Резонансный уровнемер Советский патент 1985 года по МПК G01F23/284 

1 Изобретение относится к измерению неэлектрических величин и может быть использовано в высокочастотных резонансных уровнемерах электропров ных сред. Известны одноканальные резонансные уровнемеры, имеющие одноканальный первичный преобразователь, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка длинной линии, и удлинительный эквивалент (понижающий рабочий диапазон частот первичного преобразователя), выполненный в виде отрезка длинной линии заполненной диэлектриком - диэлектр ческим изолятором (обычно в качеств удлинительного эквивалента используется удлинительный коаксиальный радиочастотный кабель) l. Однако эти уровнемеры не обеспечив ют высокую точность измерения уровня при температурных воздействиях окруж щей среды и изменении свойств (диэлектрической проницаемости), газовой среды, заполняющей чувствительный элемент первичного преобразователя, а также при нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю так -как при воздействии температуры вследствие температурного коэффи циента расширения изменяется электрическая длина Еу.э удлинительного эквивалента, а также диэлектрическая проницаемость бц.д. материала изолятора удлинительного эквивалента вследствие температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, что также вызывает изменение электрической длины 6ь g удлинительного эквивалентаЦ.. где 6(р - фактическая длина удлинительного эквивалента), а изменение свойств газовой среды (изменение ЕС,- ) вызывает изменение электрической длины чувствительного элемента Ер (6 j C 4f p где 2 фактическая длина чувствительного элемента) первичного преобразователя. Нестабильность параметров внещних цепей приводит к нестабильности эквивалентного удлинения 69 электрической длины первичного преобразователя. Изменение электрической длины первичного преобразователя при воздействиях температуры окружающей 512 среды и изменение свойств газовой среды и нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразобателю, приводят к изменению резонансной частоты первичного преобразователя (при отсутствии изменения уровня среды), а значит,к погрешности измерения уровня. Таким образом, эти резонансные уровнемеры инвариантны только к изменению свойств контролируемой среды и не обеспечивают высокой точности измерения уровня при температурных воздействиях окружающей среды и изменении свойств газовой среды. Наиболее близким техническим решением к изобретению является оДноканальный резонансньй уровнемер электропроводных сред, использующий выходную характеристику первичного преобразователя типа Т .((Н) (где Т - период колебания ВЧ-автогенератора) Н - измеряемый уровень), содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичнымпреобразователем, имеющим чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка коаксиальной длинной линяй, и удлинительный эквивалент, выполненный в виде отрезка длинной линии, заполненной диэлектрическим изолятором : (удлиненный радиочастотный кабель) , формирователь и устройство преобразования периода колебаний ВЧ-автогенератора в выходной сигнал 2 . Однако известный уровнемер обладает указанными недостатками и погрешностью измерения, связанной с изменение 4 параметров ВЧ-автогенератора.. Цель изобретения - повьш1ение точности измерения уровня. Поставленная цель достигается тем, что резонансный уровнемер, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным комму311631

тирующим устройством и двумя ключами, при этом выход генератора счетныХ импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего . j устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, ю выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третье - го элемента И и входом второго ключа 5

выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертьй выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соеди- 20 нен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И сое- 25 динен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов.30

На чертеже показана блок-схема предлагаемого уровнемера.

Резонансный уровнемер содержит первичный преобразователь, состоящий из чувствительного элемента 1, вы- 35 полненного в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительного эквивалента 2, выполненного в виде отрезка длинной линии,. заполненного диэлектриком, ключи 3 и 4 коммута- 40 ции электрической длины первичного преобразователя, ВЧ-автогенератор 5. формирователь 6, генератор 7 счет- . ных импульсов, программное коммутирующее устройство 8, логические 45 элементы И 9 - 11, реверсивные счетчики 12 и 13 и делитель 14 кодов.

. Выход ключа 3 подключен к первичному преобразователю на стыке чувствительного элемента 1 с удлинитель 50 ным эквивалентом 2, а выход ключа 4- к чувствительному элементу первичного преобразователя на опорном расстоянии ЕО от стыка удлинительного эквивалента 2 с чувствительным 55 элементом 1. Ключи 3 и 4 осуществляDT короткое замыкание в первичном преобразователе при подачи на них

514

сигналов с программного коммутирующего устройства (ПКУ) 8. (Конструктивно ключи 3 и 4 могут быть выполнены на ВЧ-диодах, на которые через развязывающие ВЧ-цепи подается управляющее напряжение смещения. При подаче прямого напряжейия смещения диод открывается и замыкает первичный преобразователь, при подаче обратного напряжения смещения диод запирается, и первичный преобразователь размыкается. Кон- структивно ключи 3 и 4 также могут быть выполнены на ВЧ-электромагнитных реле, управляемых постоянным током. ) .

Первичный преобразователь уровнемера имеет однородное волновое сопртивление, т.е. волновое сопротивление

чувствительного элемента ц/ -Эгв равно волновомусопротивлению N...

ЭА-ЭК

удлинительного эквивалента и имеет линейные выходные характеристики типа Т Cf(H), где Т - период колебаний на резонансной частоте; Н измеряемый уровень (2j().

Уровнемер работает следующим

образом.

Изменение уровня контролируемой среды вызывает изменение резонансной частоты первичного преобразователя, что, соответственно, вызывает изменение частоты колебаний ВЧ-автогенератора 5. В формирователе 6 производится формирование прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна периоду колебаний ВЧ-автогенератора 5 . С выхода формирователя 6 прямоугоЛьные импульсы поступают на вход генератора 7 импульсов и стробируют последовательность счетных импульсов, поступающих через логические элементы И 9 - 11 на реверсивные счетчики 12 и 13.

Управление работой уровнемера осуществляется сигналами, подаваемыми с ПКУ 8 на входы логических элементов И 9 - 11 и ключей 3 и 4. Одновременно с управляющими сигналами с ПКУ 8 подаютсясинхронизирующие сигналы на формирователь 6.

Процесс измерения состоит из трех тактов. B первом такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на .вход логического элемента И 9. Ключи 3 и 4 разомкнуты. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 опре деляется уравнением ,),(1 где И - коэффициент, равный 4 или 2 при использовании четвертьволнового или полуволнового резонанса первичного преобразователя . соответственно} скорость распространения волны в свободном простра стве; . фактическая длина удлинительного эквивалента , диэлектрическая проницаемость изолятора удлинительного эквивалента; эквивалентное удлинение первичного преобразовател создаваемое параметрами внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю}опорная длина чувствитель ного элемента первичного преобразователя; измеряемьй уровень среды диэлектрическая проницаемость газовой среды, заполняющей чувствительньй элемент первичного преобразователя. На вход суммирования первого реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы, число которых N, K-T, ,(о где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий количество счетных импульсов, приходящихся на единицу периода колебаний ВЧ-автогенератора 5. Во втором такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на вход логического элемента И 11 и ключ 4. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнениемb4i4- o l и на вход суммирования второго реверсивного счетчика 13 поступают счетные импульсы, число которых равно . В третьем такте управляющий сигнал подается на вход логического элемента И 10 и ключ 3. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением Tj-fle -ler.e,), и на входы вычитания реверсивных счетчиков 12 и 13 одновременно посту, пают импульсы в количестве N, k-T3.(6) Таким образом, в третьем такте в счетчиках 12 и 13 осуществляется вычитание импульсов, записанных на входы вычитания, из импульсов, записанных на входы суммирования. По окончании третьего такта выходные коды реверсивных счетчиков 12 и 13 соответственно определяются величинами &N , и N,.N,(Ti-T3K ьН,.. М2-Нз КСТг-Т,). В делителе 14 кодов происходит деление выходных кодов bN.j илН2.5 реверсивных счетчиков, и на выходе делителя 14 полученная цифра N оказывается прямо пропорциональной f. к определяетизмеряемому уровню ся выражением ъ Кт,-т,1 Таким образом, согласно выражению (9) на выходе уровнемера формируетя код, прямо пропорциональный змеряемому уровню у , который е зависит от длины бд, и диэлектриеской проницаемости Сц.э изолятора длинительного эквивалента, диэлекрической проницаемости fcp среды, аполняющей чувствительный элемент ервичного преобразователя, и от квивалентного удлинения Kg , создааемого параметрами внешних цепей, одключаемых к первичному преобразоателю, чем достигается большая очность измерения уровня.

Предлагаемый резонансный уровнемер позволяет повысить точность измерения уровня электропроводных сред за счет уменьшения погрешности измерения, связанной с температурными воздействиями окружакнцей среды, изменением свойств газовой среды,.заполняющей.первичный преобразователь, и нестабильностью параметров внешни цепей, подключаемых к первичному преобразова телю.

РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным ком-- мутирующим устройством и двумя клю..чами, при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммиОд рования второго реверсивного счетчиСА9 ка, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и сл второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов.