Уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля уровня жидкости в емкостях.

Целью изобретения является упрощение конструкции, увеличение чувствительности и расширение класса контролируемых жидкостей.

На фиг.1 показана конструкция уровнемера; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На металлической плоскости 1 размещается короткозамкнутый отрезок 2 диэлек- трическоговолноводас

короткозамыкателем 3, согласованная напАь

грузка 4. На расстоянии И

, где Аь длина волны в диэлектрическом волноводе, от короткозамыкателя 3 по центру волновода установлен активный элемент 5, например диод Ганна, ЛПД и т.д. На расстоянии

. п АЬ.

12 -т- от активного элемента 5 расположен диэлектрический волновод 6, предназначенный для размещения в контролируемую жидкость, выполненный гофрированным в виде чередующихся пазов

и выступов с периодом гофра d -Ј, длиной

1з, равной максимально возможной высоте уровня контролируемой жидкости.

При генерировании электромагнитной волны элементом 5 она распространяется по диэлектрическому волноводу 6, где происходит ее эффективное отражение от гофрированного участка в полосе частот, зависящей от величины глубины гофра, с центральной частотой, определяемой выражением Аь 2d (1). Таким образом диэлектрический волновод 6 является частотно

О

о

00

ел |

зависимым отражателем и совместно с отрезком 2 и короткозамыкателем 3 образует резонатор с рабочей длиной волны, определяемой выражением (1).

Параметры этого резонатора очень сильно зависят от параметров волновода б, в частности от его длины. Следовательно, в данном уровнемере волновод 6 является одновременно резонансной системой для ав- тодинного генератора с активным элементом 6, что приводит к значительному увеличению чувствительности устройства.

Для обработки автодинного сигнала, появляющегося при измерении параметров волновода 6, может быть использована любая схема выделения автодинного сигнала в цепи питания активного элемента 5.

Уровнемер работает следующим образом.

Активный элемент 5 генерирует электромагнитную волну, которая распространяется по волноводу 6, испытывает кумулятивное отражение от неоднородно- стей гофра и возвращается на активный элемент 5, тем самым обеспечивая положительную обратную связь в автодин- ном генераторе.

Модуль коэффициента отражения от гофрированного участка волновода б на резонансной частоте при отсутствии жидкости в емкости близок к единице. При покрытии жидкостью части гофрированного волновода 6 та часть, которая оказалась покрыта жидкостью, перестает быть волноведущей, и электромагнитная волна не распространяется по волноводу и, следовательно, не отражается от неоднородностей гофра, а излучается в жидкость. Таким образом, с увеличением уровня жидкости уменьшается длина волновода 6 и модуль коэффициента отражения от него уменьшается, а величина выходного сигнала увеличивается. Измерением величины выходного сигнала определяется уровень жидкости в емкости.

Величина модуля коэффициента отражения от волновода 6 при его фиксированной длине зависит от величины глубины гофра. Величина глубины гофра выбирается такой, чтобы при отсутствии жидкости в емкости модуль коэффициента отражения был близок к единице.

При измерении уровня жидкости в глубоких емкостях для сохранения линейной

зависимости модуля коэффициента отражения от величины уровня жидкости и повышения чувствительности устройства величина глубины гофра должна постоянно увеличиваться от нулевой до максимальной в направлении от верхнего конца волновода 6 до согласованной нагрузки 4.

Данный уровнемер позволяет существенно расширить применение уровнемеров

0 на основе диэлектрических волноводов.

Так как в уровнемере участок волновода 6, находящийся в жидкости, не является волноведущим, а для измерения уровня жидкости используется только та часть вол5 повода 6, которая находится вне жидкости, уровнемер позволяет измерять уровень всех жидкостей у которых Ez EL где Ез - диэлектрическая проницаемость жидкости; EI - диэлектрическая проницае0 мость волновода 6, уровень жидкостей у которых Е2 2: -Г7-,

где К 1, и зависит от поперечного сечения волновода 6, уровень потерных жидкостей 5 без сужения динамического диапазона устройства,

Формула изобретения Уровнемер, содержащий источник СВЧ0 колебаний, выход которого соединен с одним концом диэлектрического волновода, предназначенного для размещения в контролируемой жидкости, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции,

5 увеличения чувствительности и расширения класса контролируемых жидкостей, диэлектрический волновод выполнен гофрированным а виде пазов и выступов с периодом

,. гофра d -дг . где Ль - длина волны в диэлектрическом волноводе, другой конец диэ- лектрического волновода соединен с введенной согласованной нагрузкой, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде актив5 ного элемента, расположенного в короткозамкнутом отрезке диэлектрическоЗАь

-т-, при этом раего волновода длиной п

стояние между активным элементом и

50. пАь

короткозамыкателем равно h -к-, где

п 1.2.3

.А-А

фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - упрощение конструкции, увеличение чувствительности и расширение класса контролируемых жидкостей. Для этого на металлической плоскости 1 размещается короткозамкнутый отрезок 2 диэлектрического волновода с короткозамыкателем 3 и согласованной нагрузкой 4 на концах. На расстоянии L₁ = Nλ_в/2, где λ_в - длина волны в отрезке 2, от короткозамыкателя 3 по центру волновода установлен источник СВЧ-колебаний, выполненный в виде активного элемента 5, например диода Ганна, ЛПД и т.д. На расстоянии L₂ = Nλ_в/4 от активного элемента 5 расположен диэлектрический волновод 6, предназначенный для размещения в контролируемую жидкость и выполненный гофрированным в виде чередующихся пазов и выступов с периодом гофра D = λ_в/2 и длиной L₃, равной максимально возможной высоте уровня контролируемой жидкости. 1 ил.