ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЯ КОНДЕНСАТНЫХ МОСТИКОВ Российский патент 2007 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к устройству для измерения и/или контролирования параметра физического или химического процесса среды, содержащему колебательный блок, приводной/приемный блок, который имеет по меньшей мере один вход для сигналов и один выход для сигналов и возбуждает колебательный блок, соответственно, который принимает его колебания, регулировочный/оценочный блок, который имеет по меньшей мере один вход для сигналов и один выход для сигналов, который регулирует приводной/приемный блок, соответственно, оценивает колебания колебательного блока, и по меньшей мере одну линию передачи и одну линию приема между регулировочным/оценочным блоком и приводным/приемным блоком, при этом линия передачи соединена с сигнальным выходом регулировочного/оценочного блока и с сигнальным входом приводного/приемного устройства, и при этом линия приема соединена с сигнальным выходом приводного/приемного устройства и с сигнальным входом регулировочного/оценочного устройства. Подлежащие измерению параметры процесса могут быть, например, уровнем заполнения, вязкостью, плотностью, давлением, температурой или величиной рН среды.

Заявитель изготавливает и распространяет измерительные приборы для измерения и/или контролирования уровня заполнения среды в резервуаре с обозначением «ликвифант». Описываемый ниже принцип действия такого измерительного прибора распространяется также на аналогичные измерительные приборы. Такой измерительный прибор состоит обычно из колебательного блока, приводного/приемного блока и регулировочного/управляющего блока. Приводной/приемный блок возбуждает в колебательном блоке - ликвифанте (это колебательная вилка), - колебания и принимает колебания колебательного блока. Частота колебаний зависит, например, от того, колеблется ли колебательный блок в воздухе или же он покрыт средой. Таким образом, из частоты можно вывести степень покрытия. Это можно вывести также из амплитуды, однако обычно оценивают частоту. В приводном/приемном блоке может находиться, например, по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент, который преобразует электрический сигнал в механические колебания, которые затем через подходящую мембрану передаются на колебательный блок. Это же относится к преобразованию механических колебаний в электрический сигнал. Электронное устройство обратной связи, которое снова усиливает сигнал колебательного блока и подает обратно, и электронное устройство для оценки колебаний объединены в регулировочном/оценочном блоке. Этот регулировочный/оценочный блок обычно находится на удалении от собственно процесса с целью, например, лучшей защиты электронных устройств от влияния среды, например, высоких температур. Между приводным/приемным блоком и регулировочным/оценочным блоком обычно предусмотрены по меньшей мере две электрических линии: одна передающая и одна приемная линии. В большинстве случаев предусмотрен также кабель заземления, который также подводится к приводному/приемному блоку. Через эти линии сигнал возбуждения попадает в приводной/приемный блок, а принимаемый сигнал - в регулировочный/оценочный блок. В зависимости от требований к резервуару или к подлежащей контролированию установке, эти линии могут иметь длину в несколько метров. Вокруг этих обычно изолированных линий в большинстве случаев находится для дополнительной защиты какая-нибудь трубка. Поэтому участок между приводным/приемным блоком и регулировочным/оценочным блоком часто называют также трубчатым удлинением. В принципе нельзя полностью исключить проникновение влаги или других газов во внутренний объем трубчатого удлинения, несмотря на все принимаемые меры по его герметизации. Кроме того, за счет влияния температуры могут возникать испарения внутренних составляющих, например, клея. За счет конденсации газов или влаги между передающей и приемной линией может возникать электрически проводящее соединение в виде мостика из конденсата, за счет которого передаваемый сигнал влияет на приемный сигнал. Это может приводить даже к полному выходу из строя измерительного прибора. Эти конденсатные мостики особенно вредно воздействуют на необходимые по технологическим причинам разъемные контактные соединения вблизи электронных устройств регулировочного/оценочного блока, а на другой стороне - вблизи приводного/приемного блока. Эти разъемные контактные соединения могут быть не залитыми, как, например, приводной/приемный блок. Проблема конденсатного мостика между передающей и приемной линией состоит в том, что передаваемый сигнал может вызывать перекрестные наводки в приемной линии и тем самым создавать помехи для приемного сигнала.

Задачей изобретения является минимизация действия конденсатного мостика между передающей и приемной линиями.

Эта задача решена, согласно изобретению, тем, что предусмотрена по меньшей мере одна третья линия, которая выполнена и расположена так, что она находится между передающей и приемной линиями и соединена с источником напряжения, который имеет выходное полное сопротивление, которое меньше полного сопротивления конденсатного мостика между передающей и приемной линиями.

Таким образом, сначала предотвращается вообще возможность прямого электрического соединения между передающей и приемной линиями за счет конденсата. Тем самым конденсатный мостик образуется лишь между передающей линией и третьей линией или между приемной линией и третьей линией. Когда конденсатный мостик соединяет все три линии, то это можно разделить на два указанных выше случая. За счет того, что третья линия соединена с источником напряжения, полное выходное сопротивление которого меньше полного сопротивления конденсатного мостика, исключается прямое воздействие передающей линии на приемную линию. Что происходит в двух возможных случаях? Третья линия соединена, согласно изобретению, с источником напряжения, который имеет выходное полное сопротивление, которое меньше полного сопротивления возможного конденсатного мостика. Для обеспечения этого выходное полное сопротивление должно быть возможно малым. Его величина должна находиться, по меньшей мере, в диапазоне выходного полного сопротивления источника напряжения, с которым соединена передающая линия. Тогда при соединении между передающей линией и третьей линией едва возникает влияние на передаваемый сигнал, если передаваемый сигнал выходит из источника напряжения с более низким выходным полным сопротивлением, а конденсатный мостик имеет высокое сопротивление. Если за счет конденсатного мостика соединяются друг с другом приемная линия и третья линия, то приемный сигнал хотя и ослабляется, однако обеспечивается большое преимущество отсутствия прямого контакта с передающей линией.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что третьей электрической линией является экранирование приемной линии. Таким образом, приемная линия постоянно окружена третьей линией.

Дополнительно к этому обеспечивается преимущество использования экранирования в качестве защиты от облучения и в качестве защиты других линий от экранированной линии.

Один вариант выполнения предусматривает, что источник напряжения, с которым соединена третья линия, создает постоянный потенциал. При этом величину потенциала можно устанавливать любой. Необходимо следить лишь за тем, чтобы выходное полное сопротивление источника напряжения было как можно более низким.

В одном варианте выполнения предусмотрено, что источник напряжения, с которым соединена третья линия, является массой. Полное сопротивление источника напряжения - масса обычно меньше, чем полное сопротивление конденсатного мостика. Кроме того, этот вариант выполнения очень просто реализовать. Проблема состоит лишь в том, чтобы третья линия и приемная линия не лежали на одинаковом потенциале. За счет этого емкость линии ослабляет приемный сигнал. Поэтому этот вариант выполнения можно еще улучшить.

В одном варианте выполнения предусмотрено, что источник напряжения, с которым соединена третья линия, создает изменяющийся во времени потенциал. Вид изменения во времени указан в следующем варианте выполнения.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что источник напряжения, с которым соединена третья линия, является электронным блоком с низким выходным полным сопротивлением, который выполнен так, что третья линия лежит на том же потенциале, что и приемная линия. Таким образом, третья линия лежит на так называемом квадропотенциале. Электронный блок является, например, операционным усилителем, который, в свою очередь, имеет низкое выходное полное сопротивление. Поскольку приемная линия и третья линия лежат на одинаковом потенциале, то между обеими линиями не может протекать ток за счет конденсатного мостика, который ослаблял бы приемный сигнал. Кроме того, за счет этого не могут возникать потери приемного сигнала вследствие емкости линии. Поэтому этот вариант выполнения означает значительное улучшение по сравнению с замыканием третьей линии на массу. Затраты на электронный блок также относительно небольшие, прежде всего по сравнению с преимуществом меньших помех для приемного сигнала.

В одном варианте выполнения предусмотрено, что приводной/приемный блок имеет по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент. В другом варианте выполнения предусмотрено, что приводной/приемный блок имеет точно один пьезоэлектрический элемент. Эти пьезоэлектрические элементы имеют высокое выходное полное сопротивление.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - блок-схема измерительного прибора без третьей линии, согласно изобретению;

фиг.2 - подробная блок-схема измерительного прибора с трубчатым удлинением;

фиг.3 - эквивалентная схема конденсатного мостика без третьей линии;

фиг.4 - блок-схема измерительного прибора с третьей линией на массе;

фиг.5 - эквивалентная схема конденсатного мостика с третьей линией на массе;

фиг.6 - эквивалентная схема конденсатного мостика с третьей линией на квадропотенциале.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для измерения и/или контролирования физического или химического параметра, например, уровня заполнения среды. В показанном примере выполнения колебательный блок 1 является колебательной вилкой, которая применяется, например, в изготавливаемых и распространяемых заявителем ликвифантах. В колебательном блоке 1 возбуждаются колебания с помощью приводного/приемного блока 2. Для этого можно, например, в пьезоэлектрическом элементе или в штабеле таких элементов посредством приложения напряжения возбуждать колебания, которые затем через подходящую мембрану передаются в колебательный блок 1. Приводной/приемный блок 2 принимает также колебания колебательного блока 1, которые он преобразует в электрические сигналы. Частота и амплитуда колебания зависят, например, от того, колеблется ли колебательный блок 1 свободно в воздухе или же он покрыт средой. Приводной/приемный блок 2 соединен с регулировочным/оценочным блоком 5. Блок 5 выполняет задачу оценки колебаний колебательного блока 1 и вывода из них данных, например, уровня заполнения среды, с другой стороны, он предусмотрен также для осуществления обратной связи по колебаниям с помощью электронного устройства обратной связи, т.е. он должен поддерживать процесс колебаний. Между приводным/приемным блоком 2 и регулировочным/оценочным блоком 5 находятся две электрические линии 6, 7, которые соединяют друг с другом соответствующие выходы 4 и входы 3.

На фиг.2 показана подробная блок-схема. Показаны две линии 6, 7 в трубке 11. Соединение линий 6, 7 с приводным/приемным блоком 2 и регулировочным/оценочным блоком 5 осуществляется через разъемные контактные соединения 10. В данном случае в регулировочном/оценочном блоке 5 находится, например, только один блок обратной связи. Поскольку линии 6, 7 обычно изолированы, то конденсат не может здесь образовывать мостиков. Однако в области разъемных контактных соединений 10 возможно образование конденсатом мостика между линиями 6, 7. Эти разъемные контактные соединения 10 обычно не заливаются. Поэтому конденсатные мостики возникают либо на переходе от приводного/приемного блока 2 с линиями 6, 7, либо между регулировочным/оценочным блоком 5 и линиями 6, 7. Проникновение влаги или газов не всегда удается исключить, поскольку это может происходить, например, за счет попеременного нагревания и охлаждения. Возможны также испарения внутренних составляющих, например, клея.

На фиг.3 показана эквивалентная схема конденсатного мостика, который соединяет передающую линию 6 (In) и приемную линию 7 (Out). Между обеими линиями в данном случае в качестве приводного/приемного блока 2 показан пьезоэлектрический элемент. Такие элементы обычно имеют очень высокое выходное полное сопротивление. Конденсатный мостик действует в данном случае в качестве сопротивления 12, через которое передающая линия 6 соединена непосредственно с приемной линией 7, так что происходит, среди прочего, наложение друг на друга обоих сигналов. Возможно также, что за счет этого конденсатного мостика частота колебаний изменяется так, что регулировочный/оценочный блок 5 переключается на частоту разрыва, так что измерительный прибор больше не работает.

На фиг.4 третья линия 8 выполнена в виде экранирования приемной линии 7. Кроме того, в этом варианте выполнения источник 9 напряжения является массой. Таким образом, полное сопротивление источника 9 напряжения, с которым соединена третья линия, обычно меньше полного сопротивления конденсатного мостика. То есть, между передающей линией 6 и приемной линией 7 не возникает прямого соединения, поскольку между ними находится третья линия 8, которая лежит на выходном полном сопротивлении, которое значительно меньше полного сопротивления конденсатного мостика. Таким образом, в этом случае действие конденсатного мостика состоит лишь в том, что образуется делитель напряжения, который уменьшает напряжение приемного сигнала. За счет выполнения в виде экранирования обеспечиваются также обычные преимущества экранирования. Однако защита экранированной приемной линии 7 от облучений относится скорее к вариантам выполнения, в которых трубчатое удлинение 11 состоит не из металла. Подключение к массе легко реализовать, однако при этом приемная линия 7 и третья линия 8 лежат на разных потенциалах, за счет чего становится заметной емкость линии в виде емкостного сопротивления между приемной линией и экранированием, которое уменьшает приемный сигнал. При длинных трубчатых удлинениях 11 емкость этого конденсатора из приемной линии 7 и третьей линии 8 может становиться очень большой. Таким образом, хотя третья линия 8 и масса в качестве источника напряжения помогают против действия конденсатного мостика, однако вызывают емкостные потери.

На фиг.5 показано действие конденсатного мостика между передающей линией 6 и приемной линией 7 при выполнении, согласно фиг.4. В этом случае имеются два сопротивления 12, между которыми лежит масса за счет третьей линии 8. Поэтому не происходит прямого воздействия передающей линии 6 на приемную линию 7. Поскольку приемная линия 7 и третья линия 8 находятся на разных потенциалах, то приемный сигнал ослабляется за счет прохождения тока.

На фиг.6 показан вариант выполнения, в котором третья линия 8 лежит на квадропотенциале. Таким образом, третья линия всегда лежит на одинаковом с приемной линией 7 потенциале. Источником 9 напряжения в этом случае является, например, операционный усилитель с соответствующим низким выходным полным сопротивлением. Таким образом, минимизируется воздействие конденсатного мостика на приемную линию 7. Одновременно не образуются емкостные сопротивления между приемной линией 7 и третьей линией 8, поскольку обе лежат на одинаковом потенциале. Низкое выходное полное сопротивление уменьшает также прямые воздействия конденсатного мостика, а за счет подходящего выбора потенциала, на котором лежит третья линия, можно предотвращать возникающие емкостные воздействия.

Перечень позиций

1 - колебательный блок;

2 - приводной/приемный блок;

3 - вход сигналов;

4 - выход сигналов;

5 - регулировочный/оценочный блок;

6 - передающая линия;

7 - приемная линия;

8 - третья электрическая линия;

9 - источник напряжения;

10 - разъемное контактное соединение;

11 - трубчатое удлинение;

12 - сопротивление конденсата.

Изобретение относится к устройству для измерения и/или контролирования параметра физического или химического процесса среды. Сущность: устройство содержит колебательный блок (1), приводной/приемный блок (2), который возбуждает колебательный блок (1), соответственно, который принимает его колебания, регулировочный/оценочный блок (5), который регулирует приводной/приемный блок (2), соответственно, оценивает колебания колебательного блока (1), и, по меньшей мере, одну линию (6) передачи и одну линию (7) приема между регулировочным/оценочным блоком (5) и приводным/приемным блоком (2). При этом предусмотрена третья линия (8), которая выполнена и расположена так, что она находится между передающей линией (6) и приемной линией (7) и соединена с источником (9) напряжения, который имеет выходное полное сопротивление, которое меньше полного сопротивления конденсатного мостика. Технический результат: минимизация действия конденсатного мостика между передающей и приемной линиями. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для измерения и/или контролирования параметра физического или химического процесса среды, содержащее колебательный блок (1), приводной/приемный блок (2), который имеет, по меньшей мере, один вход (3) для сигналов и один выход (4) для сигналов и выполнен с возможностью возбуждать колебательный блок (1), соответственно, который принимает его колебания, регулировочный/оценочный блок (5), который имеет по меньшей мере один вход (3) для сигналов и один выход (4) для сигналов, который регулирует приводной/приемный блок (2), соответственно, оценивает колебания колебательного блока (1), и по меньшей мере одну линию (6) передачи и одну линию (7) приема между регулировочным/оценочным блоком (5) и приводным/приемным блоком (2), при этом линия (6) передачи соединена с сигнальным выходом (4) регулировочного/оценочного блока (5) и с сигнальным входом (3) приводного/приемного устройства (2), при этом линия (7) приема соединена с сигнальным выходом (4) приводного/приемного устройства (2) и с сигнальным входом (3) регулировочного/оценочного устройства (5), отличающееся тем, что предусмотрена, по меньшей мере, одна третья линия (8), которая выполнена и расположена так, что она находится между передающей линией (6) и приемной линией (7) и соединена с источником (9) напряжения, который имеет выходное полное сопротивление, которое меньше полного сопротивления конденсатного мостика между передающей линией (6) и приемной линией (7).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третья линия (8) является экранированием приемной линии (7).3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что источник (9) напряжения, с которым соединена третья линия (8), создает постоянный потенциал.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник (9) напряжения, с которым соединена третья линия (8), является массой.5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что источник (9) напряжения, с которым соединена третья линия (8), создает изменяющийся во времени потенциал.6. Устройство по любому из пп.1, 2 или 4, отличающееся тем, что источник (9) напряжения, с которым соединена третья линия (8), является электронным блоком с низким выходным полным сопротивлением, который выполнен так, что третья линия (8) лежит на том же потенциале, что и приемная линия (7).7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводной/приемный блок (2) имеет, по меньшей мере, один пьезоэлектрический элемент.8. Устройство по любому из пп.1 или 7, отличающееся тем, что приводной/приемный блок (2) имеет точно один пьезоэлектрический элемент.