Емкостный измеритель уровня жидкостей Советский патент 1981 года по МПК G01F23/26 

54) ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей .

Известны емкостные уровнемеры, содержащие измерительный и компенсационный датчик, включенные в измерительный мост, питающийся от высокочастотного генератора ij .

Однако эти устройства не обладают высокой точностью измерения и стабильностью в широком диапазоне изменения свойств контролируемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является емкостной уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный датчики, тактовый генератор, выполненный в виде симметричного мультивибратора, усилитель постоянного тока и преобразователь емкости в напряжение, включающий в. себя коммутирующие элементы, источник стабилизированного постоянного напряжения и эталонные конденсаторь1 2j .

Однако известный уровнемер характеризуется недостаточной надежностью н помехоустойчивостью.

Цель .изобретения - пов1Л11ение надежности и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что емкостной измеритель уровня жидкостей дополнительно снабжен коммутируюдим элементом, синхронным детектором и вторым эталонным конденсатором, причем измерительный

датчик и первый эталонный конденсатор соединены последовательно и включены между двумя коммутирующими элементами, подключенными к источнику стабилизированного постоянного

напряжения, компенсационный датчик и второй эталонный конденсатор также соединены последовательно и включены между двумя другими коммутируквдими элементатии , подключенными к выходу

усилителя постоянного тока,управляющие входы коммутирующих элементов попарно соединены между собой и подключены к разным выходам тактового генератора, а синхронный, детектор

включен между преобразователем емкости в напряжение и входом усилителя, при .этом измерительный вход синхронного детектора через весовые резисторы подключен к эталонным конденсаторам.

На фиг. 1 представлена функционалная схема устройства;на фиг. 2 - эпюры напряжения в различных точках измерительной схемы.

Устройство содержит датчик 1, включающий измерительный датчик Г ; компенсационный датчик 1 , преобразователь 2 емкости в напряжение, тактовый генератор 3, выполненный в виде симметричного мультивибратора, синхронный детектор 4 и усилитель постоянного тока 5.

Преобразователь 2 содержит четыре коммутирующих элемента 6-9, представляющих собой электронные ключи,причем управляющие входы элементов 6-9 а также 7 и 8 соединены между собой и подключены к разным выходам генератора 3.

Измерительный датчик и эталонный конденсатор 10, емкость которого равна начальной емкости измерительного датчика, включены между коммутирую.щими элементами 6 и 7, а их общая точка через весовой резистор 11 подключена ко входу синхронного детектора 4, к которому через весовой резистор 12 подключена средняя точка другого емкостного делителя, включенного между элементами 8 и 9 и составленного компенсационным датчиком и эталонным конденсатором 13, емкость которого равна начальной емкости ком пенсационного датчика.

Синхронный детектор 4 выполнен на одном транзисторе, коллекторная цепь которого подключена к выходу мультивибратора, а эмиттерная цепь ко входу усилителя постоянного тока

Устройство работает следугацим образом.

Управляющие сигналы с генератора поступают одновременно на два коммутирующих элемента, поэтому в один полупериод закрыты элементы 6 и 9 и соответственно измерительный датчик подключается через зарядное сопротивление к источнику постоянного напряжения UQ, эталонный конденсатор 13 - к выходу усилителя, а элементы 7 и 8 открыты. Компенсационный датчик и эталонный конденсатор 10 подключены к общей шине измерительной схемы, которая, в частном случае, может быть заземлена и напряжение, образующееся при этом на компенсационном датчике и конденсаторе 10,подается на вход синхронног детектора.

В следующий полупериод закрыты коммутирующие элементы 7 и В,а 6 и 9 открыты, и сигнал на входе детектора снимается с измерит.ельного датчика и конденсатора 13.

Такой режим работы преобразовате приводит к появлению импульсного синала в средних точках 14 и 15 емкостных делителей, которые подаются на вход синхронного детектора.В исходном состоянии, при отсутствии уровня в измерительном датчике, его емкость С ц равна емкости С« напряжения вточке 14, существующие в разные моменты времени, также равны между собой (за исключением моментов переключений), и на входе детектора сигнал равен нулю, выходное напряжение усилителя постоянного тока также равно нулю.

При появлении жидкости в объекте контроля емкость измерительного датчика растет, т.е. Сц , в точке 14 появляется импульсный сигнал разбаланса, причем амплитуда импульсов определяется величиной UQ и соотношением CH и . Этот сигнал вызывает появление на выходе синхронного детектора постоянного напряжения которое усиливается усилителем. Выходное напряжение усилителя, питая коммутирующие элементы 8 и 9, вызывает появление импульсного сигнала в точке 15, величина которого определяется выходным напряжением усилителя и соотнощением емкости компенсационного датчика и эталонного конденсатора 13, но который существует в другой полупериод. Это напряжение поступая также на вход детектора, складывается с учетом весовых сопротивлений с сигналом, поступает с первого делителя и вызывает уравновешивание всей измерительной схемы.

Изменение диэлектрической проницаемости контролируемой среды вызывает увеличение амплитуды импульсного сигнала и в точке 14, ив точке 15, поэтому результирующий сигнал на входе детектора практически не меняется, и выходное напряжение усилителя также не меняется, зависит только от величины уровня и может служить выходным сигналом всего измерительного устройства.

Синхронный детектор отрабатывает только тот сигнал, который синфазен с синхронизирующими напряжением. Если сигнал на выходе не совпадает во времени с синхронизирующим сигналом, напряжение на выходе детектора равно нулю.

Такой режим работы детектора и его включение между преобразователем емкости в напряжение и усилителем уменьшает возбудимость измерительной схемы и увеличивает ее помехоустойчивость.

Формула изобретения

Емкостной измеритель уровня жидкостей, содержащий измерительньЙ и компенсационный датчики, тактовый генератор, выполненный в виде симметричного мультивибратора, усилитель постоянного тока и преобразователь емкости в напряжение, включаю|щий в себя три коммутиругадих элемента, источник стабилизируквдего постоянного напряжения и эталонныйконденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и помехоустойчивости, он дополнительно снабжен одним коммутирующим элементом, синхронным детектором и вторым эталонным конденсатором,причем измерительный датчик и первый эталонный конденсатор соединены последовательно и включены между двумя коммутирукхцими элементами,подключенными к источнику стабилизированного постоянного напряжения, компенсационный датчик и второй эталонный конденсатор также соединены последовательно и включены между двумя другими коммутирующими элементами, по люченными к выходу усилителя постоянного тока, управляющие входы коммутирующих элементов попарно соединены между собой и подключены к разным выходам тактового генератора, а синхронный детектор включен между преобразователем емкости в напряжение и входом усилителя, при этом измерительный вход синхронного детектора через весовые резисторы подключен к эталонным конденсаторам.

0

Источники информации,

принятые во внимание прв в«с1тер изе

5

На ( 71

На /ю/иеягщое 72

На талеящре тэ

На Mfi/ienmope /Ч

Rrovxe S