Уровнемер для жидких сред Советский патент 1980 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к устрой.ствам для измерения уровня жидкостей, преимущественно криогенных, основанных на измерении времени прохождения электромагнитных волн, отраженных поверхностью жидкости.

Известно устройство для измерени уровня жидкости в резервуаре, которое содержит генератор ультразвуковых импульсов, приемник импульсов, отраженных от поверхности жидкости, и импульсов, отраженных от неподв йжной поверхности, расположенной межд жидкостью и генератором, и регистрирующую электронную схему 1.

Наиболее близким по технической, сущности к предложенному является уровнемер, содержащий датчик в виде электрической линий задержки, размещенной внутри корпуса и электрически соединенной с генератором электрических импульсов, и измерительную схему 2.

Недостатком этого устройства , является невозможность измерения уровня жидкостей с малой диэлектрической проницаемостью.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устроит ства. , - .

Это достигается,тем, что в уровнемере для жидких сред в датчик введена дополнительная электрическая линия задержки, электрически связанная с основной по всей длине через слой диэлектрика, параллельно входу которой подключены первичная обмотка дополнительно введенного балансного трансформатора и выход

o генератора З1лектрических импульсов, а основная электрическая линия задержки через вторичную обмотку балансного трансформатора подключена к входу измерительной схемы, а

5 также тем, что основная электрическая линия задержки выполнена в виде двух последовательно соединенных частей, одна из которых изготовлена из проводника с высоким омическим

0 сопротивлением, например нихрома или манганина, причём-величина омического сопротивления этой части составляет 0,5т-1,4 часть ее волнового сопротивления.

5

На чертеже изображена схема уровнемера для жидких cpeд .

Внутри корпуса 1, представляющего собой металлическую трубку, расположен с зазором диэлектрический

0 стержень 2 с заплавленной вдоль его

ОСИ металлической лроволокой 3, которая вместр с корпусом 1 образует дойолнительную электрическую 1ИНИЮ задержки. Медный провод 4, намотанный на диэле стрический стержень 2, обраэуег совместно с корпусом 1 одну из частей (нижнюю) основной электрической линии задержки, а провод 5 из материала с высо- . КИМ омическим сопротивлением (нихрома) образует совместно с корпусом 1 часть е основйой электрической линии задержки с большим зат ханием и подключен к балансному трансформа;тОРУ 6. Часть 2 основной линии задержкй с высоким Омическим сопротИвле-; нием,.расположенная в верхней ее ч:1ёт;й7 прй1|Оййт к затУханию сигнала в I,3f2 раза и позволяет свести к ШШмут;1у Мёшающёе вли;з.ние .многоКратных отражений и таким образом повысить быстродействие и точность устройства..

ЭлектЁэйческая йхема содержит . времязадающий генератор 7, вырабатывающий периодическую последовательность острых управляющих импульсбв, которые следуют с периодом в, две Микросекунды, равным трем временам прохождения сигналтов по основной линии задержки от ее начала.до конца и обратно, reHepaiTop 8 электрических импульсов, который вырабабывает зондирующие ймпульсы - имевшие форйу;одного периода синусоиды и длительностью 30 нсек, стробоскопический детектор 9 импульсов, образованный предварительным кЙтегрирую-., щим усилителем и собственно, детектором, формирующую схему i О, содёрйсащую последовательно соединенные усилитель низкой частоты с автоматической регулировкой усиления и селектор выходных импульсов,, преобразователь И интервал-йапряжение, генератор 12 стробирующих .импульсов вырабатывающий острые импульсы дли-, тельностью (на уровне 0,5) 10 нсек, задержанные относительно зондирующих импульсов на йремя от 50 до 800 нсек. причем задёр1Ж са меняется ро временем по линейном закОну, проводя вёсё диапазон за время около 0,02 сек,

Выход генератора 8 импульсор соединен с металлической проволокой 3 и одним йз концов первичной рбмотки балансного трансформатора б, . второй Kokeu которой соединен с корпусом ,1 . Один из концов вторичной обмотки балансного тр ансфОрматора б соединёнс концом дпй;рального проводника 5 основной линии задержки, второй конец ее - с входом стробоскопического детектора импульсов 9. Работа устройства осуществляется следующим образбм.

Жидкость, уровень которой 69 ®обходимо измерить, заполняет зазор между корпусом 1 и спиральным проводНИКОМ основной электрической линии задержки по принципу сообщающихся сосудов или через отверстия, выполненные в .стенке трУбки. Импульсы, вырабатываемые времязадающим генер.атором 7,: запускают генератор 8 электрических импульсов и генерато 12 стробирующих импульсов . Генерат 8 электрических импульсов при этом вырабатывёё збйдирующйе импульсы, имеющие форму одного периода-синусОиды, которые поступают на проводник 3 дополнительной Электрической линии задержки и первичную обмотку балансного трансформатора б. В результате распространения сигнала вдоль дополнительной линии на витках основной спиральной линии задержки наводится сигнал

..: -.сТ,

;...-..

где мгновенное значение напряжения на проводнике 3;

С,- погонная емкость спирали

относительно корпуса 1; С - погонная емкость спирали относительно Проводника 3. Число витков первичной обмотки балансного трансформатора б Ч и число витков вторичной обмотки Уа так, что Ci

В момент действия зондирующего импульса, напряжение, наводимое на витках основной линии задержки, полностью компенсируется напряжением на вторичной о бмотке трансформатора б. Если С никаких неоднородностей не содержит, то распрогйтраняющегося сигнала в Основной линии не возникает. В районе грани цы жидкость -газ погонная емкость С-J имеет-скачок лС , что эквивалено включений fi разрыв основной линии источника напряжения

, .. л-С

Это приводит к возникновению двух сигналов, распространякядихся в разные стороны с напряжением

..: - . .V -. .

2 (c -vCjte имеющих противоположную полярность. Таким образом напряжение полезного сигнала по отнощению к напряжению, наводимому на витках основной линий и , зависит от соотношения- между С и С 2 и возрастает с уменьшением С 2. .Однако неграничено уменьшать С нельзя из-за трудностей выполнения балансного трансформатора б и поэтому разумно выбра отношение - в диапазоне от 0,2 до 1. В предложенном устройстве это отношение близко к . Импульс, распространяквдийся вверх, проходит по части е основной электрической линии задержки, по части 2 основной линии задержки и через вторичную обмотку балансного трансформатора.. б попадает на. вход стробоскопическо го детектора Ь импульсов. Импульс, распространятацийся вниз, доходит до конца линии и, отразившись от кон- . ца, распространяется в обратном направлении и попадав на тот же вход стробоскопического детектора 9 импульсов. Таким образом время i, прошедше с момента подачи зондирующего импульса до момента регистрации первого сигнала, складывается из врймё ни прохождения импульса по дополнительйой линии задержки со скорост Nxj до границы раздела жидкость-газ vvz H 3/ времени прохождения бигнала по основной линии со ciKOpoстью N2. в обратном направлении .Ve,))t,%-.-e,)() Время-t2. между первым сигналом и :. сигналом, рас;пространяющимся вдоль основной линии задержки в обратном направлении, это время, которое V необходимо сигналу для прохождения по основной линии задержки, накодящейся в жидкости и распространяйщемуся со скоростью /27х от границы жидкость-газ до конца линии и обрат Измеряя одно из этих времен, можно судить об уровне жидкости, а измеряя оба времени одновременно, .можно судить об уровне и плотности или типе жидкости. Попадая на вход стробоекопического детектора 9 импульсов, проходящий импульс инте-; грируется, приобретая форму полупериода синусоиды, усиливается и детектируется. На выходе стробоскопического детектора 9 при совпадении по времени приходящего сигнала с импульсом, ,вырабатываемым генератором 12 стробирующего импульса, образуется напряжение, пропорционально уровню проинтегрированного в содного сигнала. Поскольку задержка стробйруюдег.о импульса относительно зондирую щего импульса изменяется по линёй,ному закону, то на выходе строЬоско пического детектора 9 образуются импульсы, имеющие форму проинте- грированного входного сигнала, но с масштабом времени, зависящим от скорости изменения задержки стробйрующего импульса. Это позволяет использовать для дальнейших преобразований сигнала схемы, работающие в области низких частот. В- дальнейшем импульсы с выхода стробоскопического детектора 9 преобразуются формиру5(хцей схемой 10 в импульсы, управляющие работой преобразователя интервал-напряжение. Преобразователь интервал-напряжение 11 преобразует интервал между первым ивторым сигналом, пропорциональным времени i: , в напряжение, которое измеряется стрелочным прибором и пропорцио:нально уровню жидкости Ел относительно конца основной линии задержки. Чтобы преобразователь 11 интервалнапряжение преобразовывал s напряжение интервал, соответствующий времени tg., задержка генератора 12 стробирующих импульсов синхрон 1зирована с работой преобразователя интервал-напряжение 11. Формула изобретения 1.Уровнемер для жидких сред, содержащий датчик в виде электрической линии задержки, размещенной внутри корпуса и электрически соединенной с генератором электрических импульсов, и измерительнуто схему, отли чающи и ся тем, что/ с целью расширения функциональных возможностей устройства,.. в датчик введена дополнительная электрическая линия задержки, электрически связанная с основной по всей длине через слой диэлектрика, параллельно входу которой подключены первичная обмотка дополнительно введенного балансного трансформатора и выход генератора электрических импульсов, а основная электрическая линия задержки через вторичную обмотку балансного трансформатора подключена к входу измерительной схемы. 2.Уровнемер для жидких сред по П.1, о тлич ающий с я тем, что основная электрическая линия задержки выполнена в виде двух последовательно соединенных частей, одна из которых изготовлена из проводника с высоким омическим со- противлением, причем ее омическое сопротивление составляет 0,5 4 1,4 ее волнового сопротивления. Источники информации, принятые во; внимание при экспертизе 1.Патент США № 3184969, кл. 73-290, опублик. 1965. 2.Патент США 3703829, кл. 73-290 опублик. 1972 (прототип).