Емкостной компенсационный уровнемер Советский патент 1984 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к приборо строению и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство содержащее емкостной датчик, измери тельная часть которого по длине соо ветствует диапазону измерения, а ко пенсационная часть превышает его, а также генератор, два преобразовател емкости в напряжение, два детектор схемы вычитания и схемы сравнения. Измерительная и компенсационная части датчика подключены ко входам пр образователей емкости в напряжение. Сигнал с компенсационного контура сравнивается с эталонным напряжение в результате чего вырабатывается си нал, управляющий амплитудой импульс генератора, питающего измерительный и компенсационный преобразователи. К В т1ходу измерительного канала подключен индикатор уровня ij. Недостаток такого ycTpofiCTBa зак лючается в следующем. Во-первых, амплитуда генератора должна быть св зана с изменением диэлектрической проницаемости среды гиперболической зависимость о,а при значительных изме нениях параметров среды обеспечить необходимую зависимость амплитуды генератора оказывается практически невозможным. Это приводит к сужению области применения известного устродства. Во-вторых, компенсационный электрод расположен только в начале диапазона измерения, так как измерительная схема не позволяет осуществить линейное измерение с компенсацией характеристик среды на всем диа пазоне измерения. Целью изобретения является повыше ние точности измерения уровня сред с изменяющимися характеристиками. Указанная цель достигается тем, что В емкостной компенсационный уров немер, содержащий чувствительный элемент, измерительная часть которог по длине соответствует диапазону измерения, а компенсационная часть превьплает его, а также соответственно измерительный и компенсационный преобразователи емкости в напряжение два пиковых детектора, две схемы вычитания с двумя входами, а также схе му сравнения, генератор, индикатор и источник эталонного напряжения, причем измерительная и компенсационная части чувствительного элемента подключены к первым входам соответствую щих преобразователей емкости в напря жение, выходы которых через соответствующие пиковые детекторы и схемы вычитания, подключены к двум входам схемы сравнения, введены два управляемых аналоговых ключа и сумматор, причем первый вход суг.1матора связан с выходом схемы сравнения, с индикатором, со вторым входом компенсационной схемы вычитания и через соответствующий аналоговый ключ со вторым входом компенсационного преобразователя емкости в напряжение, второй вход сумматора соединен с источником эталонного напряжения, а выход - со втopы 1 входом измерительной схемы вычитания и через соответствуюишй аналоговый ключ со вторым входом измерительного преобразователя емкости в напряжение, а выход генератора связан с управляющими входами аналоговых ключей. На чертеже представлена структурная схема уровнемера. Устройство состоит из чувствительного элемента 1, длина измерительной части 1а которого соответствует диапазону измерения, а длина компенсационной части 1б на величину превышает этот диапазон, генерачора импульсов 2, управляемых -аналоговых ключей 3 и 4, преобразователей емкости в напряжение 5 и б, пиковых детекторов 7 и 8, схем вычитания 9 и 10, схемы сравнения 11, сумматора 12, источника эталонного напряжения 13, индикатора 14 и регуляторов масштаба 15-18. Вспомогательные аналоговые ключи 19 и 20 и балансные конденсаторы 21 и 22 входят в соответствующие схемы преобразователей емкости в напряжение. Измерительная и компенсационная части чувствительного элемента подключены к инверсным входам преобразователей емкости в напряжение, выполненных на базе операционных усилителей и вырабатывающих импульсы с амплитудой, пропорциональной емкости чувствительного элемента. К неинвертирующим входам этих преобразователей подключены выходы аналоговых ключей. Выходы генератора 2 подключены к управляющим входам аналоговых ключей 3 и 4 и вспомогательных аналоговых ключей 19 и 20, обеспечивающих быстрый разряд балансных конденсаторов 21 и 22. Емкость измерительной части чувствительного элемента определяется выражением.( а емкость компенсационной части - выражениемСгСоД е- Т Соа Тначальные емкости изгде С, мерительной и компенсационной частей чувствительного элемента на рабочей длине L. текущий уровень; диэлект1 ,1чсская проницаемость жидкости. Устройство работает следующим о разом. При поступлении очередного импул са На управляющие входы аналоговых ключей они размыкаются, а ключи 3 и 4 зaм Jкaютcя. В результате этого на выходе преобразователя 5 возника ет напряжение V(,..)K1hv te-Яг а на выходе преобразователя 6 - нап ряжение VUBbixX VS f- lb Ef-, где «, 7г и Ъ, :;г,.a К И Kj - КОэффициенты передачи регуляторов мас таба 15 и 16; Up - напряжение источ ника эталонного напряжения 13, пода ваемое на вход сумматора 12;Ug | -вы ходное напряжение уровнемера на индикаторе 14. Подавая на входы схем вычитания 9 и 10 через регуляторы масштаба 17 и 18 соответствующие напряжения ) / д и и , Тгй 1 16 BkixV г 2 L / где К, и Kj - коэффициенты передачи пиковых детекторов 7 и 8, на выхода схем вычитания 9 и 10, можно получи ,(E-llfu . При этом напряжение на выходе схемы сравнения 11 определяется выражением (fe-i)dt где К - коэффициент передачи схемы сравнения. Обеспечив, выполнение условия К2кд,(е-Яйг м, получаем Вых о g Наконец, обеспечив равенство отношений коэффициентов передачи каскадов единице, получаем искомую зависимость р /1 1| i де Таким образом, выходной сигнал уровнемера не зависит от свойств исследуемой среды и линейно связан с величиной уровня, если напряжение на выходе сумматора 12 поддерживается равным сумме эталонного и выходного напряжений устройства. окончании воздействия управляющего импульса измерение заканчивается; аналоговые ключи 3 и 4 размыкаются, а вспомогательные аналоговые ключи 19 и 20 замыкаются, и схема возвращается в исходное состояние. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения в 4 раза.

ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий чувствительный элемент, измерительная часть которого по длине соответствует диапазону измерения, а компенсационная часть превышает его, а также соответственно измерительный и компенсационный преобразователи емкости в напряжение, два пиковых детектора, две схемы вычитания с двумя входами, а также схему сравнения, генератор, индика. тор и источник эталонного напряжения, . причем измерительная и компенсационная части чувствительного элемента подключены к первым входам соответст-; вующих преобразователей емкости в напряжение, выходы которых через соответствующие пиковые детекторы и схемы вычитания подключены к двух входам сравнения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два управляемых аналоговых ключа и сумматор, причем первый вход сумматора связан с выходом схемы сравнения, с индикатором, со вторым входом компенсационной схемы вычитания и через соответствующий аналоговый ключ со вторым входом компенсационного преобразователя емкости в напряжение, второй вход сумматора соединен с источ- (Л НИКОМ эталонного напряжения, а вы- ® ход - со вторым входом измерительной (Л схемы вычитания и через соответствую с: щий аналоговый ключ со вторым входом измерительного преобразователя емкости в напряжение, а выход генера- Q тора связан с управляющими уходами аналоговых ключей.