Резонансный уровнемер Советский патент 1976 года по МПК G01F23/284 

1

Изобретение относится к области измерения уровня различных жидкостных сред резонансным методом.

Известен резонансный уров-немер, содержащий датчик уровня, частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбуждения электромагнитных колебаний в датчике, источник модулируюш,его напряжения, генератор запуска, блок синхронизации, формирующее устройство, триггер, ключ, два пиковых детектора и усилитель постоянного тока.

Иедостатком известного уровнемера является СЛОЖНОСТЬ схемы формирования и выделения выходного сигнала уровнемера.

Новизна описываемого уровнемера заключается в том, что к выходу генератора высокой ча.стоты подключен дополнительный канал индикации уровня и детектор огибающей, к выходу которого подключено формирующее устройство, включенное в цепь управления генератора модулирующего напряжения, один выход которого подключен к входу генератора высокой частоты, а другой в входу фильтра, при этом генератор модулирующего напряжения представляет собой управляемый азтогенератор напряжения треугольной формы, выполненный на компараторе и интегрирующем усилителе, а формирующее устройство выполнено в виде дифференцирующего усилителя.

На фиг. 1 представлена структурная схзма уровнемера; на фиг. 2 - принципиальная схема уровнемера; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу ровнемера.

Уровнемер (фиг. 1) состо-ит из датчика 1, генератора высокой частоты 2, модулированного по частоте с помощью автогенератора напряжения треугольной формы 3, подключенного к модулятору высокочастотного генератора 2, дифференцирующего усилителя 4, подключенного к детектору огибающей 5 и к цепи управления автогенератора 3, фильтра 6, подключенного к выходу автогенератора 3.

С выхода 7 фильтра 6 снимается сигнал в виде напряжения, пропорционального уровню жидкости в датчике 1. Далее сигнал поступает на индикатор. Дополнительный более точный канал индикации уровня представляет собой частотомер либо преобразователь частота - код 6, Подключенный к выходу высокочастотного генератора 2. Генератор высокой частоты 2 (фиг. 2) выполнен на транзисторе В, работающем в лавинном режиме, что обесиечивает больщой коэффициент перестройки частоты.

Дифференцирующий усилитель 4 выполнен на операционном силителе, к инвертирующему входу 9 которого подключен детектор 5. Автогенератор напрян ения треугольной формы 3 состоит из компаратора 10 и интегриру3

ющего усилителя 11, выполненяых на операционных усилителях. Выход дифференц-ирующего усилителя 4 подключен к неинвертирующему входу 12 компаратора. Выход комларатора подключен к инвертирующему входу 13 интегратора, выход 14 которого 1соединен с модулятором высокочастотного генератора 2 и с фильтром 6, вылолненным в виде сглаживающего усилителя 15, который одновременно развязывает выходной сигнал с остальной схемой.

Уровнемер работает следующим образом.

При включении напряжения питания уровнемера автогенератор 3 выдает на модулятор высокочастотного генератора 2 нарастающее напряжение, изменяя частоту юоследнего от значения, соответствующего резонансной частоте незаполненного датчика (с некоторым запасом), до значения, соответствующего резонансной частоте датчика с текущим значением уровдя (точка а на фиг. 3). По достижении этой частоты на дифференцирующем усилителе 4 начинается формирование положительного импульса (точка а), соответствующего спаду резонансной характеристики (выход детектора 5 подключен к инвертирующему входу 9 дифференцирующ.его усилителя 4). Когда амплитуда импульса достигнет значения, достаточного для срабатывания компаратора 10, происходит смена направления изменения выходного напряжения автогенератора и соответствующее уменьшение частоты высокочастотного генератора 2 (точка б, б и б). При снижении частоты огибающая частотной характеристики меняет направление, вызывая появление на выходе дифф еренцирующего усилителя 4 отрицательного импульса и новую смену направления выходного напряжения автогенератора, что в .свою очередь приводит к повыщению частоты генератора 2 (точки в, в и в) и т. д. Таким образом, заканчивается режим поиска и система переходит в режим захвати частоты. Ход б - в является зеркальным изображением хода б - а, ход е-г соответствует ходу а-б, т. е. частота генератора 2 меняется от резонансной до некоторой более высокой частоты и обратно (а-б, б-а, а-б,....). Диаграммы -на фиг. 3 выполнены в непропорциональных масштабах.

При действительности девиация частоты генератора 2 относительно резонансной часто4

ты датчика (дуга а-б) незначительна (малые потери на поиск) и слабо зависит от из.менения добротности датчика под действием влияющих величин. Это достигается благодаря высокой чувствительности компаратора 10 автогенератора 3 и высокому коэффициенту усиления дифференцирующего усилителя 4, выполненных на операционных усилителях. При изменении уровня среды в датчике 1 в

ту или иную сторону частота генератора 2 автоматически перестраивается до нового значения, соответствующего новой резонансной частоте датчика. Перестройка (режим слежения и удержания) происходит аналогично описанному режиму поиска и захвата. При этом к ширине полосы удержания не предъявляется жестких требований, поскольку изменение уровня среды в датчике происходит обычно с конечной

скоростью.

Таким образом, описываемый уровнемер является самонастраивающейся экстремальной системой с поиском экстремума по чувствительности, т. е. по направлению изменения

огибающей резонансной характеристики датчика.

Формула изобретения

Резонансный уровнемер, содержащий датчик уровня, частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбул :дения электро.магнитных колебаний в датчике, генератор модулирующего напряжения, формирующее устройство и устройство выделения выходного сигнала, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы уровнемера и повышения точности измерения, к выходу генератора высокой частоты подключен дополнительный канал индикации уровня и детектор огибающей, к выходу которого подключено формирующее устройство, включенное в цепь управления генератора модулирующего напряжения, один выход которого подключен

к входу генератора высокой частоты, а другой к входу фильтра, при этом генератор модулирующего напряжения представляет собой управляемый автогенератор напряжения треугольной формы, выполненный на компараторе и интегрирующем усилителе, а формирующее устройство выполнено в виде дифференцирующего усилителя.

i2 I

а 8