Резонансный датчик уровня Советский патент 1976 года по МПК G01F23/284 

(54) РЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ

Изобретерше относится к резонансным датчикам уровня и может быть использовано в автоматических системах для измерения уровня сред с любыми электрок агнитр1ыми свойствами.

Известны резонуHCHbje датчики уровня, выполнеР1ные в виде от1-)езка однородной коаксиальной длинной линии.Такие датчики обеспечивают вьюокую точнос-ть измере.ния уровня сред, являющихся достаточно

хорошими диэлектриками или достаточно хорошими проводникам.

Недостатком известных датчиков уровня является непригодность их для измерения уровня несовершенных диэлектриков и проводников (полупроводниковых сред).

Кроме того, поскольку дл$ таких датчиков уровня различен характер зависимости резонансной частоты колеблнкй от уровня диэлектрических и электропроводных сред, то это вызывает необходимость перестройки электрониогэ блсжа вторичнэй аппаратурь.

Для раси1Ирерп1я диапазон/ измеряемых сред в предлагаемом датчико уровня внут 1ренний проводник отрезкадлишгой линии покрыт 113олирую 1ей дизлектрической оболочкой по всей его длине, причем произведе1гие отнощэння диэлектрической проницаемости материала оболочк к диэлектрической проHHuaeN/CGTH измеряечшй среды и частного от делен1 Я логарифла отношения диаметра BHeiiHiero проводника отрезка длинной линии к диаметру оболочки на логарифм отношения диаме- ра оболочки к диаметру внутреннего проводника не превьниает 0,2.

На фиг. 1 представлен график выходной характеристики датчика (зависимость резонансной частот -, колебсишй от уровня: линия I соответствует злполгшнию системы идеалг- ной диэлектрической, а линия Н - идеальной проводя цей средами); на фиг, 2 - cxeNia описываемого датчика,

Датчик вьп1С1Лнен в виде отрезка однородной коаксиа.шной длинной линии и содержит внутренний проЕ10дник 1 с диаметром О. , оболочку внутре 1не о гп.ювЬдника 2 с диаметром т и внешний нрсводник 3 с диачтетром Ctj, ,

Для обеспече 1ия возчожности получения икформадии об уровне в сосуде нроб- ходимо.чтобы добротность QL полностью . заполненной измеряемой средой системыб па не ниже критического значения CL «П этом обычно И 1О. Без учета потерь электромагнитной энергии в конструкции резонансной системы это приводит к необ ходимости выполнения неравенства 0,1 так KaKtg-if -q-, где g Г , эффективное значение TaTirelica угла диэлектрических потерь в данной двухслойной диэлектрической среде, образованной диэлектрической оболочкой и измеряемой сред Наличие среды с произвольными электр магнитными свойствами В рассматриваемо двухслойной среде характеризуется резуль тирующими значениями эффективнойдиэлект ческой проницаемости 6 эср и тангенс угла диэлектрических потерь кой среды. При пренебрежении потерями в конструкции резонансной системы величина tgffgrtj выражается следующей форму- лой -)ЦЬ Ч () 5эфС-) . где t-b о - тагненс угла диэлектриче ких потерь в измеряемой среде; 3d3 (0)и бдос)()-соответственно статичес кая на частоте i О и высокочастотная на частоте f - оо эффективные диэлектри ческие проницаемости. Для рассматриваемой коаксиальной двухслойной системы 5 .с. СО)-5, г, ( С (с) : ЗФ - -i . и, следоватегсьно, где. А. е, 5, е,-с оответственно . относительные диэлектрические проницаемости измеряемой среды и материала оболочки BHjTpeHHero проводника. Из формулы (1) следует, что зависимость tb о Г-ЬббУ носит экстреI Эф - , . ,t ) -, , . мальный . характер и при±рО -у дости .5зф(с«) гает максимального значения: Н -мАкс ggvV () 6 Следовательно для измерения сред с произвольным значением t§ 5 нужно удовлет -. ворить условию .,ддкс.-Д 1 3которого следует условие, накладываемое в данном случае на величину конструктивного параметра А: А 0,26(4). , Для увеличения добротности Q резонан4 сной системы необмдимо уменьшать величину параметра А. Уменьшения А можно добиться при прочих равных условиях, например путем увеличения толшиньг д иэлектрической оболочки (диаметра Т ).Это объясняется уменьшением части -поперечно. го сечения отрезка длинной линии, занятой измеряемой средой, которая вызывает большие потери электромагнитной энергий, и увеличением части поперечного сечения, занятого диэлектрической оболочкой с малыми потерями.: Аналогично объясняется увеличение Q при уменьшении диамет ров а. и oij . Увеличение Q при уменьшении проницаемости f и увеличении проницаемости 6 связано с перераспределением энергии, запасаемой в областях, которые заняты средой с малыми потерями и средой с больр- шими потерями. Максимальное расхождение выходных г арактеристик при заполнении устройства идеальными диэлектрической (t65 0) и проводящей (§- с средами может быть сделано достаточно малой величиной, лежаш,ей в пределах допустимой погрешности OQ , путем соответствующего выбора конструктивного параметра А, При этом выходная характеристика при заполнении устройства средой с каким-либо промежуточным значением tfi 5 лежит в пределах области между указанными характеристиками, и погрешность измерения уровня такойреальной среды при изменении eet,6 3 в некоторых практически возмож- ных пределах будет тем более меньше значения & , Погрешность измерения б можат быть записана: где IQ - резонансная частота колебаний не заполненного измеряем эй средой устройства;