Емкостной уровнемер Советский патент 1962 года по МПК G01F23/26 

Известны емкостные уровнемеры, предназначенные для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположениы.м Параллельно стеикам резервуара.

Предлагаемый емкостной уровнемер отличается от известных тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолированного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, каждая из которых подключается к мостовой измерительной схеме. Для исключения паразитной проводимости между соединительными проводами и резервуаром подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуществляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил .чабеля. Для исключения влияния геометрических размеров датчика и резервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметров изоляции датчика на погрешность измерения определение уровня раздела сред производится путем сравнения суммы проводимостей верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхности раздела сред, с проводимостью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела. Для защиты схемы уровнемера от воздействия паразитных электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, а также для практического исключения влияния емкости соединительного кабеля на погрешность измерения уровня сравнение соответствующих проводимостей производится посредством подключения рабочей и компенсационной секции датчика к шестиплечей мостовой схеме с тесной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновешиваемой при помощи реверсивного двигателя, управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия. Уравновешивание шестиплечей мостовой схемы с тесной индук№ 146521-2тиЕНОй СВЯЗЬЮ осуществляется посредством изменения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика. Изменение количества витков этих обмоток происходит при уравновешивании мостовой схемы таким образом, что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.

На фиг. 1 дано условное изображение датчика; на фиг. 2 - схема шегтиплечего моста ; на фиг. 3 - схема соединения датчика и моста.

Датчик описываемого емкостного уровнемера представляет собой цилиндрический проводник, состоящий из трех изолированных друг от друга и от внещней среды секций 1, 2 и 3, имеющих длины А, 2 и /з соответственно. Датчик расположен вертикально параллельно образующим цилиндрического проводящего резервуара 4. Нижняя часть датчика погружена в среду 5, уровень h которой подлежит измерению. Если все секции датчика находятся по отнощению к резервуару под одним и тем же напряжением, то, пренебрегая краевым эффектом, можно написать, что проводимость любого участка датчика по отношению к резервуару будет прямо пропорциональна длине участка, т. е.

,.l,(1)

где Yy - удельная проводимость, зависящая от геометрических размеров и взаимного расположения датчика и резервуара, электрических параметров среды и изоляции датчика;

У и / -полная проводимость участка датчика и его длина. Согласно выражению (1) для отдельных участков датчика

Y,,Y ,.Jl,-h) У,,, .Л

YZ - У ye 2

У, У,«-/я. (2)

где Уув и уи-удельные проводимости верхней и нижней (погруженной и свободной) частей датчика;

YIS, УХК, YZ и УЗ - полные проводимости соответствующих участков и секций датчика.

Участки УЗ и УЗ с цроводимостями, определяемыми согласно выражению (2), включены последовательно с обмотками 6, 7 и 8 (L|, L и 1з), намотанными па одном ферритовом сердечнике, и образуют схему шестпплечего моста, питаемого от источника У синусоидального переменного тока. В обмотку }0 (L) включен указатель (детектор) равновесия //. Все обмотки вЫПолнены так, что между ними существует тесная индуктивная связь.,. .

х-Нагнитные потоки, создаваемые токами /2 и /з в обмотках 7 i 8 (LZ и L3), вычитаются из магнитного потока обмотки 6 Li, создаваемого токОМ /1. Количество витков обмоток LI, L и LS разно соответственно «1, Лз и «3. Очевидно, что равновесие данного пгестиплечего моста наступит при условии

/1«1 -/2П2- 3«з 5(3)

При выполнении этого условия магнитный поток, связанный с обмотками LI, L:J, и -3, равен нулю и эквивалентные индуктивные сопротивления этих обмоток также равны нулю. Поскольку обмотки могут быть выполнены так, что их омические сопротивления будут пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлениями соответствующих, секцш) датчика, то можно записать, что

/. (Уи .J

-;, ,- (4)

Подставляя выражения (2) и (4) в (3), получают

(/гп1-/зЛз) У,„ -(,-/1«,,-/2Л2) ув 0(5)

Из этого выражения следует, что уравновешивание моста нужно производить таким образом, чтобы коэффициенты при Уун и Ууа принимали во время равновесия нулевые значения или

0

lini-hni/2«2 С(fO

Уровень h определяется из первого уравнения (6)

и отсчитывается по числу витков «з, которое должно быть регулируемым. Для выполнения второго условия (6) необходимо изменять число витков Я2. Исключая величину h из второго уравнения (6) и полагая для упрощения, что ,ч /, получают

Из выражения (7) следует, что при уравновешивании моста изменение количества витков Л2 и п необходимо производить так, чтобы их сумма оставалась постоянной.

Таким образом, показания описываемого уровнемера не будут принципиально зависеть ни от электрических параметров сред, уровень раздела которых измеряется, ни от геометрических размеров и взаимного расположения датчика и резервуара, ни от параметров изоляции датчика.

При .практическом осуществлении датчик выполняется из двухжильного изолированного кабеля, разделенного на три секции. Внутренние провода /2 и 13 кабеля служат для присоединения секций датчика к измерительной схеме. Для устранения нежелательных электромагнитных связей между резервуаром и элементами измерительной схемы уровнемера применен экран 14. Уравновешивание моста производится реверсивным двигателем 15, управляемым усилителем 16, в состав которого входит детектор равновесия.

Предмет изобретения

1.Емкостной уровнемер, предназначенный для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположенным параллельно стенкам резервуара, отличающийся тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолированного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, кажд.ая из которых подключается к мостовой измерительной схеме.

2.Емкостной уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения паразитной проводимости между соединительными проводами и резервуаром, подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуществляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил кабеля.

3.Емкостной уровнемер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния геометрических размеров датчика и резервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметров изоляции датчика на погрешность измерения, определение уровня разде-3-Л 146521

/г .«. «1

«2-T-«3 l -(7)

лй сред производится путем сравнения суммы проводимостеи верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхнс.сти раздела сред, с проводимост-ью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела.

4.Емкостной уровнемер по пп. I-3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения защиты схемы уровнемера от воздействия паразитпых электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, г также с целью практического исключения влияния емкости соединительного кабеля па погрещность измерения уровня, сравнение соответствующих проводимостеи производится посредством подключения рабочей и компенсационной секций датчика к щестиплечей мостовой схеме с тесной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновещиваемой ари помощи реверсивного двигателя, управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия.

5.Прибор ITO пп. 1-4, отличающийся тем, что уравновещивание щестиплечей мостовой схемы с тесной индуктивной связью осущестБ.чяется посредством из:1енения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика.

6.Прибор по пп. 1-5, отличающийся тем, что изменение количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям Датчика, происходит при уравновещивании .мостовой схемы таким образом, что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.