Резонансный уровнемер Советский патент 1978 года по МПК G01F23/284 

1

Изобретение относится к области измерения уровня диэлектрических сред с помощью резонансных устройств и может быть использовано в нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известны резонансные уровнемеры, вклк чающие частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбуждения электро. магнитных колебаний в датчике, генератор запуска, опорный колебательный контур, кор ректирующий контур, погруженный в измеряв. мую среду,, формирующие устройства, триггер . В известных резонансных уровнемерах для компенсации погрешности, обус- ловленной изменениями диэлектрической проницаемости контролируемой среды, используется информация об этих изменениях, по- лу чае мая с помощью корректирующего коп&бательного контура, помещенного в нижней части датчика. В таких уровнемерах не исключается погрещность, вызванная градиен-, том диэлектрической проницаемости по ы соте, так как корректирующий контур дает информацию об изменениях диэлектрической

проницаемости контролируемой Среды только в нижней части датчика.

Известен также резонансный уровнемер, ближайший по технической сущности к предлагаемому уровнемеру и содержащий частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбуждения электромагнитных колебаний в датчике, генератор запуска, формирующее устройство, триггер, блок синхронизации, ключ и усилитель постоянного тока 2j.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения уровня диэлектрических сред.

Цель изобретения - понь1шение точности измерения уровня диэлектрических сред с изменяющейся в щироких пределах диэлектрической проницаемостью.

Для достижения этой цели резонансный уровнемер снабжен рещаюшим устройством, умножителем частоты, включенным между датчиком и частотно-модулированным генератором высокой чистоты, логической схемой ИЛИ, входы которой соединены соответственно с выходом блока синхронизации и выходом генератора запуска, а выход-с одним из раздельных входов триггера, инвертором, вход которого связан с выходом генератора запуска, логической cxeNfou И, входы которой соед1гаеЕ1ы с выходом блока синхронизащ1и и выходом инвертора, а выход - со счетным входом триггера, выход которого через две логические схек{ы И подключен к последовательно соединенным решающему устройству н усилителю постоан ного тока, причем второй вход одной из ло гических схем И связан также с выходом генератора запуска, а вход другой - с вых дом инвертора. На фиг, 1 представлена блок-схема преД лагаемого уровнемера; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясн5пощие его работу. Уровнемер содержит датчик 1, представ ляющий собой отрезок электрической длинно линии, частотно-модулированный генератор высокой 4астоты 2, умножитель частоты 3 генератор запуска 4, блок синхронизации 5 формирующее устройство 6, инвертор 7, ло гическую схему ИЛИ 8, логическую схему И 9, триггер 1О, логические схемы И 11 12, решакядее устройство 13, усилитель постоянного тока 14 для выдачи унифициро ванного сигнала. Датчик 1 возбуждается на первой и одн из высших нечетных гармоник. Относительные выходные характеристики датчика 1, т зависимости его резонансных частот в отно сительных единицах от уровня контролируемой среды, на первой (-г) и высшей -гт ой/4- гармониках опись°ваются соответст венновь ражениями: (t-i)-cfJT r no Ni+(t-i)-4rt(H) гдерДН), 4(HJ - функции от величины уров.ня, вид которых определяется характером распределения электромагнитного поля по длине датчика 1 на первой и rt -ой гармониках соответственно; - диэлектрическая проницаемость KOHT ролируемой среды; Н - текущее значение уровня; , ,f « текущие значения резонансных частот датчика 1 на первой и t -ой гармониках соответственно;. i|-,i - резонансные частоты пустого датчика на первой и tt -ой гармониках соот ветственно. причем «i гто 3, 5, 7 На фиг. 2 приведены относительные вы- i., ходные характеристики j и -j датчика 1, выполненного в виде отрезка одно родной длинной линии, короткозамкнутого на конце. Для возбуждения датчика 1 на первой гармонике служит частотно-модулированный генератор высокой частоты 2, частота которого изменяется периодически, синхронно с частотой генератора запуска 4 и перекрывает резонансные частоты пустого и заполненного датчика на первой гармонике. Возбуждение датчика на и -ной гармонике осуществляется выходным сигналом умножителя частоты 3, частота которого в п раз больше частоты генератора 2 и перекрывает резонансные частоты пустого и заполненного датчика на г -ой гармонике. Относительные частотные характеристики генератора 2 т- j и умножителя частоты приведень на фиг. 2, где ,у- текущие значения частот выходных сигналов генератора 2 и умножителя .частоты 3 соответствешю. Блок синхронизации 5 предназначен для фиксации нулевого уровня. Уровнемер работает следующим образом. Передним фронтом прямоугольных импульсов U,, генератора запуска 4, поступающих через логическую схему ИЛИ 8 на раздельный вход а триггера 10, последний переводится в исходное положение, при котором на его выходе устанавливается нулевое напряжение (lf.j,.j 0). При равенстве частоты i генератора 2 и резонансной частоты -f. датчика, погруженного в измеряемую среду, на первой гармонике, а также частоты f у умножителя частоты 3 и резонансной частоты f датчика на ГТ -ной гармонике на выходе последнего выделяется видеоимпульсы IT, , соответствующие по форме его амплитудно-частотным характеристикам на первой и п -ой . гармониках. ВидеЬимпульсы преобразуются в формирующем устройстве 6 в узкие прямоуголытые импульсы Иф и поступают на раздельный вход с триггера 10. Импульс 1 из этой последовательности, соответствующий моменту равенства частот f у и f j. , перебрасывает триггер 10, в результате чего на его выходе скачкообразно появляется напряжениеБ р Up . Импульс 2 из этой последовательности,, соответствующий мо 1енту равенства частот f „- и f , , положение триггера не измен.яеТ. Из совпадения относительных выходных арактеристик и -т датчика при нуле- 1( вом значении уровня следует, что моменты авенства частот , и f, . У Поэтому для фиксации часдают во времени. гог датчика f HC, соответствующих нуле вому уровню во времени, можно использо вать равенство любой из них с частотой f „ или {у соответственно. В предлагаемом уро& немере для. фиксации этого момента используются выходные импульсы U блока синхро низации, появляющиеся при равенстве частот &иходные импульсы 1Г -, блока синхрони- зации 5 поступают на раздельный ЕХОД а триггера 10 через логическую схему ИЛИ 8 и на счетный вход b того же триггера че рез логическую схему И 9, управляемую напряжением и j инвертора 7 и пропускающую импульсы у на вход триггера только в положительные полупериоды напряжения Икгаульс 1 с выхода блока синхронизации 5, соответствующий моменту равенства частот и f , переводит триггер 10 в исход ное положение. Импульс 2 с выхода блока синхронизации 5, соответствующий моменту равенства частот { и f и поступающий на счетный вход Ь триггера 10, перебрасывает его, в результате чего на его выходе скач кообразно появляется напряжение IT. Импульс 3 с выхода формирующего устройства G, соответствующий моменту равенства частот f. и| , переводит триггер в исходное положение. В результате на выходе 30 тритгера 10 за один период следования импульсов генератора запуска 4 выделяются ива прямоуголыгых импульса напряжения появляющиеся в раз1{ые полупериоды работы генератора запуска 4. Длительности выходных импульсов триггера 1О пропорштональны разнице резонансных частот (ю) () которые в свою очередь определяются величиной уровня контролируемой среды, значением диэлек трической проницаемости среды и видом В1 1ходнь х характеристик датчика на первой и п -ой гармониках. Таким образом, выходные импульсы напряжения триггера lO несут информацию об измеряемом уровне и значениях диэлектрической проницаемости среды во всем кон ролируемом диапазоне. Посредством 2-х логических схем И 11 и 12 осуществляется пространственное раэ деление выходных Икшульсов триггера 10, необходимое для дальнейшей обработки информации в решающем устройстве 13. На выходах логических схем И 11 и 12, пропускающих импульсы с выхода триггера 10 в разные полупериоды работы генерагора запуска 4, выделяются прямоугольные импульсы, пропорхшональные разности резонансных частот (f|Q-f) и ( ) соответственно. Для обеспечения независимости показаний уровнемера от изменений диэлектрической проницаемости среды выходные сипналы с логических схем И 11 и 12 обрабатываются в решакйцем устройстве 13 по определенному алгоритму, например: и 2 2 .2 w-gp- 1/ tro rt в результате чего на выходе решающего устройства 13 снимается информация, не зависящая от диэлектрической проницаемости среды. Формула изобретения Резонансный уровнемеп. содержащий датик, частотно-модулированный генератор вы- окой частоты, генератор запуска, блок синронизации, формирующее устройство, тригер и усилитель постоянного тока, отлиающийся тем, что, с целью пош 1щеия точности измерения уровня диэлектри- ческих сред, он снабжен рещающим устройством, умножителем частоты, включенным между датчиком и частотно-модулированным генератором высокой частоты, логической схемой ИЛИ, входы которой соединешзт соответственно с выходом блока синхронизации и выходом генератора запуска, а выход-с одним из раздельных входов триггера, инве1 тором,. вход которого связан с выходом генератора запуска, логической схемой И, входы которой соединены с выходом блока синхронизации и. Ыз ходом инвертора, а выход со счетным входом триггера, выход которого через две логические схемы И подключен к последовательно соединенным решающему устройству и усилителю постоянного тока, причем второй вход одной из логических схем И связан также с выходом генерато ра запуска, а вход другой - с выходом инвертора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 411307, кл. q О1 F 23/24, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 231152, кл. Q 01 F 23/28, 1967v