ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 1998 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к бесконтактным средствам измерения уровня различных физических сред и может быть применено в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Известен сигнализатор уровня, содержащий автогенератор, в колебательный контур которого включен емкостный датчик, основанный на явлении срыва колебаний автогенератора при подходе среды к датчику [1]
Устройство обладает дискретностью измерения уровня, и, следовательно, имеет ограниченную область применения. Использование в качестве чувствительного элемента емкостного датчика предопределяет малую ширину зоны чувствительности.

Известен датчик высокочастотного сигнализатора уровня, представляющий собой высокочастотный параллельный резонансный контур, составленный индуктивностью и емкостью, сосредоточенными соответственно в катушке индуктивности на фторопластовом каркасе и воздушном конденсаторе [2]
Достоинством этого устройства является непрерывность измерения уровня. Выходным сигналом устройства служит резонансная частота датчика.

К недостаткам датчика высокочастотного сигнализатора уровня следует отнести непосредственное подключение измерительной схемы к колебательному контуру. Такое исполнение влечет за собой влияние последующих каскадов на работу датчика, что приводит к погрешностям в измерениях. Малая ширина зоны чувствительности не обеспечивает безошибочного измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела.

Наиболее близким по совокупности признаков является автогенераторное реле уровня воды, содержащее автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным контуром, соединенным с кондуктометрическим чувствительным элементом в виде металлического штыря, расположенного в резервуаре и погруженного в контролируемую среду [3] Один вывод кондуктометрического чувствительного элемента подсоединен к обкладке конденсатора, а второй через воду к стенке резервуара, электрически соединенной с общей шиной устройства. Выход автогенератора через буферный каскад подсоединен к входам двух реле, включенных параллельно и настроенных на различные частоты срабатывания, которые подключены к входу исполнительного органа.

Устройство основано на измерении электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, а именно, активного сопротивления последовательной цепи штырь корпус резервуара, в зависимости от уровня измеряемой воды. Изменение уровня в резервуаре преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора.

Однако область применения известного уровнемера ограничена непосредственным контактом чувствительного элемента с измеряемой средой и электрической связью автогенератора с вторичной аппаратуры, что не позволит проводить измерения агрессивных сред и затрудняет использование устройства в труднодоступных для расположения аппаратуры и проводов местах. Применение чувствительного элемента, состoящего из металлического штыря, погруженного в контролируемую среду, и токопроводящего корпуса резервуара, делает устройство непригодным для измерения уровня сыпучих материалов.

Изобретение предназначено для решения задачи бесконтактного измерения уровня различных физической сред, включая агрессивные и сыпучие, с радиоволновой передачей информации во вторичную аппаратуру, и при его осуществлении достигается дистанционный бесконтактный контроль уровня, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.

Задача решается тем, что в известном автогенераторном реле уровня воды, содержащим автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, соединенным с чувствительным элементом, отличительным признаком является то, что он снабжен приемным устройством, состоящим из приемной антенны, смесителя, кварцевого гетеродина, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, а чувствительный элемент выполнен в виде передающей антенны, причем приемная антенна подключена к входу смесителя, ко второму входу которого подключен выход кварцевого гетеродина, а выход смесителя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен ко входу усилителя низкой частоты, соединенного своим выходом с входом частотомера.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, дистанционный бесконтактный контроль уровня измеряемой среды, достигается за счет того, что автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, снабжен передающей антенной, а вторичная аппаратура выполнена в виде приемного устройства с приемной антенной соответственно. Измерение агрессивных сред и сыпучих материалов становится возможным из-за применения в качестве чувствительного элемента передающей антенны.

На чертеже изображена структурная схема высокочастотного уровнемера.

Высокочастотный уровнемер состоит из передающей и приемной части. Передающая часть содержит автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром 1, к выходу которого подключена передающая антенна 2, представляющая собой электрический линейный излучатель. Приемная часть состоит из приемной антенны 3, подключенной к входу смесителя 4, ко второму входу которого подключен так же выход кварцевого гетеродина 5. К выходу смесителя 4 подключен вход фильтра частот 6, к выходу которого подсоединен вход усилителя низкой частоты 7, к выходу которого в свою очередь подключается частотомер 8.

Устройство работает следующим образом. Изменение уровня измеряемой среды преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора, которая затем передается радиоволновым способом во вторичную аппаратуру и там обрабатывается. До заполнения зоны действия датчика измеряемой средой колебательный контур автогенератора гармонических колебаний 1 настраивается на частоту кварцевого гетеродина 5 приемного устройства. На выходе смесителя 4 и соответственно усилителя 7 формируется выходной сигнал с нулевой разностной частотой, которая отображается частотомером 8. Частота колебаний при использовании колебательного контура открытого типа выбирается соответствующей оптимальной длине волны для конкретной высоты подвеса, что дает возможность расширять зону чувствительности, вплоть до измерения усредненного уровня на определенной площади. При приближении измеряемой среды к передающей антенне 2, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит изменение электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, которое приводит к изменению резонансной частоты колебаний контура автогенератора 1, которые излучаются передающей антенной 2. Сигнал передатчика, принятый приемной антенной 3, поступает на вход смесителя 4. Низкочастотная составляющая разности частот полезного сигнала и сигнала кварцевого гетеродина 5 выделяется фильтром нижних частот 6 и усиливается усилителем низкой частоты 7. В зависимости от расстояния между передающей антенной и измеряемой средой на выходе усилителя 7 формируется сигнал различной частоты, который поступает на вход частотомера 8. По показаниям частотомера судят об уровне измеряемой среды. В результате удается осуществить дистанционный бесконтактный контроль уровня в труднодоступных для размещения вторичной аппаратуры и проводов местах с возможностью измерения агрессивных сред и сыпучих материалов, а также расширить захватываемую зоной чувствительности датчика геометрическую поверхность вплоть до контроля усредненного уровня на определенной площади, что дает возможность точного измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела.

При создании устройства использованы следующие известные из уровня техники блоки; смеситель (Радиоприемные устройства. Под ред. А.П. Жуковского. М. Высшая школа, 1989, с.82), кварцевый гетеродин (там же, с.108), фильтр нижних частот (там же, с.60), усилитель низкой частоты (там же, с. 161), частотомер, выпускаемый промышленностью, типа Ч3-33.

Источники информации:
1. А.с. СССР N 360558, кл. G 01 F 23/26, 1972.

2. А.с. СССР N 409083, кл. G 01 F 23/28, 1973.

3. А.с. СССР N 1401287, кл. G 01 F 23/28, 1988.

Использование: для бесконтактного измерения уровня различных физических сред. Сущность: высокочастотный уровнемер, содержащий автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, соединенным с чувствительным элементом, который выполнен в виде передающей антенны, и приемное устройство, состоящее из приемной антенны, кварцевого гетеродина и последовательно соединенных смесителя, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, причем приемная антенна подключена ко входу смесителя, ко второму входу которого подключен выход кварцевого гетеродина. 1 ил.

Высокочастотный уровнемер, содержащий автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, соединенным с чувствительным элементом, отличающийся тем, что он снабжен приемным устройством, состоящим из приемной антенны, смесителя, кварцевого гетеродина, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, а чувствительный элемент выполнен в виде передающей антенны, причем приемная антенна подключена к входу смесителя, к второму входу которого подключен выход кварцевого гетеродина, а выход смесителя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу усилителя низкой частоты, соединенного своим выходом с входом частотомера.