Уровнемер Советский патент 1988 года по МПК G01F23/36 

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкостей преимущественно поплавковыми уровнемерами.

Целью изобретения является увели- ; чение диапазона измерений при одновременном уменьшении нелинейности градуировочной характеристики.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема уровнемера; на фиг. 2 и 3 - разрез А-А на фиг. 1, варианты; ; на фи1 . 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг о 5 и 6 - схемы вариантов расположения элементов уровнемера относительно измеряемого уровня жидкости; |г электронного усилителя 24. Произведение коэффициента усиления усилите10

двум шагам намотки спиралей 5 и 6.. Длина каждого из отрезков 11 и 12 труб равна половине длины намотки спиралей 5 и 6. Зазоры между стенками отрезков 1 и 12 труб и покрытиям 7 и 8 не превышают одного - двух шагов намотки спиралей 5 и 6.

Электронная часть уровнемера - ав тогенераторного типа. Чувствительны элемент 27 с помощью симметричных высокочастотных кабелей 25 и 26 вклю чен между симметричным входом и выходом широкополосного инвертирующего

на фиг. 7 - электрическая схема включения уровнемера.

На фиг. 1 - 7 обозначены диэлек- трическат труба 1, контролируемая среда 2, хомут 3, кронштейн 4, цилиндрическая спираль 5, цилиндрическая спираль 6 противоположной навивки, диэлектрические покрытия 7 и 8, . поплавки 9 и 10, отрезки 11 и 12 металлических труб наружной и внутренней установки соответственно, разъем 13, контакты 14 и 15, отводы 16 и

17верхних концов спиралей, заливка

18компаундом, слой 19 радиопоглоща- ющего материала, резистор 20, нижние концы 21 и 22 спиралей 5 и 6, общий поплавок 23, широкополосный инвертирующий электронный усилитель 24; симметричные высокочастотные кабели 25

и 26,- электродинамический чувствительный элемент 27, буферный усилитель 28 и периодомер 29.

Нижние концы цилиндрических спиралей опущены в сосуд до отметки нижнего контролируемого уровня жидкости 2, Отрезки металлических труб устанавливаются концентрично диэлектрической трубе 1 и размещены на одном общем поплавке 23 или на даух отдельных поплавках 9 и 10. В нижней части трубы установлен поглотитель электро- MarHHTHOii волны, выполненный в виде слоя 19 радиопоглощающего материалНе помещенного в зазор между спиралями 5 и 6, или выполненный в виде резистора 20, включенного между концами 21 и 22 спиралей 5 и 6, Сопротивление резистора 20 выбирается приблизительно равным эквивалентному волновому сопротивлению спиралей 5 и 6 для поверхностной волны противофазного .типа, Толщина стенок труб 1 не превышает шага намотки спиралей 5 и 6, Толщина покрытий 7 и 8 равна одному 20

25

30

35

40

45

35

ля 24 на коэффициент ослабления в элементе 27 и кабелях 25 и 26 выбирается превышающим единицу.

Уровнемер работает следующим образом.

Высокочастотная разность потенциалов, прикладьгоаемая между контактами 14 и 15 разъема 13, возбуждает в спиралях 5 и 6 поверхностную электро магнитную волну противофазного типа, распространяющуюся по-спиралям 5 и 6 и затем поглощаемую слоем 19 радиопоглощающего материала либо резистором 20,

При толщине стенок диэлектрической трубы 15 не превышающей шага намотки спиралей 5 и 6, нулевая пространствен ная гармоника электрического поля поверхностной электромагнитной волны противофазного типа практ1-1чески полностью сосредоточена в стенках ди электрической трубы 1 Во внешней по отношению к стенкам трубы 1 области присутствуют лишь высшие пространственные гармоникиJ поле которых отходит от боковых стенок трубы на .расстояние, не превышающее шага на мотки спиралей 5 и 6. Поэтому покрытия 7 и 8, ширина которых равна одному - двум шагам намотки спиралей 5 и 6j исключают взаимодействие электрического поля волны со средой, такойJ как контролируемая жидкость 2f пеной и газовой средой над жидкостью 2, осадками и загрязнениями на покрытиях 7 и 8. Тем самым предотвращается влияние случайного изменения диэлектрических свойств среды на фазовую скорость поверхностной волны, распространяющейся по спиралям 5 и 6.

Магнитное поле поверхностной волны содержит нулевую пространственную

электронного усилителя 24. Произведение коэффициента усиления усилите

двум шагам намотки спиралей 5 и 6.. Длина каждого из отрезков 11 и 12 труб равна половине длины намотки спиралей 5 и 6. Зазоры между стенками отрезков 1 и 12 труб и покрытиями 7 и 8 не превышают одного - двух шагов намотки спиралей 5 и 6.

Электронная часть уровнемера - автогенераторного типа. Чувствительный элемент 27 с помощью симметричных высокочастотных кабелей 25 и 26 включен между симметричным входом и выходом широкополосного инвертирующего

0

5

0

5

0

5

5

ля 24 на коэффициент ослабления в элементе 27 и кабелях 25 и 26 выбирается превышающим единицу.

Уровнемер работает следующим образом.

Высокочастотная разность потенциалов, прикладьгоаемая между контактами 14 и 15 разъема 13, возбуждает в спиралях 5 и 6 поверхностную электромагнитную волну противофазного типа, распространяющуюся по-спиралям 5 и 6 и затем поглощаемую слоем 19 радиопоглощающего материала либо резистором 20,

При толщине стенок диэлектрической трубы 15 не превышающей шага намотки спиралей 5 и 6, нулевая пространственная гармоника электрического поля поверхностной электромагнитной волны противофазного типа практ1-1чески полностью сосредоточена в стенках ди электрической трубы 1 Во внешней по отношению к стенкам трубы 1 области присутствуют лишь высшие пространственные гармоникиJ поле которых отходит от боковых стенок трубы на .расстояние, не превышающее шага на мотки спиралей 5 и 6. Поэтому покрытия 7 и 8, ширина которых равна одному - двум шагам намотки спиралей 5 и 6j исключают взаимодействие электрического поля волны со средой, такойJ как контролируемая жидкость 2f пеной и газовой средой над жидкостью 2, осадками и загрязнениями на покрытиях 7 и 8. Тем самым предотвращается влияние случайного изменения диэлектрических свойств среды на фазовую скорость поверхностной волны, распространяющейся по спиралям 5 и 6.

Магнитное поле поверхностной волны содержит нулевую пространственную

гармонику во внешней по отношению к стенкам диэлектрической трубы 1 области пространства и выходит за пределы покрытий 7 и 8, индуцируя электрические токи в выполненных из металла отрезках П и 12 труб. Индукция электрических токов в отрезках 11 и 12 приводит к уменьшению эквивалентного волнового сопротивления спиралей 5 и 6 в зоне нахождения отрезков 11 и 12 труб. Отраженная волна возвращается к разъему 13, частично отражается от него и вновь направляется в зону отрезков 11 и 12. В результате электродинамический чувствительный элемент уровнемера образует волно- водный резонатор с частотой основного резонанса

f - V/21,

где f - частота основного резонанса;

V - фазовая скорость поверхностной электромагнитной волны противофазного типа в спиралях 5 и 6;

t - расстояние между отводами 16 и 17 спиралей 5 и 6 и отрезками 11 и 12 металлических труб.

При изменении уровня жидкости 2 вследствие соответствующего перемещения поплавков 9 и 10 происходит перемещение отрезков 11 и 12 труб, что приводит к изменению расстояния 1. Соответственно изменяется и значение резонансной частоты, служащей информативным параметром чувствительного элемента.

Съем измерительной информации производится с помощью электронной

схемы автогенераторного типа. Чувствительный элемент 27 включен между

симметричным входом и выходом щироко- полосного инвертирующего усилителя 24. При условии выбора коэффициента усиления усилителя 24 и коэффициента ослабления в элементах 27 и кабелях 25 и 26 такими, что их произведение превьшает единицу, система усилитель 24 - чувствительный элемент 27 самовозбуждается и генерирует электрический сигнал с частотой, близкой к частоте основного резонанса. Этот сигнал с.выхода усилителя 24 через буферный усилитель 28 поступает на вход периодомера, показания которого соответствуют периоду сигнала с частотой f

Т 1/f 1/V,

где Т - период сигнала с частотой f.

При длине 1, превышающей два - три шага намотки спиралей (внутренней или внешней) 5 и 6, фазовая скорость V поверхностной волны противофазного типа слабо зависит от частоты f и градуировочная характеристика Т(1) уровномера близка к линейной.

Наилучшие результаты измерений достигаются при условии выбора длины отрезков 11 и 12 труб не менее четверти максимальной длины волны в спиралях или равной половине длины намотки спиралей 5 и 6,

20

Формула изобретения

Уровнемер, содержащий поплавок с закрепленным на нем металлическим

электродом и преобразователь, выполненный в виде подложки из диэлектрического материала, на поверхности которой нанесены металлические пок- рытия в форме спиралей со взаимно противоположным направлением намотки, начала спиралей электрргчески соединены с выходом генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, а также измеритель информативного параметра, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона измерений при одновременном уменьщении нелинейности градуировоч- ной характеристики, в него введен поглотитель электромагнитной волны, установленный на концах спиралей, подложка выполнена в виде вертикально установленной трубы, спирали на внутренней и внешней поверхностях подложки выполнены цилиндрическими

с одинаковым по модулю углом подъема витков, начала и концы спиралей размещены на одинаковых отметках подложки соответственно, при этом начала спиралей электрически соединены с

ходом измерителя информативного параметра преобразов ателя, выполненного виде измерит еля периода колебаний на резонансной частоте противофазной оверхностной электромагнитной волы, г металлический электрод выполен в виде отрезка трубы, концентричого подложке.

Фиг.

/ /.

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкостей поплавковыми уровнемерами. Цель изобретения - увеличение диапазона измерений при одновременном уменьшении нелинейное ти градуировочной характеристики. При измерении уровня жидкости 2 вследствие соответствующего перемещения поплавков 9, 10 происходит перемещение отрезков труб II и 12, что приводит к изменению расстояния между концами 16 и 17 спиралей 5,6 и отрезками труб 11 и 12. Соответственно изменяется и значение резонансной частоты, служащей информативным параметром чувствительного элемента. Съем измерительной информации производится с помощью электронной схемы автогенераторного типа. 7 ил. «.п i (Л со со о ел о «Uf

3 2

Фи1.5

//Г 25 2

:Г

л и II

f#

Ф1.

23

//г.7