Электроемкостной уровнемер Советский патент 1977 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровня как неэлектропроводных, так и обладающих частичной проводимостью. Известен электроемкостный уровнемер, содержащий измерительный i емкостный датчик, измерительный мост, генератор высоко частоты, детектор и стабилизируклций узел Недостатком уровнемера является невы- сокая точность и надежность при работе с жидкостями, у которых в широких пределах изменяется диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность. Известно также емкостное устройство для измерения уровня, содержащее емкостный датчик, генератор высокой частоты, операционный усилитель, бесконтактные пв- реключатели и индикаторное устройство. Устрюйство представляет собой преобразо6а тель емкости в постоянное напряжение, в котором совмещены функлии линеаризации передаточной функции и детектирования выс кочастотного напряжения Г21. Нейостатком известного устройства яштй- ется невысокая точность измерения уровня жидкостей, обладающих частишой электропроводностью, гак как погрешность возрастает пропорционально увеличению удельной электропроводности. Наиболее близ1а1м по технической сущности к предлагаемому является уровнемер, содержащий измерительный и компенсаднон™ ный емкостные датчики, 1к;точннк постоян кого напряжения, операционный усилитель, генератор импульсов и электронные переклкьчатели З. Однако это устройство имеет непостато нуго точность измерения. Для повышения точпостн в предлагаемый электроемкостный уровнемер введены второй источник постоянного напряжения, нуль оргаи, устройство выделения фронтов, ряверспв ный счетчик, триггер и цифровой измеритель интервала времени, при атом емкосттпые аат чикл обшей обкладкой соединены через па раллельно включетгые электронные переключатели со входом операционного усилителя, а разделенные обкладки датчиков соединены с противоположными полюсами соответствующих источников постоянного напряжения, кро ме того, компенсационный датчик зашунти- рован резистором, а разделенная обкладка измерительного датчика через другой резиотор соединена со входом сщерационного усилителя, выход которого через последователь но соединенные нулы-юрган, устройство выделения фронтов, реверсивный счетчик и триг гер соединен с управлякяиими входами электронных переключателей, кроме того, выход триггера одновременно соединен со входом цифрового измерителя интервала времени, а генератор импульсов - с соответствующим входом реверсивного счетчика. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства,Электроемкостный уровнемер с цифровой индикацией содержит измерительный 1 и KOM пенсацнонный 1 емкостные датчики, исто ники 2 и 2 постоянного напряжения, операционный усилитель 3 с опорным конденсатором 4 в обратной связи, генератор импульсов 5, двухпозиционные переключатели 6 и 7, нуль-орган в,;устройство 9 выделения фронтов, реверсивный счетчик 10, триг гер 11, цифровой измеритель 12 интервала времени и опорные резисторы 13 и 14. Цифровая индикация измерителя т$тервала времени является выходом уровнемера. Схема работает в автоколебательном режиме, .наступакшем при включении напряжения питания. Пусть этот момент на временных диаграммах совпадает с нулевым значением на оси времени. При этом электронные переключатели к 7 сигналом с триггера подключают измерительный и компенсационный датчики к Входу операционного усилителя 3; на выходе последнего появляется скачок напряжения, определяемый вы ражением (CX-CK)UO Cw - емкость измерительного датчика С - емкость компенсационного датчи ка; UQ - напряжения источников, равные по абсолютному значению. Одновременно нуль-орган 8, выполненный иа базе операционного усилителя с диф ференциальным входом, изменяя полярность выходного напряжения, через устройство выделения фронтов (выход Сброс) выдает команду подачи импульсов с генератора 5 на шину сложения реверсивного счетчика. Начиная с, этого же момента времени, неряжение на выхода усилителя 3 изменяет я по cneaywrneN-fy закону: (CX-CK)UO Hot U2(t)(CX-CK)UO Щ Wj-R I 1 где «активное сопротивление жидкости. шунтирукядее компенсационный датчик. При этом сопротивления и Т выбраны во всем диапазоне изменения 7 и IR активная проводимость коьтенсацион ного датчика больше, чем активная проводимость.. I albLvblli. R,-RL измерительного, т.е. выполняется условие В результате этого напряжение на выходе ОУЗ линейно убывает по абсолютной величине. При достижения напряжением нулевого уровня нуль-орган скачком изменяет полярность выходного напряжения н сигналом с устройства выделения фронтов (выход Реверс ) переводит счет чикв режим вычитания. Таким образом, из числа, записанного в счетчике за интервал времени)происходит вычитание импульсов, поступающих с генератора 5, По истечении интервала времени в счетчике зафшосируется нулевое число, а напряжение на выходе ОУЗ будет определяться значением (C,-CK)UO J пропорциональным емкости измерительного датчика и не завистдим от сопротивлений т и. . В момент перехода счетчика в нулевое состояние с выхода последнего на счетный вход триггера поступает импульс, перебрасываюший триггер и соответственно переключатели 6 и 7, изменяя . положения контактов, отключают датчики от входа ОУЗ и закорачивают их. С этого же момента напряжение и , запомненное на конденсатснре 4, начинает линейно убывать по закону. (C,-C,)U, )и при достижении нулевого значения нульорган по выходу Сброс переводит счетчик в нулевое состояние, а сишал нулевого состояния счетчика перебрасывает; триггер, который jB свою очередь, изменяет положение контактов переключателей; при этом цикл работы устройства повторяется. В р&аупьтатв длительность импульсов на выходе триггера орределяется выражением t (С..-Сл)1, пропорциональным уровню жи)кости. Значение 1 измеряется и индицируется измерителем 12 интервала времени. При пустом датчике значение, t соответств ет нулевому значению индикатора. Формула изобретения Электроемкостный уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный емкостные датчики, источник постоянного нап ряжения, операционный усилитель, генерато импульсов и два электронных переключатедя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй источник постоянного напряжения, нуль-орган, устройство выделения фронтов, реверсивный счетчик, трш. гер и цифровой измеритель интервала временр, при этом емкостные датчики обишй обкладкой соединены через параллельно включенные электронные переключатели со входом операционного усилителя, а разделен:юыв обкладки соединены с противоположными полюсами соответствую цих иЬточннкой постоянного напряжения, кроме того, кок4пенсацнонный датчик зашунтирован резнсто ром, а разделенная обкладка измерительного датчика через другой резистор соединена со входом операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные i нуль-орган, устройство выделения фронтов.реверсивный счетчик и триггер соединен со входами электронных переключателей, кроме того, выход триггера соединен со входами цифрового измерителя интервала времени, а генератор импульсов - со входом реверсивного счетчика . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Жуков Ю. П., Кулаков М. В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия, М., Энергия, 1968, с. 102, 2.Заявка ФРГ № 2405715, кл. Q-01 Р 23/26, опубл. 1975. 3.Авторское свидетельство СССР № 435459, кл. Сг 01 F 23/26, 1972.