Уровнемер трехслойных сред Советский патент 1980 года по МПК G01F23/26 

(54) УРОВНЕМЕР ТРЕХСЛОЙНЫХ СРЕД

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для раздельного измерения уровня нижнего и толщины среднего слоев в технологических емкостях, . заполненных трехслойными средами, образованными жидкостями и газами с различными электрическими свойствами .

Известны самокомпенсированные уровнемеры, у которых состояние измрительных .схем не зависит от электрических свойств контролируемых веществ {1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уровнемер пля раздельного измерения двух уровней в трехслойных средах, содержащий генератор, два отсчетных и два уравновешивающих устройства, детектор равновесия, трансформаторный измерительный мост с компаратором токов и трансформатором напряжения,имеющим одну компенсационную и две уравновешивающие обмотки, в плечи которого включены один рабочий и пять компенсационных первичных преобразователей, два из которы соответствуют верхней, другие два средней и один нижней фазам контролируемой среды, причем вывод одного из средних компенсационных преобразователей электрически соединен с выводами одного из верхних, вывод второго среднего преобразователя соединен с выводом нижнего, а точки соединения выводов подключены соответственно к выводам обмоток трансформатора напряжения, кинематичес0ки связанным с выходами уравновешивающих устройств 2.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, 5 что предлагаемой уровнемер дополнительно снабжен суммируюгдам операционным усилителем с тремя входами, выход которого последовательно соединен с компенсационным первичным пре0образователем, находящимся в верхнем слое, а один из входов - с компенсационной обмоткой трансформатора, двумя суммирующими преобразователями тока в напряжение с тремя входами,

5 выходы которых подключены к двум другим входам операционного усилителя, двумя управляемыми активными сопротивлениями, входы управления которых присоединены к выходам уравновешивающих 0 элементов, двумя балансными модуляторами с двумя противофазными входами несущей, модулирующие входы которых соединены соответственно с двумя выходами генератора модуляционных воздействий, двумя образцовыми сопротивлениями и двумя образцовыми конденсаторами, причем каждая из уравновешивалощих обмоток имеет заземленную среднюю точку и две пары симметрично расположенных выводов, одна из которых через балансный модулятор и образцовый конденсатор подключена к одному из входов суммирующего преобразователя, а вторая пара выводов соответственно через образцовое и управляемое сопротивления присоединена к другим входам суммирующего преобразователя. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема размещения первичных измерительных преобразователей; а на фиг.2 электрическая схема уровнемера. Ra фиг, 1 схематически изображен резервуар высотой 1 заполнен-ный тре мя несмешивающимися средами (наприме вода, нефть, газ) уровни раздела которых равны соответственно hg и h. В резервуар введены одинаковые по конструкции (например, цилиндрически типа труба в трубе ) первичные измерительные преобразовательные 1, 2, 3 и 4, представляющие собой электрически неизолированные от сред электроды. Рабочий первичный измерительный преобразователь 4 длиной i расположен вертикально и проходит че рез все три слоя, а компенсационные 1-3 с длинами ti,-C2, установлены в резервуаре таким образом, что они всегда находятся в средах газ, нефть, вода соответственно. . Электрическая схема прибора (фиг содержит генератор рабочей частгаты 5, подключенный к нему трансформато напряжения 6, с одной рабочей обмоткой 7, одной компенсационной обмоткой 8, имеющими числа витков WjH Wg соответственно, двумя уравновешиваю щими обмотками 9 и Ю, с числами витков , W«5 соответственно, кажда из которых имеет заземленную среднюю точку и две пары симметрично расположенных выводов компаратор токов 11 с четырьмя входными обмотками 12, 13, 14 и 15, имеющими числа вит ков W{2 , W-IJ , W/I4 и соответственно, суммирующий операционный уси литель 16 с сопротивлением 17 в цепи обратной связи и с сопротивлениями 18, 19 и 20 во входных цепях, имеющи ми значени.я R , , , Rgo соо ветственно, два суммирующих преобра вателя тока в напряжение 21 и 22 с тремя входами, два управляемых акти ных сопротивления 23 и 24 со значен ми Rjj и R24. соответственно, два балансных модулятора 25 и 26 с двумя противофазными входами несущей и од ним модулирующим входом, два образцовых сопротивления 27 и 28, два образцовых конденсатора 29 и 30, генератор модуляционных воздействий 31, который в частном случае может состоять из генератора синусоидальных колебаний 32 частоты модуляции и фазовращателя 33, поворачивающего фазу на угол 90°, экстремальный детектор равновесия 34, состоящий в частности из усилителя сигнала неравновесия моста 35, амплитудного детектора 36, двух квадратурных детекторов 37, 38, два уравновешивающих устройства 39 и 40 и два отсчетных устройства 41 и 42. Устройство работает следующим образом. Для уравновешивания мостовой измерительной цепи использован квазиэкстремальный модуляционный принцип формирования регулирующих воздействий, перпендикулярных соответствующим семействам линий уравновешивания . В предлагаемом устройстве осуществляется одновременная регулировка обоих отсчетных параметров, а выделение изменений огибаюшей, обусловленных только одним из двух модулирующих воздействий, достигается с помощью фазовой селекции. Модуляция обоих уравновешивающих параметров осуществляется с помощью генератора 31 (фиг.2) и модулятора 25, 26. Перпендикулярность векторов модулирующих воздействий семействам линий уравновешивания (направление их определяется электрическими свойствами сред, в которых размещены компенсационные преобразователи) обеспечивается применением образцовых конденсаторов 29, 30. Если сигнал на выходе компаратора токов 11 не равен нулю,то в зависимости от параметра, по которому не.уравновешен мост, на соответствующих выходах детектора равновесия 34 появляются управляющие воздействия, под влиянием которых соответствующие элементы (39,40) изменяют значения сопротивляемых элементов 23, 24 в таком направлении, чтобы уменьшить сигнал неравновесия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока мост не окажется в состоянии равновесия, которое характеризуется равенством нулю выходного сигнала компаратора. После этого с помощью отсчетного устройства 41 определяется толщина среднего слоя, а с помощью отсчетного устройства 42 - уровень нижнего слоя сред, находящихся в технологической емкости. Необходимо подчеркнуть, что выше описан один из конкретных примеров исполнения предложенного уровнемера. Так в качестве элементов 25 и 26 (см.фиг.2) используются поляриэованные реле, а фазовая селекция упраБляю цкх -оэдействий предполагает применение генератора модуляционных воздейстеий, выполненного в виде генератора синусоидальных колебаний частоты модуляции и фаэовращателя, а приведенной струк туры детектора равновесия, в качестве управляемых активных сопротивлений предполагается применение полевых транзисторовБезусловно, возможны и другие варианты исполнения предлагаемого устройства, например, применение временной или частотной селекции управляющих воздействий. В подобном случае иначе Лудут построены и детектор равновесия, и генератор модуляционных воздействий. Так, при использовании частотной селекции управ ляьгщих воздействий генератор модуляционных воздействий будет состоять из двух генераторов синусоидальных колебаний различной частоты, соответ ствующие изменения появятся и в структуре детектора равновесия. Ины ми по конструкции могут быть элемен ты 25 и 26, 23 и 24 и т.д. Однако структура и связь отдельных элементов устройства, предназначенные для достижения указанной цели и получения положительного эффекта останутся прежними. Формула изобретения Уровнемер трехслойных сред, соде жащий генератор рабочей частоты, мо товую измерительную цепь с компарат ром токов и трансформатором напряже ний, имеющим две уравновешивающие и компенсационную обмотки, включенные в плечи мостовой цепи один рабочий и три компенсационных первичных преоб разователя кондуктометрического тип расположенных в трех слоях контроли руемой среды соответственно, два ур нове1иивающих и два отсчетных устройства, отличающийся тем, что, с целью повы1иения точности измерения, он дополнительно снабжен суммирующим операционным усилителем с тремя входами, выход которого последовательно соединен с компенсационным первичным преобразователем, находящимся в верхнем слое, а один из входов - с компенсационной обмоткой трансформатора, двумя суммирующими преобразователями тока в напряжение с тремя входами, выходы которых подключены к двум другим входам операционного усилителя, двумя управляемыми активными сопротивлениями, входы управления которых присоединены к выходам уравновешивающих элементов, двумя балансными модуляторами с двумя противофазными входами несущей, модулирующие выходы которых соединены соответственно с двумя выходами дополнительно введенного генератора модуляционных воздействий, двумя образцовыми сопротивлениями и двумя образцовыми конденсаторами, причем каждая из уравновешивающих обмоток имеет заземленную среднюю точку и две пары симметрично расположенных выводов, одна из которых через балансный модулятор и образцовый конденсатор подключена к одному из входов суммирующего преобразователя, а вторая пара выводов соответственно через образцовое и управляемое сопротивление подключена к двум другим входам суммирующего преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карандеев К.В., Гриневич Ф.Б. Новик А.И. Емкостные самокомпенсированныё уровнемеры. М.-Л., Энергия, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР 384018, кл. G 01 F 23/26, 1971 (прототип).

Т