Уровнемер для электропроводных жидкостей (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01F23/26 

тивлений. При этом изменяется индуктивное сопротивление обмотки 1 датчика, так как при изменении уровня жидкости 6 изменяется сопротивление цепи, состоящей из источника тока 11, обмотки 9, электрода. 8, жидкостного промежутка между электродом 8 и измерительным электродом 3, электрода 3 и переменного резистора 18, и соответственно ток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничива- ния магнитопровода (М) 2, При повышении уровня жидкости 6 уменьшается

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано для контроля уровня электропроводных химических продуктов и плавов и является Дополнительным к основному по авт. св. № 418739.

Целью изобретения является линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 схематически представлен уровнемер, общий вид; на фиг.2 - электрическая схема уровнемера; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вариант; на фиг. 4 - то же, что на фиг..2 вариант; на фиг. 5 - типичное распределение плотности тока между электродами.

Уровнемер по первому варианту (фиг. 1 и 2) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 1 которого размещена на О-образном магнитопроводе 2, пары измерительных электродов 3 и 4, опущенных в сосуд 5 на глубину контролируемого уровня, один из которых (электрод 3) расположен снаружи датчика и может быть замещен электропроводной стенкой емкости, а другой (электрод 4) проходит через внутреннее окно магнитопровода 2, причем концы электродов 3 и 4, находящиеся вне контролируемой жидкости 6, элек трически соединены между собой проводником 7. Дополнительный электрод 8 опущен в сосуд 5 также на глубину контролируемого уровня. Источник магнитного поля выполнен в виде обдлина КЗ витка, упеличиплетги тпк через обмотку 9, увсличиваотся степень подмагничивания М 2 и умеи1)П1а- ется индуктивность сопротивления обмотки 1 датчика; последняя теперь зависит одновременно от величины сопротивления КЗ витка и степени подмагничивания М 2. Этим достигается усиление сигнала на выходз моста 12. Представлены варианты устройства. Изобретение дополнительное к авт. св. № 418738. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

мотки 9 на П-образном сердечнике 10 подключенном к источнику 11 питания последовательно с электродом 3 и дополнительным электродом В. Магнитjj ное поле должно быть ориентировано вдоль плоскости магнитопровода 2 датчика. Дополнитепьный электрод 8 может проходит как через внутреннее окно магнитопровода 2, так и вне его

10 Обмотка 1 датчика включена в одно из плеч моста 12, в другое плечо которого для температурной компенсации включена о-бмотка 13, идентичная обмотке 1 и расположенная на таком же

15 0-образном магнитопроводе (не показан) , расположенном на крьплке сосуда 5 или вблизи него. В диагональ моста 12 включен индикатор 14 уровня. Для балансировки моста 12 имеет20 ся подстроечная катушка 15 индуктивности и переменный резистор 16, подключенный к витку 17, охватывающему обмотку 13. С помощью переменного резистора 18 устанавливается ток че25 рез обмотку 9 подмагничивания магнитопровода 2. Электроды 3 и 4, жидкость между ними и проводник 7 образуют короткозамкнутый виток. Электроды 4 и 8 выполнены из

30 провдлоки с высоким электрическим сопротивлением, например из конс- тантана.

Уровнемер работает следую1цим образом.

Изменение длины короткозамкнуто- го витка при изменении уровня приводит к изменению его активного и

35

3

viHflyKTHBHoro сопротивлений и nojFHo- го сопротивления датчика, которое имеет вид

Z(,)Z,tZ,

где RL - активное сопротивление

обмотки датчика; X - реактивное (индуктивное)

сопротивление обмотки датчика;

R ,Х - вносимые из короткозамкну- того витка активное и реактивное сопротивления, которые соответственно равны VP М2

R.

Вн (R +Rj2+(w.L,3e)

9 УС/

-(R.-bRj;

УР М

+R )2+(W-L

кзв

У

W L

Kje

- коэффициент взаимоиндукции

между обмоткой датчика и коротко замкнутым витком;

- активное сопротивление корот козамкнутого витка, складывающееся из сопротивления электродов и сопротивления жидкости между электродами; - реактивное (индуктивное)

сопротивление короткозамкну- того витка;

- полное сопротивление обмотки датчика при нижнем или верхнем положении уровня жидкости, т.е. когда измерительный мост сбалансирован; - величина изменения полного

сопротивления обмотки индуктивного датчика.

этом выходное напряжение моседеляется выражением

„ - Цпи. К дг

8ых

У-

wT

2„

отношение витков трансформатора питания.

По мере повышения уровня жидкости увеличивается R., . Но это увелиЙН

чение вносимого сопротивления носит нелинейньй характер, так как по мере увеличения уровня жидкости плотность тока через жидкостной промежуток по его сечению распределяется неравномерно, при этом максимальная

134

плотность тока сохраняется около поверхности жидкости. Чем выше уровень, тем больше в сумме (Ry+R.) влияние второго члена (R., так как по мере увеличения уровня скорость его уменьшения падает, а первый член (R) по мере повышения уровня линейно уменьшается .

Изменение вносимого реактивного сопротивления в значительной степени носит линейный характер, так как оно в основном определяется линейным изменением индуктивности короткозамкнутогд витка L

Kja

Таким образом, нелинейность выходного сигнала определяется преимущественно нелинейностью изменения вносимого активного сопротивления Rj , В то же время ток, проходящий по

обмотке подмагничивания сердечника, определяется величинами активного сопротивления дополнительного электрода Rд, и сопротивлением жидкостного промежутка R . Ток подмагничи ti

.вания равен

I

.

где и - напряжение источника питания;R. - сопротивление дополнительЛ У,

ного электрода.

Описанный характер изменения сопротивления жидкостного промежутка

между дополнительным и одним из измерительных электродов сохраняется и по мере повышения уровня жидкости скорость увеличения уменьшается. Без короткозамкнутого витка скорость изменения выходного сигнала с измерительного моста тоже уменьшалась бы, так как индуктивность датчика изменяется пропорционально изменению тока подмагн1тчивания 1.

При одновременном воздействии на индуктивный датчик короткозамкнутого витка и тока подмагничивания выходной сигнал моста линеаризуется. Одновременно благодаря действию магнитного усилителя повьшгается чувствительность уровнемера.

При каком-то уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки 15 индуктивности и переменного

резистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяется длина короткозамкнутого витка, образованного измерительными электрода- /

S1

ми 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6 между электродами 3 и 4, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного Х„ сопротивлений. При этом изменяется и индуктивное сопротивление X самой обмотки 1, так как при изменении уровня жидкости 6 изменяется сопротивление цепи, состоящее из источника 11 тока, обмотки 9, дополнительного электрода 8, жидкостного промежутка между дополнительным 8 и измерительным 3 электродами, электрода 3 и переменного резистора 18,, а также ток, проходящий по этой цепи, и степень- подмагничивания магнитопровода. При повьшении .уровня жидкости 6 . уменьшается длина короткозамкнутого витка и увеличиваются вносимые индуктивное Xg и активное Rgj, сопротивления. Одновременно увеличиваются ток через обмотку 9 и степень подмагничивания магнитопровода 2 и уменьшается индуктивность 1 датчика. В выражении для Z одновременно уменьшается значение индуктивного сопротивления, обмотки 1 датчика и увеличивается значение вносимого в обмотку 1 индуктивного сопротивления X.,,

В н

из короткозамкнутого витка. Индуктивность обмотки 1 теперь зависит одновременно от величины сопротивления короткозамкнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 2. Этим достигается усиление сигнала на выходе моста 12. Одновременно линеаризуется зависимость выходного сигнала датчика от величины уровня, так как направления изменения скоростей выходного сигнала на выходе моста 12 от изменения длины электродов 3 и 4 короткозамкнутого витка и от изменения тока подмагничивания 1„ при изменении длины дополнительного, электрода 8 взаимно противоположны.

Уровнемер по второму варианту (фиг, 3 и 4) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 19 которого размещена на 0-образном магнитопроводе 20, пары измерительных элек-- тродов 21 и 22, опущенных в сосуд 23 на глубину контролируемого уровня жидкости 24, один из которых (электрод 21) расположен снаружи датчика и может быть заменен электропроводной стенкой емкости 23, а другой (электрод 22) проходит через внутрен37913ft

нее окно магнитопровода 20. Источник магнитного поля выполнен в виде обмотки 25 на П-образном сердечнике 26, которая подключена к источнику 27 гш- J тания последовательно с электродами 21 и 22, причем концы электродов 21 и 22, находящиеся вне жидкости 24, соединены конденсатором 28. Магнитное поле сердечника ориентировано вдоль

10 плоскости магнитопровода 20. Обмотка 19 датчика включена в одно из плеч моста 29, в другое плечо которого для температурной компенсации включена обмотка 30, идентичная об15 мотке 19 и расположенная на таком же 0-образном магнитопроводе (не показан) , находящемся на крышке сосуда или Е:близи него. В выходную диагональ моста 29 включен индикатор

20 31 уровня. Для балансировки моста 29 имеется подстроечная катушка 32 индуктивности и перемеиньй резистор 33, подключенный к витку ЗА, охватывающему обмотку 30. С помощью пере25 манного резистора 35 устанавливается ток через обмотку подмагничивания 25. В данном варианте.электрод 22 должен обязательно проходить через внутреннее окно магнитопровода 20 для

30 создания на нем короткозамкнутого витка. Так же, как и в первом ва- арианте, электрод 22 выполнен из материала с высоким электрическим сопротивлением. Выполнение одного или

35 обоих электродов из материала с высо- КИМ сопротивлением позволяет расширить диапазон контролиуремых жид костей в сторону малых значений их проводимостей.

Этот уровнемер работает так же, как уровнемер по первому варианту. При каком-то уровне жидкости 24 мост 29 с помощью подстроечной катушки 32 индуктивности и переменного резистора 33 балансируется. При изменении уровня контролируемой жидкости изменяется длина коротко- замкнутого витка, образованного тродами 21 и 22, конденсатором 28 и жидкостью 24 между электродами 21 н 22, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в-обмотку 19 датчика активного R , и ивдуктивного Х сопротивлений. При этом изменяется и индуктивное сопротивление Х самой обмотки 19, так как при изменении уровня жидкости 24 изменяется сопротивление цепи подмаг45

50

ничивания, состоящей из источника 27 тока, обмотки 25, электрода 22, жидкостного промежутка между электродами 22 и 21, электрода 21 и переменного резистора 35, а также ток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопрово- да 20. При повышении уровня жидкости 24 уменьшается длина короткозамк нутого .витка и увеличиваются вносимые индуктивное X и активное Rg сопротивления. Одновременно увеличивается ток через обмотку 25, увеличивается степень подмагничивания магнитопровода 20, уменьшаются его магнитная проницаемость и индуктивность обмотки 19 датчика. В выражении для Z одновременно уменьшается значение индуктивного сопротивления X, обмотки 19 датчика и увеличи

вается значение вносимого в обмотку 19 со знаком минус индуктивного сопротивления Х . Индуктивность обмотки 19 датчика зависит одновременно от величины сопротивления коротко заг кнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 20.

Одновременно с увеличением изменения выходного сигнала достигается его линеаризация, так как направле- ния изменения скоростей выходного сигнала на выходе моста 29 от изменения длины электродов 21 и 22, образующих короткозамкнутый виток, и длины тех же электродов, образующих цепь подмагничивани} обмотки 25, взаимно противоположны при изменении длины погруженных в жидкость частей электродов.

Для уменьшения погрешности от по- ляризации в качестве, источников 11 и 27 тока использованы генераторы разнополярных импульсов. Длительност

o

0

5

0

импульсов может в десятки и сотни раз превьш1ать период колебаний источника переменного тока, к которому подключены измерительные мосты 12 и 29.

Формула изобретения

1.Уровнемер для электропроводных жидкостей по авт. св. № 418738, отличающийся тем, что,

с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измеряемого уровня и повьш1ения чувствительности, 5 уровнемер снабжен дополнительным

электродом, опущеншлм в сосуд на глубину измеряемого уровня, источником питания и сердечником, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, с обмоткой подмагничивания, одним концом соединенной с дополнительным электродом, а другим подключенной к первой клемме источника питания, вторая клемма .которого соединена с общей точкой пары измерительных электродов

2.Уровнемер для электроприводных жидкостей по авт. св. № 418738, отличающийся тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измеряемого уровня и повьш1ения чувствительности уровнемер снабжен последовательно соединенными источником питания, обмоткой

подмагничивания сердечника, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, и конденсатором, включенным между верхними концами пары измерительных электродов,

3. Уровнемер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде генератора разнополярных импульсов.

L... Ч1 ШшЖ:г L

ш

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля уровня электро19 проводных химических продуктов и плавов. Цель изобретения - линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышение чувствительности уровнемера. При каком- то определенном уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки индуктивности 15 и переменного резистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяется длина короткозамкнутого (КЗ) витка, образованного измерительными электродами 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6, что,приводит к изменению вносимых из КЗ витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного сопроа S (Л ./f ИМ1 Ю Од СО оо ,fM.Z

S3:ss33sssss:s33sssssssssi33335S23s: :

(fjue.1

кх х д хклллуу у ллгУ у ;л лх

фиё.З

-22

,21 ,23

.г4

f)

30

ff