Бесконтактный емкостный датчик уровня Советский патент 1985 года по МПК G01F23/26 

7 4 / г/ 7 ff ff 3 1 Изобретение относится к области измерения и контроля положения уровня жидких и сыпучих сред без непосредственного контакта с ними. Цель изобретения - повышение точности при контроле уровня. На фиг. 1 показана электродная система предлагаемого датчика; на фиг. 2 и 3 схематически изображена электродная система датчика с )соответствующими картинами полей в средах с диэлектрической прони)даемостью €, « f га о о - диэлектрическая проницаемость воздуха; на фиг. 4 - схема электродной снетеме Д4тчнка, совмещенная с электрической схемой замещения, а также ее соединение с высокочастотными понижающим транс форматором связи (ТС) и источником импульсного напряжения. Датчик содержит высокопотенциальный 1, низкопотенциальный 2, охранный 3 электроды. Низкопотенциальный и охранный электроды расположены на диэлектрических подложках 4 и 5. Для жесткости конструкции подложки крепятся в металлических держателях 6. Обращенная к контролируемой среде часть датчика покрыта защитным изоляционным слоем 7. Подложки 4 ;и 5 соеди нены клеевым составом или мо1-ут быть выполнены как одна, а одноименные электроды, расположенные на указанных подложках, как охранные, так и низкопотенциальные соединены электрически соответственно в эквивалентные электроды датчика. Высокопотенциальный электрод 1 соединен с источником напряжения (фиг. 4), а первичная обмотка высокочастотного трансформато ра связи с электродной системой охранного и низкопотенциального электродов Датчик работает следующим образом. Между высокопотенциальным, низкопотенциальным и охранным электродами существует емкостная связь, которая эквивалентными емкостями Ci и С (фиг. 4). Эквивалентная емкость С образует колебательный конТур с первичной обмоткой высо кочастотного трансформатора связи. На время действия импульса напряжения в электродной системе датчика запасается энергия, вел1иина которой определяется характеристикой сред или положением их границы раздела. После окончания действия импульса напряжения эта энергия рассеивается преимущественно на колебательном контуре в режиме свободнозатухающих коле баний, которые могут наблюдаться на втор 1чной обмотке трансформатора. В качестве информативных параметров мо гут быть выбраны временной интервал, крат 3 ный полупериоду свободнозатухающих колебаний, или коэффициент затухания этих колебаний. Эти интегральные характеристики меняются при изменении любого параметра, который влияет на потокораспределение электрического поля между высокопотеициальным и низкопотенциальным электродами, а также межу низкопотенциальным и охранным электродами. Поэтому датчик работоспособен при любых диэлектрических проницаемостях f и при любых удельных электропроводностях . у сред, окрзокающих электродную систему датчика. При дифференциальном включении нескольких пространственных разнесенных по высоте датчиков может быть исключено общее для датчиков влияние параметров У , причем разностный сигнал в этом случае будет характеризовать неоднородность среды, например положение границы раздела двух несмешивающихся жидкостей или их уровень. При покрытии стороны датчика, обращенной к контролируемой среде,. материалом с малой адгезией, например фторопластом, датчик может работать в средах с большой вязкостью, например мазуте. При диэлектрической проницаемости среды, окружающей датчик (f, fо), поток электрического поля с высокопотенциального электрода в переходном процессе нарастания поляризации почти полностью замыкается на низкопотенциальные электроды, локализуясь на краях тонкого, плоского низкопотенциального электрода. Так как низкопотенциальные электроды,. распЪложенные на противоположных сторонах подложек, имеют одинаковый потенциал, то поле в области подложки межцу указанными электродами отсутствует. Это положение остается верным и при оценке распределения поля вблизи охранных электродов. Иными слова- . ми, если кратчайщие расстояния между низкопотенцйальными и охранными электродами остаются больше соответствующих расстояний между высокопотенциальным и низкопотенциальными электродами, то почти весь поток между низкопотенциальными и охранными электродами оказывается локализованным в приповерхностной зоне подложки и в среде, окружающей электроды, так, как схематически показано на фиг. 2. При относительно большой диэлектрической проницаемости среды, окружающей датчик () происходит деформация потокораспределения электрического поля за счет электрических зарядов, инду1Шрованных на поверхности раздела диэлектрическое покрытие - окружающая среда, влияние которых можно учесть, воспользовавшись принципом частичного или полного зеркальных отражений. Поток электрического поля в этом случае тоже оказывается локализованным как в приповерхностной зоне подложки, так и в защитном изоляционном покрытии так, схематически показано, на фиг. 3. Энергия электрического поля, запасаемая в системе элект родов в процессе нарастания поляризации, увеличивается, что при неизменных прочих условиях выражается в эффекте возрастания эквивалентных емкостей Cj и Cj. Дей ствительно, пользуясь упомянутым принципом зеркальных отражений, легко установить, .что деформация потоко-распределения электрического поля и рост энергии поля .не приводят к шуитированию потока ноля с низкопотенциального электрода на охранный электрод только тогда, когда ра стояние между высокопотенциальным злектродом и его зеркальным отражением будет соответственно больше, чем расстояние между низкопотенциальным электродом и его зеркальным отражением. При изменении как положения границы раздела сред, так и при произвольных переменных характеристиках сред эти вариации параметров не. должны во всем рабочем диапазоне датчика оказывать сушественного влияния на уровни выходных сигналов. Это требование будет выполнено, если рабочие изменения емкостей удовлетворяют условию: ЭС, Эс C,Co)CjCo), где h уровень контролируемой среды.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ, содержащий диэлектрическую подложку, четыре соединенных между собой плоских низкопотенциальных электрода и высокопотенциальный плоский электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля уровня жидких и сыпучих сред, в датчик введены дополнительно четыре соединенных между собой охранных электрода, высокопотенциальный электрод расположен по оси симметрии внутри подложки, а низкопотенщшльнь е электроды и охранные электроды расположены на противоположных поверхностях подложки параллельно высокопотенциальному электроду и попарно симметрично относительно него, при этом каждая пара противолежащих низкопотенциальных электродов размещена в промежутке между высокопотенциальным и парой противолежащих охранных электродов. . (Л с

f«(f2d