ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 2002 года по МПК G01F23/26 

Описание патента на изобретение RU2178549C2

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при измерении уровня жидких сред.

Известен способ измерения электрической емкости Сx путем ее вычисления

где Т0, Тx и Тэт - периоды колебаний, соответствующие только начальной емкости контура С0, суммарной начальной емкости и подключенным неизвестной емкости Сx или эталонной емкости Сэт соответственно /Линейный преобразователь емкость - частота. Б. Я. Лихтциндер, А. С. Брятов, Ю. А. Инцин, В. В. Короник. М. : Измерительная техника, N 5, 1975, с. 67 - 69/.

Для реализации этого способа было разработано устройство /А. С. N 1150490 P. И. Денисов, Ю. А. Инцин, А. А. Исаев. Топливомер. МПК G 01 F 23/26, Б. И. N 14, 1985/. Устройство обеспечивает подключение измеряемой емкости в контур при значительном ее удалении от контура путем применения схемы компенсации емкости коаксиальной линии связи, обеспечивая соотношение (С0 + Сэт)/С0 ≈ 2. Однако это устройство сложно и его целесообразно применять в качестве центрального при многобаковой схеме измерения уровней жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для определения уровня жидкости" /Патент. Япония, N 4 - 13646, МПК G 01 F 23/26. РЖ ИСМ 82-18-93/, содержащее датчик уровня жидкости, регистрирующий электрическую емкость Сx, эталонный конденсатор с емкостью Сэт, переключающую схему, коаксиальную линию связи с "плавающей" начальной емкостью С0 и индуктивность, которые образуют колебательный контур, а также операционную схему, вычисляющую емкость Сx по формуле

где f0, fx, fэт - частоты колебаний, соответствующие только начальной емкости контура С0, суммарной начальной емкости контура и подключенным в контур измеряемой емкости Сx или эталонной емкости Сэт соответственно.

Недостаток устройства заключается в том, что колебательный контур имеет значительную по сравнению с измеряемой емкостью Сx и Сэт начальную емкость С0, определяемую емкостью линии связи. Это приводит к малому изменению частот fx и fэт относительно f0, что снижает точность измерения и увеличивает время измерения.

Действительно, в подобной схеме включения трудно ожидать результата лучше, чем (С0 + Сэт)/С0 ≤ 1,1, при этом изменение частот не превысит f0/fэт ≤ 1,05, в то время как при (С0 + Сэт)/С0 ≈ 2 изменение частот существенно выше и составляет f0/fэт ≈ 1,4.

При измерении Сx отношение частот в выражении (2) заменяется пропорциональными числовыми кодами. Чтобы погрешность дискретности не превышала заданной величины, например 1•10-3, разность числовых кодов f0/fэт и "1" должна быть ≥ 1000 единиц дискретности. При этом для соотношения (С0 + Сэт)/С0 ≤ 1,1 быстродействие в 8 раз ниже, чем для соотношения (С0 + Сэт)/С0 ≈ 2.

Кроме того, использование в выражении (2) частот колебаний f0, fx и fэт дополнительно увеличивает время измерения по сравнению с выражением (1), использующим периоды колебаний T0, Tx и Tэт.

Действительно, при формировании числовых кодов, пропорциональных частотам f0, fx, fэт, потребуется три равных интервала времени измерения tизм. При формировании таких же значений числовых кодов, пропорциональных периодам Т0, Тx, Тэт с использованием частоты заполняющих импульсов кварцевого генератора в 15-25 раз выше измеряемой частоты, время измерения уменьшится соответственно в 15-25 раз.

Таким образом, общее снижение быстродействия составляет 120 - 200 раз при значительной начальной емкости С0 и использовании значений частот колебаний по сравнению с вариантом при малой начальной емкости С0 и использовании значений периодов колебаний.

Поставлена задача - повысить быстродействие измерения уровня жидкости и увеличить точность измерения.

Поставленная задача решается путем существенного снижения емкости линии связи С0 и переходом при вычислении емкости Сx от выражения, использующего значения частот колебаний f0, fx, fэт, к выражению, использующему значения периодов колебаний Т0, Тx, Тэт. При этом в устройство, содержащее датчик уровня жидкости, эталонный конденсатор, переключающую схему со схемой управления, коаксиальную линию связи, катушку индуктивности, цифровой индикатор и операционное устройство, введены: второй провод линии связи, второй конденсатор и повторитель напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 уровня жидкости, который установлен внутри резервуара 2 с жидкостью таким образом, чтобы регистрировать электрическую емкость Сx, соответствующую уровню этой жидкости, и эталонный конденсатор 3, который установлен рядом с резервуаром 2 и имеет известную емкость Сэт, причем первые выводы датчика 1 и конденсатора 3 подключены к входам переключающей схемы 4, которая установлена рядом с резервуаром и может избирательно пропускать на выход только сигнал от датчика 1, только сигнал от конденсатора 3 или одновременно не пропускать оба сигнала под воздействием схемы управления 5, выход которой соединен со входом управления схемы 4, при этом выход схемы 4 соединен с первым концом центральной жилы коаксиальной линии связи 6, второй конец которой соединен с первым выводом катушки индуктивности 7, расположенной на удалении от резервуара 2.

Дополнительно устройство содержит второй провод линии связи 8, один конец которого соединен со вторыми выводами конденсаторов 9 и 3, а второй конец подсоединен ко второму выводу катушки индуктивности 7; конденсатор 9 постоянной емкости С0, подсоединенной параллельно катушке индуктивности 7; повторитель напряжения 10, вход которого соединен с центральной жилой коаксиальной линии связи 6, а выход - с экраном коаксиальной линии связи. Колебательный контур 11 образован датчиком 1, конденсаторами 3 и 9, переключающей схемой 4, линией связи 6, катушкой индуктивности 7 и вторым проводом 8.

Кроме того, устройство содержит цифровой индикатор 12 и операционное устройство 13, состоящее из генератора 14, процессора 15, шины адреса - данных 16 и постоянного запоминающего устройства 17, причем процессор выдает команды управления по шинам 18 на схему управления 5, управляющую переключающей схемой 4.

Устройство работает следующим образом. Применение повторителя напряжения 10 обеспечивает равные потенциалы экрана и центральной жилы линии связи. При этом ток через емкость Сэкр между центральной жилой и экраном будет равен нулю, что эквивалентно включению в контур 11 нулевого значения емкости и на период колебаний контура не влияет. Для обеспечения начальной емкости контура включен конденсатор 9 с емкостью С0, которая выбирается из условия (С0 + Сэт)/С0 ≈ 2.

Емкость Cлин между экраном линии связи 6 и вторым проводом 8 является нагрузкой повторителя напряжения и на период колебаний контура не влияет.

Операционная схема 13 измеряет последовательно три периода колебаний Т0, Тx и Тэт в функции подключенных в контур емкостей С0, (С0 + Сx), (С0 + Сэт),



После этого операционная схема 13 вычисляет емкость Сx по формуле (1).

Преимущества предложенного устройства по сравнению с аналогом в том, что достигнуто существенное снижение начальной емкости контура, соответствующее соотношению (С0 + Сэт)/С0 ≈ 2, а вычисление емкости Сx осуществлено через измеренные периоды колебаний Т0, Тx, Тэт, что обеспечило повышение точности и быстродействия устройства.

Похожие патенты RU2178549C2

название год авторы номер документа
ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР 2002
  • Инцин Ю.А.
  • Инцин А.Ю.
  • Козлов А.К.
RU2227904C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ЛОПАТОК ВРАЩАЮЩЕГОСЯ КОЛЕСА ТУРБОМАШИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1998
  • Данилин А.И.
  • Сурков В.В.
  • Чернявский А.Ж.
RU2152590C1
КОНТРОЛЛЕР ДЫМНОСТИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 2001
  • Гришанов В.Н.
  • Макаров О.М.
  • Гришанов А.В.
RU2210759C1
ГИДРОГЕНЕРАТОР ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ 1999
  • Байбородов Ю.И.
  • Инцин Ю.А.
  • Богуш Б.Б.
  • Гилев А.Д.
RU2171006C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН 2003
  • Щеголев В.В.
RU2244272C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Фомин А.В.
  • Синников С.Г.
  • Астапов В.Н.
  • Скворцов Б.В.
RU2210764C1
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 2009
  • Корбан Дмитрий Владимирович
  • Медников Валерий Александрович
RU2411469C2
СИГНАЛИЗАТОР ПРЕДАВАРИЙНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН 2000
  • Данилин А.И.
  • Чернявский А.Ж.
RU2177145C1
СПОСОБ ЛАЗЕРНО-ТЕРМОВАКУУМНОГО КОНДЕНСАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ 1999
  • Будрина Г.В.
  • Мордасов В.И.
  • Мурзин С.П.
  • Сазонникова Н.А.
RU2170284C2
ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 2004
  • Ухлинов Д.И.
  • Зеленский А.В.
  • Дмитриев Ю.С.
RU2262072C1

Реферат патента 2002 года ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение используется в приборостроении, автомобилестроении. Электроемкостный уровнемер содержит датчик уровня жидкости, эталонный конденсатор, переключающую схему и схему управления, две коаксиальные линии связи, катушку индуктивности, цифровой индикатор и операционное устройство, второй конденсатор с емкостью С0 и повторитель напряжения, первая линия связи одним концом подсоединен ко вторым выводам датчика и эталонного конденсатора, а вторым концом - ко второму выводу катушки индуктивности. Второй конденсатор подсоединен параллельно катушке индуктивности, а первый вывод катушки индуктивности соединен с центральной жилой второй коаксиальной линии связи и входом повторителя напряжения, выход которого соединен с экраном второй линии связи. Обеспечено повышение быстродействия измерения уровня жидкости и точности измерения. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 178 549 C2

1. Электроемкостный уровнемер, содержащий датчик уровня жидкости, эталонный конденсатор, переключающую схему со схемой управления, коаксиальную линию связи, катушку индуктивности, цифровой индикатор и операционное устройство, причем первые выводы датчика и эталонного конденсатора подключены к входам переключающей схемы, выход которой соединен с первым концом центральной жилы коаксиальной линии, второй конец которой соединен с первым выводом катушки индуктивности, отличающийся тем, что в него введены второй провод линии связи, второй конденсатор и повторитель напряжения, причем второй провод одним концом подсоединен ко вторым выводам датчика и эталонного конденсатора, а вторым концом - ко второму выводу катушки индуктивности, второй конденсатор подсоединен параллельно катушке индуктивности, а первый вывод катушки индуктивности подсоединен на вход повторителя напряжения, выход которого подсоединен к экрану коаксиальной линии связи. 2. Электроемкостный уровнемер по п. 1, в котором колебательный контур образован датчиком уровня жидкости, эталонным и вторым конденсаторами, переключающей схемой, коаксиальной линией связи, катушкой индуктивности и вторым проводом, отличающийся тем, что значение емкости Сх, соответствующей уровню жидкости, определяется из выражения

где То, Тх и Тэт - периоды колебания, соответствующие только начальной емкости контура Со, суммарной начальной емкости и подключенным емкости Сх или эталонной емкости Сэт соответственно.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2178549C2

Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Топливомер 1983
  • Денисов Рэм Петрович
  • Инцин Юрий Александрович
  • Исаев Алексей Алексеевич
SU1150490A1
Волновая зубчатая передача 1974
  • Иванов Михаил Николаевич
  • Ромашин Валерий Николаевич
SU750181A1
Прибор, замыкающий сигнальную цепь при повышении температуры 1918
  • Давыдов Р.И.
SU99A1
Способ получения электрофотографических изображений 1977
  • Анохин Феликс Александрович
SU947811A1

RU 2 178 549 C2

Авторы

Инцин Ю.А.

Инцин А.Ю.

Козлов А.К.

Даты

2002-01-20Публикация

2000-02-28Подача