Емкостный уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/26 

СП

с

Использование: измерение уровней неэлектрических жидкостей Сущность изобретения: датчики 4 и 5 выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, одни из электродов обоих датчиков покрыты слоем изоляции, датчики 4 и 5 расположены в резервуаре параллельно друг другу на одной высоте. Дополнительно введены четыре переключателя 13, 14, 15 и 16, третий трансформатор 18 с двумя регулируемыми обмотками, два регистра 22 и 23 и триггер 25 2 ил

Пз

VI

О- 00 Ю Ю О

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей.

Известны емкостные уровнемеры, содержащие рабочий и компенсационные датчики, включенные в мостовые цепи. Однако эти уровнемеры обладают недостаточной точностью при изменении удельной электропроводности измеряемой среды по высоте резервуара, так как измерительный и компенсационные датчики находятся в разных условиях по отношению к этому изменению (расположены на разной высоте).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной уровнемер, содержащий генератор рабочий, нижний и два верхних компенсационных датчика, включенных в измерительную цепь, содержащую два трансформатора, один из которых (второй) имеет регулируемую обмотку. Выходной сигнал измерительной цепи пропорционален разности токов измерительного и компенсационных датчиков. Благодаря использованию верхних и нижних компенсационных датчиков исключается влияние на результат измерений изменений электрических параметров нижней, контролируемой, и верхней, обычно газовой, сред. Однако при этом устраняется полностью влияние изменений диэлектрической проницаемости контролируемой среды только в зоне расположения нижнего компенсационного датчика, который по принципу действия описанного устройства располагается ниже зоны контроля уровня рабочим датчиком. Поэтому устройство не позволяет корректировать погрешности, вызванные изменением параметров сред по высоте резервуара.

Изменение свойств контролируемой (жидкой) среды по высоте имеет место при измерении уровня в больших по высоте резервуарах, при этом из-за гидростатического давления верхних слоев жидкости на нижние происходит изменение плотности жидкости, давления, а в ряде случаев и температуры, и, как следствие, изменение диэлектрической проницаемости по высоте.

При этом изменяется также диэлектрическая проницаемость парогазовой смеси над поверхностью жидкой среды. Особенно эти эффекты проявляютсядля случаев измерения уровня, криогенных жидкостей (сжиженных газов), которые имеют малые значения диэлектрических проницаемо- стей. При этом максимальная погрешность может достигать 5% от диапазона измерения. Наличие этой погрешности является недостатком устройства-прототипа.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Это достигается тем, что в емкостном уровнемере, содержащем генератор переменного напряжения,

первый и второй.трансформатор, четыре емкостных датчика, механизм дискретного уравновешивания и регистрируюзий прибор, при этом генератор переменного напряжения подключен к первой обмотке

0 первого трансформатора; первый и второй емкостные датчики одним из электродов подключены ко второй обмотке первого трансформатора, третий и четвертые емкостные датчики одним из электродов под5 ключены к третьей обмотке первого трансформатора, а вторые электроды первого и второго датчиков соединены попарно со вторыми электродами третьего и четвертого датчиков и подключены к первой и вто0 рой обмоткам второго трансформатора, третья обмотка которого соединена с первой обмоткой первого трансформатора, первый и второй датчики выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, имею5 щих изоляционные покрытия с различными значениями диэлектрической постоянной, и установлены на одной высоте параллельно друг другу, дополнительно введены четыре переключателя, третий трансформатор с

0 двумя регулируемыми обмотками, два регистра и триггер, счетный вход которого соединен с первым выходом механизма дискретного уравновешивания, а прямой выход триггера соединен с входами второго

5 регистра, третьего и четвертого переключателей и входом записи регистрирующего прибора, инверсный выход соединен с входами первого регистра, первого и второго переключателей, а входы первого, второго,

0 третьего и четвертого переключателей связаны соответственно с первой, третьей, второй обмотками второго трансформатора и второй обмоткой первого трансформатора, первые выходы первого и

5 четвертого переключателей соединены между собой и связаны со второй регулируемой обмоткой третьего трансформатора, а первые выходы второго и третьего переключателей соединены между собой и связаны

0 с первой регулируемой обмоткой третьего трансформатора, при этом вторые выходы четырех переключателей, первая и вторая обмотки третьего трансформатора, третья обмотка второго трансформатора и вторая

5 обмотка первого трансформатора соединены с общей точкой, а третья обмотка третьего трансформатора соединена с входами механизма дискретного уравновешивания, второй выход которого соединен с входами первого и второго регистров, выходы которых соединены с регулируемыми обмотками третьего трансформатора Положительный эффект заключается в повышении точности измерения Это достигается за счет того, что к изменениям пара- метров контролируемых сред в одинаковой мере в отличие от прототипа чувствительны оба рабочих датчика Эффективность компенсации дополнительной погрешности, вызванной градиентом, по сравнению с ус- тройством-прототипом составляет для жидкостей с малыми значениями диэлектрических проницаемостей (Еж 1,2. .2,0) десятки-сотни раз, а для жидкостей с Еж 3 эффективность компенсации достигает не- скольких тысяч

Преимуществом предлагаемого устройства являе1ся некоторое расширение рабочего диапазона измерения в сторону малых значений уровня в связи с отсутствием ниж- него компенсационного датчика Этот датчик в устройстве-прототипе расположен ниже рабочего а измерения возможны только после его почного погружения в контролируемую в результате чего обоа- зуется зон неконгропируемого уоовня Такая зона принципиатьно полностью отсутствует в предлагаемом устройстве

На фиг 1 преде °пенЈ схема емкостного уровнемера на 11 2 разрезы двух коаксиально-цилиндрических датчиков уровня

Емкостный уровнемео содержит генератор 1 переменного напряжения подключенный к первичной обмотке трансфер- матора 2 Один из выводов вторичной обмотки 3 этого трансформатора подключен к точке соединения потенциальных электродов погружаемых в жидкость датчиков 4 и 5 уровня Один из выводов вторичной обмот- ки 6 трансформатора 2 подключен к точке соединения потенциальных электродов расположенных вне контролируемой среды (компенсационных) датчиков 7 и 8 уровня Токовые электроды датчиков 4 и 7 соедине- ны вместе и подключены к одному из выводов обмотки 9 трансформатора 10 Токовые электроды датчиков 5 и 8 также объединены и подсоединены к одному из выводов обмот ки 11 этого же трансфооматора Вторые выводы обмоток 9 11 и 12 связаны со входами переключателей 13 1-4 и 15 соответственно а вход переключателя 16 подключен ко второму выводу обмотки 6 трансформатора 2 Первые выходы переключа1влей 13 и 16 соединены вместе и связаны с одним из выводов регулируемой обмотки 17 трансформатора 18 Пеовые выходы переключателей 14 и 15 также объединены и подключены к одному из выводов регулируемой обмотки 19 того же трансформатора Вторые выводы переключателей 13 14, 15 и

16а также второй вывод обмотки 3 транс фооматора 2, второй вывод обменки 12 трансфооматора 10 и вторые выводы обмоток 17 и 19 соединены вместе и выведены на общую заземляющую точку устройства Выходная обмотка 20 трансформатора 18 связана с механизмом 21 дискретного уравновешивания второй выход которого подключен ко входам регистров 22 и 23 а также ко входу цифрового регистрирующего устройства 24 Первый выход механизма 21 дискретного уравновешивания подсоединен к счетному входу триггера 25, инверсный выход которого связан со входами управления регистра 23, а также переключателей 12 и 15 Прямой выход триггера 25 подключен ко входам управления регистра 22 переключателей 14 и 16, а также ко входу записи регистриоующего устройства 24 Выходы регистров 22 и 23 связаны с управляющими входами регулируемых обмоток

17и 19 рансформатора 18

На фиг 2 представлены разрезы двух коаксиально-цилиндрических датчиков уровня 4 и 5 у которых внутренние электроды 26 и 27 покрыты слоями диэлектриков 28 и 29 В качестве рабочих датчиков 4 и 5 уоовня используются дза однотипных емкостных датчика с одинаковой конфигурацией электродов (это могут быть два плоскопь- раллельных два коаксиально-цилиндрических датчика и тд) Оба датчика выбираются одной и той же длины Располагаются датчики в резервуаре параллельно друг доуу на одной и той же высоте Одни из электродов обоих датчиков покрываются слоями изоляции причем толщина покрытия д и $2 для каждого из емкостных датчиков 4 и 5 должна быть различной (если оба датчика покрыты одним и тем же материалом (диэлектриком)) ити может быть одинаковой в случае использования различных типов покрытий Внешние электроды 30 и 31 датчиков 4 и 5 не содержат покрытий

При включении датчиков 4 и 5 в схему уровнемера согласно фиг 1 внутренние электроды 26 и 27 являются потенциальными а внешние электроды 30 и 31 - токовыми При этом электроды 26 и 27 соединены между собо/ и с одним из выводов обмотки 3 трансформатора 2 Токовый электрод 30 датчика 4 соединен с токовым электродом компенсационного датчика 7 и с одним из выводов обмотки 9 трансформатора 10 ч о- ковый электрод 31 датчика 5 подключен к токовому электроду компенсационного датчика 8 и к одному из выводов обмотки 11 трансформатора 10

Конструкция и расположение компенсационных датчиков 7 и 8 идентичны верхнему компенсационому датчику устройства-прототипа. В частности, оба компенсационных датчика могут быть выполнены аналогично рабочим и расположены в сосуде горизонтально, но обязательно выше максимальной обмотки уровня (вне констролируемой среды).

Формула изобретения Емкостный уровнемер, содержащий генератор переменного напряжения, первый и второй трансформаторы, четыре емкостных датчика, механизм дискретного уравновешивания и регистрирующий прибор, при этом генератор переменного напряжения подключен к первой обмотке первого транс- Форматора, первый и второй емкостные датчики одним из электродов подключены к второй обмотке первого трансформатора, третий и четвертый емкостные датчики одним из электродов подключены к третьей обмотке первого трансформатора, а вторые электроды первого и второго датчиков соединены попарно с вторыми электродами третьего и четвертого датчиков и подключены к первой и второй обмоткам второго трансформатора, третья обмотка которого соединена с первой обмоткой первого трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, первый и второй датчики выполнены с одинаковой конфигурацией электродов, кмеющих изоляционные покрытия с различным:/ значениями диэлектрической постоЬ

7

янной, и установлены на одной высоте параллельно друг другу, дополнительно введен четыре переключателя, третий трансформатор с двумя регулируемыми обмотками, два регистра и триггер, счетный вход которого соединен с первым выходом механизма дискретного уравновешивания, а прямой выход триггера соединен с входомами второго регистра, третьего и четвертого переключателей и входом регистрирующего прибора, инверсный выход соединен с входами первого регистра, первого и второго переключателей, а входы пер- вого, второго, третьего и четвертого

переключателей связаны соответственно с первой, третьей, второй обмотками второго трансформатора и второй обмоткой первого трансформатора, первые выходы первого и четвертого переключателей соединены

между собой и связаны с второй регулируемой обмоткой третьего трансформатора, а первые выходы второго и третьего переключателей соединены между собой и связаны с первой регулируемой обмоткой третьего

трансформатора, при этом вторые выходы четырех переключателей, первая и вторая обмотки третьего трансформатора, третья обмотка второго трансформатора и вторая обмотка первого трансформатора соединены с общей точкой, а третья обмотка третьего трансформатора соединена с входами механизма дискретного уравновешивания, второй выход которого соединен с входами первого и второго регистров, входы которых

соединены с регулируемыми обмотками третьего трансформатора.

Л