Устройство для измерения уровня вещества Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения положения границы раздела сред, в частности криогенных сред, независимо от электрофизических параметров обеих сред.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена схема устройства: на фиг. 2 - графики зависимостей резонансных частот от положения границы раздела сред для .различных (трех) вариантов схемы с коммутацией нагрузок.

На фиг. 1 введены обозначения: 1 и 2 - среды, образующие границу раздела, 3 - отрезок длинной линии, 4 - короткозамыкающий проводник, 5-внутренний протяженный проводник, 6 - внутренняя труба, 7 - наружная труба, 8, 9 - нагрузочные сопротивления, содержащие коммутационные диоды, 10 - коммутатор, 11 - вторичная аппаратура, 12 - элемент возбуждения колебаний, 13 - изолятор, 14 - элемент съема колебаний.

Отрезок длинной линии 3 образован со- осно расположенными внутренним протяженным проводником 5 и трубами 6 и 7. Труба 7 в ее нижней части соединена накоротко с внутренним проводником 5 с помощью короткозамыкающего проводника 4, при этом образуется U-образный отрезок длинной линии 3. Нагрузочное сопротивление 8 включено между внутренним протяженным проводником 5 и внутренней трубой 6 и подключено к коммутатору 10. Нагрузочное сопротивление 9 включено между внутренней трубой 6 и наружной трубой 7 и подключено к коммутатору 10.

В качестве нагрузочных сопротивлений 8. 9 могут быть использованы сами коммутационные диоды, которые являются корот- козамыкающими перемычками (открытый диод) или создают обрыв (закрытый диод). Нагрузочное сопротивление 9 содержит два диода, это необходимо для обеспечения независимого управления обоими нагрузочными сопротивлениями. Отрезок длинной линии 3 соединен с вторичной аппаратурой

11с помощью элементов возбуждения и съема колебаний 12 и 14.

Устройство работает следующим образом.

Через элемент возбуждения колебаний

12высокочастотная энергия от генератора, входящего в состав вторичной аппаратуры 11, поступает в отрезок длинной линии 3. Через элемент съема колебаний 14 осуществляется отвод напряжения от отрезка длинной линии 3 во вторичную аппаратуру 11, где происходит измерение резонансных частот отрезка длинной линии 3. Коммутатор 10 по управляющим сигналам от вторичной аппаратуры 11 открывает или закрывает коммутационные диоды нагрузочных сопротивлений 8. 9.

Процесс измерения делится на три этапа. В первом этапе диоды в нагрузках 8, 9 заперты. Отрезок длинной линии 3 в этом случае возбуждается как полуволновый, разомкнутый на концах (емкостью диодов пре- небрегаем). В этом случае энергия электрического поля равна нулю в середине отрезка длинной линии и максимальна на концах. Для U-образного отрезка получается выходная характеристика как у четверть- волнового отрезка длинной линии, короткозамкнутого внизу. На втором этапе измерения диоды в нагрузках 8, 9 открыты. Энергия электрического поля в этом случае максимальна в середине отрезка длинной линии и минимальна на концах. Для U-образного отрезка этому соответствует выходная характеристика, как у четвертьволнового отрезка длинной линии, короткозамкнутого вверху. На третьем этапе диод в нагрузке 8 открыт, а диоды в нагрузке 9 заперты, В этом случае отрезок длинной линии 3 возбуждается как четвертьволновый, для U-образного отрезка получаем распределение энергии электрического поля близкое к линейному.

В процессе трехэтапного измерения определяются резонансные частоты соответственно fi, fa, fa. На фиг. 2 изображены графики зависимостей резонансных частот fi. f2, f3 от координаты границы раздела

(этим частотам соответствуют кривые 1, 2, 3).

На фиг. 2 обозначены: I- длина отрезка длинной линии от его нижнего до верхнего торца; fio, f20, fso - начальные (то есть при

наличии в емкости только одной из сред) резонансные частоты; fi, fa, fs - текущие значения резонансных частот.

. Совместное преобразование резонансных частот f 1 (Z), f2 (Z). fa (Z) во вторичной

аппаратуре 11 позволяет достичь независимости результата измерения координаты Z от диэлектрических проницаемостей обоих сред. Инвариантная к изменению диэлектрической проницаемости обеих сред зависимость имеет при этом следующий вид:

A(Z)

ffi/ffi - 1

г/ 10ч2/ДзСК21

KlP ми -.

1

Формула изобретения Устройство для измерения уровня вещества по авт.св. № 1647273, отличающееся тем, что, с целью повышения точнр- сти измерений, отрезок коаксиальной длинной линии снабжен дополнительной трубой, установленной коаксиально с ним и соединенной в ее нижней части с внутренним проводником отрезка коаксиальной длинной линии, и введено дополнительное нагрузочное сопротивление, подключенное к верхнему торцевому участку между отрезком коаксиальной длинной линии и допол- нительной трубой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения координаты границы раздела сред, в частности несмешивающихся жидкостей, независимо от электрофизических параметров обеих сред. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается за счет того, что отрезок длинной линии 3. который является первичным измерительным преобразователем, выполнен из двух частей, соединенных последовательно друг с другом нижними торцевыми участками, а к верхним торцевым участкам подключены нагрузочные сопротивления 8, 9, содержащие коммутационные диоды. При работе устройства происходит измерение резонансных частот первичного преобразователя при открытых и запертых диодах с последующим сравнением их во вторичной аппаратуре для определения уровня границы раздела. 2 ил.

&,. ю % V

Фиг.2

fz/t