Электроемкостный уровнемер Советский патент 1980 года по МПК G01F23/26 

(54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровня как неэлектропровод.ных, так и электропроводных жидкостей.

Известен электроемкостный у ровнемер, содержащий измерительный и компенсационный емкостные датчики, операционный усилитель, усилитель постоянного тока с двумя линейно-понижающим и линейно-повышающим выходами, преобразователь емкости в напряжение постоянного тока, генератор тактовых импульсов, электронные ключи и источник постоянного напряжения, у которого компенсационная ем1кость и емкость, пропорциональная емкости пустого датчика, включены в цепь обратной связи оп-еращионнаго усилителя 1.

Однако этот уровнемер обладает недостаточной точностью при изменении диэлект)ричеокой проница-емости и удельной электропроводности измеряемой среды в щироких пределах, так как значения измерительного и компенсационных TOiKOB вычитаются друг из друга и следовательно полная компенсация невозможна.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уровнемер с ЦИ1ФРОВЫМ отсчетом, содержащий изме,рительный и ком1пенса1ционный е1мкостные датчики, генератор на операционном усилителе.

период выходного напряжения которого пропорционален разности емкости измерительного и компенсационного датчика 2.

Однако этому устройству ирисуща недостаточная точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Для достижения этого электроемкостный уровнемер снабжен дополнительными после10довательно соединенными генераторами, селектором длительности, схемой совпадения, счетчиком со схемой управления и преобразователем кода в емкость, выход которого соединен с измерительным емкостным дат15чиком и входам дополнительного генератора, ири этом эталонный емкостный датчик через генерлтор подключен к схеме совпадения.

На чертеже изображена структурная

20 схема устройства.

Электроемкостный уровнемер содержит .измерительный / и эталонный 2 емкостные датчики, два генератора 5 и 4 на операционных усилителях, селектор 5 длительности на

25 операционном усилителе, схему совпадения 6, счетчик 7 со схемой управления 8, устройство индикации 9 и преобразователь 10 кода в емкость.

Схема работает в автоколебательном ре30жиме, наступающем при включении источ3

нвка питания. Первый генератор вырабатывает дрямоулольные имяульсы с длительностью

(Си + СпкЕ)1п(1+29 , {)

гдеС„ - eM.KOiCTb измерительного датчика;СПКЕ- выходная емкость ггреобраз,ователя кода в еамкость; RI, , Кз - .сопротивления в щепях положительной и отрицательной обратных связей операционного усилителя.

Представляя емкость измерительного датчика, как сумму, включающую емкость затопленной части датчика зависящей от диэлектрической проницаемости измеряемой среды, и емкость незатопленной части, практически не зависящей от изменения параметров среды, мождо запасать, что

,

;„-3/ 1-С.1п 1+2 /.

(C,-fCnKE)ln{l+2|i где Сх - емкость затопленной части датчика;С - то же, незатопленной части. .Преобразователь кода в емкость настроен таким образом, что -при .любом .значении ур.01вня измеряемой .среды выходная емкость преобразователя дополняет емкость незатОПленной части датчика до емкости пустого датчика, т, е. Сд: + С пкЕ С п. Поскольку емкость пустого датчика есть величина, не зависящая от диэлектрической проницаемости измеряемой среды, и для конкретной Конструкции датчика есть велич;ина постоянна, то длительность -I, t,, 2Ri . С„ In ( есть также величина постоянная и ее можно вычесть .из длительности измерительного импульса и и ic помощью .селектора длительности, в результате чего на выходе селектара получится импульс, длительность которого пропорциональна велич;н:не затопленной части датчика. .х- .С,-Inf .

Второй генератор вырабатывает импульсы с длительностью

-|г

Сэ - ем.ко.сть эталонного конгде

денсатора;

4, , RS - сопрот1ивления в цепях положительной и отрицательной обратных связей операционного усилителя, /р R

При ра1венстве -i - отнощение длиR-, -

тельности импульса на .выходе селектора к длительности импульса эталонного генератора будет равно

2R,.C,ln(l+2

Ug -

где К-- - -масщтабный коэфф.ициент.

Представляя емкость С и Сэ через их геометрические размеры :и параметры измеряемой среды, можно записать JL- /у-f / -« , где е - относительная диэлектрическая прон,ицаемо.сть иэмерЯ(вмой среды; ео - электрическая постоянная; D - диаметр датдака; d - величина зазора между обкладками датчика; 1х - длина затопленной частей датчика, ta - длина эталонного датчика. Как .видно из последней формулы, .отнощение длительностей не зависит от диэлектрической проницаемости .измеряемой жидкости и величины зазора между обкладками датчика, .оно зависит только от отнощения длины затопленной ч.асти датчика к длине эталонного конденсатора. Таким образом, эталонный конденсатор служит мерой, с помощью которой измеряется уровень жидкости. Дальще импульсы t и tg .поступают через .схему совпадения на счетчик импульсов. За время t иа счетчик пройдет .количество мпульсов, равное отнощению -f, т. е. значению измеряемой величины. Схема управления счетч ик.ам необходима для установки в.ремен1И индикации и сброса счетчика в но.ль в начале каждого цикла. Синхронизация работы схемы управ. ления осуществляется импульсами € первого генератора.

ИзмереннОе €четчико.м количество импульсов индицируется цифровыми индикаторами. Одновременно выходной -код Поступает в лреобразователь кода в емкость, величина выходной емкости которого участвует в следующем цикле измерений.

Формула изобретения

Электроемкостный уровнемер, содержа. щий измерительный и эталонный емкостные .датч.ики, генератор и схему индикации, о т.личаюгцийся тем, что, с целью повы.щения точности измерения, он снабжен дополнительными последо1Бательно соединен ными -генераторами, селектором длительности, схемой совпадения, счетчиком со схемой управления и преобразователем кода в емкость, выход которого соединен с измерительным емкостным датчиком и входом донолнительного генератора, при этом эталонный емкостный датчик через генератор подключен к схеме совпадения.

)

Источники инфор мации, принятые во в,нимание при экепер-шзе:

2.Авторское свидетельство СССР № 573721, кл. G 01 F 23/26, 1977 (прототип) .