Дискретный электроемкостной уровнемер Советский патент 1980 года по МПК G01F23/26 

1

Изобретение относится к области измерения уровней сред и может найти применение для измерения и сигнализации с высокой точностью уровня диэлектрических жидкостей в заданных точках диапазона измерения.

По основному авт .ев .M38883 известен дискретный электроемкостный уровнемер, содержащий группу емкостных преобразователей, расположенных по высоте измеряемого уровня и включенных в плечи мостов переменного тока, мосты переменного тока в виде дифференциальных трансФорматоров и опорных конденсаторов и высокочастотный генератор синусоидальных колебаний, при этом информация на выходе мостов об измеряемом уровне, получается в виде кода Грея.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в дискретный электроемкостный уровнемер дополнительно введены трансформаторный мост, образованный компенсационным конденсаторным датчиком/ опорным конденсатором и дифференциальным трансформатором, и последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение, сравнивающее устройство, переключатель и источник постоянного напряжения, при этом переключатель соединен с вторыми входами основных схем сравнения и выходом дополнительного преобразователя тока в напряжение, а источник постоянного напряжения - с вто10рым входом дополнительной схемы сравнения.

На чертеже представлена схема предлагаемого уровнемера.

Он содержит опорные конденсаторы

15 1, компараторы 2 токов и группу 3 емкостных датчиков уровня, образующих трансформаторные мосты, количество которых равно количеству разрядов кода Грея, необходимых для

20 записи числа контролируемых точек уровня. Емкостные датчики подключены в плечи мостов таким образом, что информация об измеряемом уровне на выходе мостов получается в виде

25 кода Грея. Выходы мостов подключены ко входам соответствующих преобразователей 4 тока в напряжение (ПТН). Выходы этих преобразователей связаны с первыми входами сравнива30ющих устройств 5. Опорный конденсатор 6, компенсационный датчик 7, постоянно погруженный в контроли- руемую среду, и компаратор 8 токов образуют дополнительный трансформаторный мост. Выход этого моста соединен со входом дополнительного преобразователя 9 тока в напряжение, выход которого связан с первыми входами переключателя 10 и допол штельного сравнивающего устройства 11. Вторые входы переключателя и сравнивающего устройства подключены к источнику 12 постоянного напряжения. Выход переключателя 10 соединен с вторыми входами сравнивающих устройств 5, а управляющий вхо его - с выходом устройства 11. Уровнемер работает следующим образом. При незаполненных емкостных датчиках трансформаторные мосты уравно вешены благодаря соответствующему выбору емкостей опорных конденсаторов 1, поэтому сигнал неравновесия на выходах компараторов 2 отсутствует. По мере погружения датчи ков в контролируемую среду нарушается равновесие тех мостов, в пле чи которых включены погруженные дат чики . Например, при погружении нижнего датчика нарушается равновесие левог (по чертежу) моста, и на выходе левого компаратора токов появляется сигнал. При погружении следующего датчика сигнал появляется на выходе среднего компаратора. Далее благодаря подключению третьего датчика в смежную ветвь первого моста погружение этого датчика восстанавливает равновесие первого моста. Таким образом, если наличие сигнала неравновесия принять за единицу двоичного кода, а равновесное состояние - за нуль , причем считать, что первый (левый)из компараторов 2 (по чертежу) соответствует младшему двоичному разряду, то при последовательном погружении Датчиков получаем информацию об измеряемом уровне в коде Грея - 001, 011, 010 и т.д. Сигнал неравновесия мостовой цепи, как известно, пропорционален напряжению питания этой цепи, частоте питающего напряжения и изменен емкости соответствующего датчика за счет его погружения в контролируемую жидкость. Это изменение в свою очередь пропорционально изменению д электрической проницаемости среды п сравнению с воздухом и степени погружения в эту среду емкостного датч ка. Таким образом, напряжение на вы ходе любого из линейных преобразователей 4 тока в напряжение при на-рушении равновесия соответствующего моста можно представить в виде Uj-kjи ы/Ь йе, (1) где KJ - коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными пapa 1eтpaми датчиков и коэффициентом преобразования ПТН; /5; - степень погружения i-ro датчика (i 1,2,...,п, п - количество датчиков, подключенных кj -му мосту),2,...,р ( р- число разрядов кода Грея датчика, равное отношению длины погруженной его части к общей длине); Л Е - разность диэлектрических проницаемостей контролируемой среды и воздуха. Компенсационный датчик 7 находится ниже уровня нижнего рабочего датчика из группы 3, поэтому он полностью погружен {/2)(, 1), и напряжение Uo на выходе преобразователя 9 можно записать в виде u , где о - постоянный коэффициент, определяемый параметрами датчика 7, коэффициентом передачи преобразователя 9 и компаратора 8. Значение выходного напряжения источника 12 выбрано выше возможного уровня шумов и флуктуации на выходе преобразователей 4 и 9 при равновесии трансформаторных мостов, но ниже, чем выходное напряжение преобразователя 9 при погружении датчика 7 в среду с минимальным ( для данного типа уровнемера) значением диэлектрической постоянной. При наличии сигнала на выходе преобразователя 9 сравнивающее устройство 11 переводит переключатель 10 в положение I.Ha входы сравнивающих устройств 5 при этом поступают напряжения, определяемые выражениями (1) и (2). Если выполняется соотношение iTj-cUp, то сигнал на выходе соответствующего сравнивающего устройства 5 равеннулю разряда Кода Грея,а если нивающих устройств 5 определяется равенством . Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получаем условие срабатывания устройств 5ko Po j ( Выходы сравнивающих устройств 5 являются информационными выходами уровнемера. Информацию об измеряемом уровне получаем с выхода этих устройств в коде Грея. При этом, как видно из выражения (3), сигнал 1 в любом из разрядов кода Грея появляется лишь при определенной, наперед заданной степени погружения /§4 емкостного датчика, независимо от напряжения и частоты питания моеТОБОЙ цепи и диэлектрической постоянной контролируемой среды,

При пустом резервуаре, когда неэаполнен и датчик 7, напряжение источника 12, поступающее на вход сравнивающего устройства 11, превьлиает выходное напряжение преобразователя 9, поэтому сигналом с выхода устройства 11 переключатель 10 переводится в положение II, Напряжение источника 12 в этом случае поступает на вторые входы всех сравнивающих устройств, обеспечивая надежный отсчет показаний при пустом резервуаре.

Формула изобретения Дискретный электроемкостный уровнемер по авт,св, W438883, о т л и11ающийся тем, что, с целью повышения точности измерения,в него дополнительно введены трансформаторный мост, образованный компенсационным конденсаторным датчиком, опорным конденсатором и дифференциальным трансформатором, и последовательно соединенные преобразователь тока в Напряжение, сравнивающее устройство, переключатель и источник постоянного напряжения, при этом переключатель соединен с вторыми входами основных схем сравнения и выходом дополнительного преобразователя тока в напряжение, а источник постоянного напряжения - с вто5рым входом дополнительной схемы сравнения.