ьь„ (H /K

Из (8) и (9) следует, что формирование сигнала, пропорционального отношению изменения емкости к ее значению, позволяет получить линейную зависимость выходного сигнала от уровня.

На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема такого устройства.

В качестве преобразователя емкости в электрический сигнал 2 используется широтно-импульсный модулятор, работающий в автоколебательном режиме и содержащий две RC-цепи, в одну из которых включен датчик Cg, причем

30 параметры одной цепи определяют длительность генерируемых импульсов, которая равна

4 2 4 К2 С (10) где К - коэффициент передачи данного преобразователя, а параметры второй цепи определяют интервал между импульсом, который постоянен и равен

"о = К С о (1! )

Выходной сигнал преобразователя представлен на фиг. 4а и б. При изменении емкости датчика меняется дли,тельность импульсов t и, соответственно период их следования, который авен

45 I

T=K2(Co+ С ) .

Широтно-импульсный сигнал такого преобразователя подается на неинвертирующий вход усилителя 3 через

5О фильтр, выделяющий постоянную составляющую этого сигнала, которая равна и- о

" ="о (12) где Uo - амплитуда импульсов на вы55 ходе преобразователя.

Одновременно сигнал с преобразователя подается на вход устройства

4 умножения, который в данном случае

5 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 3 (фиг. 4б). <а

Постоянная составляющая такого сигнала, выделяющаяся с помощью фильтра на инвертирующем входе усилителя, равна и

Ци "вью 1 (13)

При равенстве напряжений на входах усилителя 3, включенного в цепь обратной связи, напряжения на его входах равны, и., следовательно, его входное напряжение равно

"Вых="o ="о с =11он

t g-to ЬСФ h (14) т.е данное устройство обеспечивает у линейную выходную характеристику при измерении уровня электропроводных сред с помощью бесконтактного емкостного датчика.

Формула изобретения

Емкостный уровнемер для электропроводных сред, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью среды параллельно ей, преобразователь емкости датчика в электрический сигнал, подключенный входом к емкостному датчику, а выходом — к одному входу дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики уровнемера, в него дополнительно введено устройство умножения, подключенное своим выходом к другому входу дифференциального усилителя, одним входом - к выходу дифференциального усилителя, а другим входом - к выходу преобразо вателя емкости датчика в электрический сигнал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Колесников Н.В. и др. Контроль уровня жидкостей на судах. Л., "Судостроение", 1969, с. 92-93.

2. Патент ФРГ У 1248969, кл. 42 е 34, 1960 (прототип).

932253

Цо

Заказ 37 3/57 Тираж

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Т. Иноземцева

Редактор E Лушникова Техред А. Ач Корректор А. Гриценко