Вибрационный уровнемер жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01F23/296 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкостей, находящихся под атмосферным давлением, и может найти применение для измерения уровня рабочей жидкости при функциональных испытаниях гидроприводов в машиностроительной промышлен

НОСТИо

Известен вибрационный уровнемер жидкости, содержащий датчик выполненный в виде сдвоенного трубчатого камертона сообщающегося с основной емкостью и снабженного системой возбуждения и съема колебаний 1П,

Недостатком датчика является существенная нелинейность частотного выходного сигнала, а также погрешность связанная с температурным изменением модуля упругости материала резонатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является частотный датчик уррвня содержащий резонатор, закрепленный на

упругом элементе, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, усилитель 2.

Недостатком датчика является низкая чувствительность измерения уровня в узком диапазоне, вследствие малой величины девиации частоты.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения в узком диапазоне изменения уровня.

10

Поставленная цель достигается тем, что вибрационный уровнемер жидкости, содержащий резонатор, сообщающийся с основной.емкостью систему возбуждения и съема колебаний резонатора,

15 включающую возбудитель и приемник колебаний т которые соединены с усилителем, и измерительный прибор, снабжен, узлом изменения присоединенной массы, выполненным в виде пропорцио20нального преобразователя перемеще ния, шток которого выполнен в виде одинарного камертона, концы ветвей которого размещены внутри ветвей резонатора, причем пропорциональный преобразователь соединен цеИью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных усилителя мощности, дискретно-аналогового преобразователя, подключенного к измерительному прибору низкочастотного фильтра и смесителя частот подключенного к генератору опорной частоты, с усилителем. На чертеже представлена схема вибрационного уровнеме.ра жидкости. Уровнемер содержит основную емкость 1, уровень а которой измеряют резонатор 2, с.ообщающийся с основной емкостью, одинарный камертон 3. систему возбуждения и съема колебаний р,езонатора, содержащую возбудитель колебаний и приёмник 5 колебаний, усилитель 6, опорный генератор 7, смеситель 8 частот. низкочастотный фильтр 9, дискретно-аналоговый преобразователь 1 О,-усилитель 11 мощнос ти, узел изменения присоединенной массы, выполненный в виде пропорционального преобразователя 12 перемещения , измерительный прибор 13 шток пропорционального преобразователя перемещения выполнен в виде одинарно го камертона, концы ветвей которого 1А и 15 размещены внутри ветвей резонатора, и направляющие штока 16. Основная емкость k, сообщается с помощью трубопровода с резонатором 2 выполненным в виде одинарного трубчатого камертона, причем основанием камертона может служить участок соединительного трубопровода. Такое выполнение резонатора позво ляет повысить добротность колебательной системы, так как амплитуда колебаний основания камертона минимальна, что уменьшаетдиссипацию энергии колебаний. Узел изменения присоединенной ма сы включает сплошной камертон 3, вет ви которого установлены коаксиальйо в ветвях трубчатого резонатора 2, причем концы ветвей 1 и 15 выполне ны в форме конусов. Основание камер тона 3 установлено в направляющих 1 и является частью штока 17 пропорционального преобразователя 12 пере мещений. Электромагнитная система k возбуждения колебаний резонатора включена на выход усилителя 6 автогенератора, на вход которого включе на электромагнитная система 5 съема 9 .4 колебаний резонатора 2, Выход усилителя 6 подключен на один вход .смесителя 8 частот, на второй вход которого подключен выход опорного генератора 7. Выход смесителя-8 поДключен на вход фильтра 9, выход которого подключен на-.вход дискретно-аналогового преобразователя 10, выход которого подключен на вход усилителя 11 мощности. Выход усилителя 11 мощности подключен на входПропорционального преобразователя 12 перемещения и на измерительный прибор 13. В качестве пропорционального преобразователя 12 перемещения, можно использовать, например, электромеханический преобразователь. Материал для трубчатого камертона 2 - сплав j6HXTro (ЭИ-TQI). В качестве смесителя 8 частот, можно ис пользовать, например, балансный модулятор, усилитель 6, НЧ усилитель, собранный по схеме с автоматической регулировкой усиления для обеспечения устойчивого режима автоколебаний. Дискретно-аналоговый преобразователь 10, например, стандартный конденсаторный частотомер. Фильтр 9 низких частот и усилитель 11 мощности, могут быть собраны по типовым схемам, или применены серийные выпускаемые приборы. Ветви одинарного трубчатого камертона 2 обладают переменной по длине чувствительностью к массе жидкости. Максимальная чувствительность трубчатого камертона достигается в точить распределенную массу, при этом частота колебаний останется равной частоте системы с распределенной массой . Точка приведения распределенной массы ветви камертона с измеряемой жидкостью находится на расстоянии Z 0,762 от основания. В этой точке устанавливаются ветви 14 и 15 камертона 3, масса ветвей I и 15, расположенных в точке Z, 0,76 h(Suh), максимально сказывается на частоте, если разность внутреннего диаметра ветвей камертона 2 и ветвей камерТона 3 меньше учетверенной амплитуды колебаний ветвей камертона 2. Это условие общеизвестно и применительно к проявлению свойств малой сжимаемости жидкости в вибрирующих зазорах. Устройство работает следующим образом. Жидкость из емкости 1 заполняет ветви камертона 2, до того же уровня, что и в емкости. Начальный импульс от приемника 5 колебаний поступает на вход усилителя 6, с выхо да которого подается на возбудитель колебаний. Таким образом в цепи уси лителя 6 возникают незатухающие авт колебания с частотой, связанной с уровнем жидкости в ветвях. Так как наконечники 14 и 15 касаются жидкос ти, то последняя действует на них с усилием, определяемым из соотноше ний X XQsin(u)t +1/0) , Xgwcos(tvt + 4o ); 2 -1 г к 4-irh где.Г., поверхность конуса при погружении его на уровень в жидкость; потеря давления на поверхности конуса при обтекании его жидкостью; угол при вершине конуса; коэффициент гидродинамического сопротивления; круговая частота колебаний резонатора; время; начальная фаза; сила, действующая со сторо ны жидкости на ветви камер тона 3; перемещение жидкости вмесите с ветвями камертона 2 с амплитудой xg. Так как жидкость действует на камертона 3 с Усилием Fj ,, ускорение X () 1 то масса жидкости возрастает личину, так называемой присоединенной массы, равной Fa 2 .. цЛ s}ndcos( . 1 и «- -..... 1-4 Jlliy v-ЦД Л1.1и m ( Если ввести обозначение: л( 2 . sindcos24/tlM. I cosads n(u)) получим т,р A(t)h.. . Чтобы определить как связано изме нение присоединённой массы с частоветсообщаяТОЙ колебаний ветвей, продефференцируем выражение для резонансной ч.астоты камертона -L JjT 2Г1т где К - жесткость камертона ть каме .f дт ./{Г. р Из (11) видно, что с увеличением растет и девиация частоты Afp так как дт лт(Н)1 дт„р(Н),/ (12) где ,дт(Н) - увеличение массы в резонаторе при изменении уровня Н; (Н) - изменение присоединенной массы резонатора за счет введения или . выведения камертона 3. Частота колебаний с усилителя 6 поступает в смеситель 8 на другой вход которого подается частота от опорного генератора 7, соответствующая определенному уровню Н. Если уровень отклоняется от Н, то на выходе смесителя 8 появляется сигнал, который после выделения низкочастотной составляющей в фильтре 9 преобразуется в дискретно-аналоговом преобразователе в ток или напряжение, который после усиления JB усилителе 11 мощности с помощью пропорционального Преобразователя 12 перемещает камертон 3 до тех пор пока не выполнится равенство Дт(Н) - Дтпр(Ь) О ЦУт Km игнал с пропорционального преобразоателя 12линейно зависит от измеяемого уровня и может быть подан неосредственно на управляющий мехаизм. Предлагаемое изобретение выгодно тличается от известного, так как озволяет повысить чувствительность змерения в узком диапазоне изменеия уровня ипри этом используется омпенсационная схема, которая позвояет снизить требования по точности прямому каналу в (Ьраз, где - оэффициент передачи обратной связи. роме того, устройство позволяет поучить аналоговый выходной сигнал, оторый можно непосредственно подать а исполнительный механизм. Формула изобретения Вибрационный уровнемер жидкости, содержащий резонатор, сообщающийся с основной емкостью, систему возбуждения и сгема колебаний резонатора, включающую возбудитель и приемник колебаний, которые соединены с усилителем, и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, уровнемер снабжен узлом изменения присоединенной массы, выполненным в виде пропорционального преобразователя перемещения, шток которого выполнен в виде одинарного камертона, концы ветвей-которого размещены внутри ветвей резонатора, причем про 9 08 порциональный преобразователь перемещения соединен цепью обратной связи. Выполненной в виде последовательно соединенных усилителя мощности, дискретно-аналогового преобразивател 1, подключенного к измерительному прибору, низкочастотного фильтра и смесителя частот, подключенного к генератору опорной частоты, с усилителен. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . Авторское свидетельство СССР If , кл. G d1 F 23/28, 1978. 2. Новицкий . и др, Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., Энергия, 1970, с. Hi (прототип).