Емкостный уровнемер для электропроводных сред Советский патент 1982 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам ко роля уровня и может найти применени S химической, горной и других отрас лях промышленности. Известен емкостной уровнемер для электропроводных сред, содержащий емкостной датчик, один электрод кот рого выполнен в виде покрытого изоляцией стержня или изолированного провода, а другим электродом являет ся среда ГП . Однако такие приборы непригодны для контроля уровня вязких, дающих осадки сред. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесконтактный емкостной уровнемер для .электропроводных сред, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью материала параллельно ей, преобразователь емкости датчика в электрический сигнал и последовательно соединенный с ним усилитель. Вторым электродом датчика в этом устройстве является сама среда или корпус сосуда 2. Недостатком устройства является нелинейность выходной характеристики уровнемера, обусловленная тем, что выходной сигнал формируется пропорционально изменению емкости датчика, а зависимость емкости такого датчика от уровня нелинейна. Цель изобретения - линериализация выходной хаоактеоистики уоовнемера. Указанная цель достигается тем, что, в уровнемер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью параллельно ей, преобразователь емкости в электрический сигнал, подключенный входом к емкостному датчику, а выходом к одному входу дифференциального усилителя, вгзедено дополнительное устройство умножения, подключенное своим выходом к дпугому входу дифференциального усилителя, одним входом - к выходу дифференциального усилителя, другим входом к выходу преобразователя емкости в электрический сигнал. На фиг, 1 представлена структурная схема уровнемера; на фиг. 2 статическая характеристика емкостного датчика; на фиг. 3 принципиальная схема уровнемера; на фиг. А сигналы на выходе преобразователя и устройства умножения. Уровнемер включает в себя датчик 1, выполненный в виде пластины, уст новленной над поверхностью среды, которая является вторым электродом. Емкость такого датчика равна Со где GO - начальная емкость датчика (при ); текущее значение уровня; расстояние между пластиной и дном сосуда (нижним предельным значением уровня). Изменение емкости датчика равно ё -f-h/H н Из (1) и (2) следует, что зависи мость Сд и ЛСд от уровня нелинейна (фиг. 2). Датчик включен на вход преобразо вателя емкости в электрический сигнал 2, выходной сигнал которого про порционален емкости датчика Сл, т.е 3) где Krt - коэффициент передачи преоб разователя 2. Преобразователь подключен своим выходом к неинвертирующему входу ус лителя 3 через резистивный делитель а на другой вход делителя подключен источник постоянного опорного сигна ла, равного Ц так что на неинвертирующем входе устанавливается напряжение I I . л г -(Ц) „ Одновременно выходной сигнал преобразователя 2 подается на один вход устройства умножения на другой вход которого подключен выход усилителя 3Выходной сигнал устройства усили теля равный K.,-K4-Cg (5) ,b.x где Кл - коэффициент передачи устройства умножения, подается на ин-г вертирующий вход через делитель напряжения. При большом коэффициенте усиления усилителя 3 () напряжение на его входах всегда практически равны, т.е. () АС и 2-К4, 2 g- Bbix-y-Cg и 1 откуда следует, что 11,,..., - -- к, Cg или с учетом значений С и лС /н/Ч Из (8) и (9) следует, что формирование сигнала, пропорционального отношению изменения емкости к ее значению, позволяет получить линейную зависимость выходного сигнала от уровня. На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема такого устройства. В качестве преобразователя емкости в электрический сигнал 2 используется широтно-импульсный модулятор, работающий в автоколебательном режиме и содержащий две RC-цепи, в одну из которых включен датчик Сд-, причем параметры одной цепи определяют длительность генерируемых импульсов, которая равна , где К коэффициент передачи данного преобразователя, а параметры второй цепи определяют интервал между импульсом, который постоянен и равенto K2Co.(11) Выходной сигнал преобразователя представлен на фиг. а и б. При изменении емкости датчика меняется длительность импульсов tj, и, cooTBejственно период их следования, который равен (CotCg). Широтно-импульсный сигнал такого преобразователя подается на неинвертирующий вход усилителя 3 через фильтр, выделяющий постоянную составляющую этого сигнала, которая равна f f . (12) где U(j - амплитуда импульсов на выходе преобразователя. Одновременно сигнал с преобразователя подается на вход устройства k умножения, который в данном случае может быть выполнен в виде управляе мого ключа с инвертором на входе. Цепь питания ключа подключена к выходу усилителя 3. Выходной сигнал устройства k умножения представляет собой последов тельность положительных импульсов той же длительности, но имеющих амплитуду равную выходному напряжению усилителя 3 (фиг. ). Постоянная составляющая такого сигнала, выделяющаяся с помощью фильтра на инвертирующем входе усилителя, равна п -ii (13) При равенстве напряжений на вход усилителя 3 включенного в цепь обратной связи, напряжения на его вхо дах равны, и«, следовательно, его входное напряжение равно ,,u4 T.ei данное устройство обеспечивает линейную выходную характеристику пр измерении уровня электропроводных сред с помощью бесконтактного емкос ного датчика. Формула изобретения Емкостный уровнемер для электропроводных сред, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде пластины и установленный над поверхностью среды параллельно ей, преобразователь емкости датчика в электрический сигнал, подключенный входом к емкостному датчику, а выходом - к одному входу дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики уровнемера, в него дополнительно введено устройство умножения, подключенное своим выходом к другому входу дифференциального усилителя, одним входом - к вы ходу дифференциального усилителя, а другим входом - к выходу преобразо вателя емкости датчика в электрический сигнал. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Колесников Н.В. и др. Контроль уровня жидкостей на судах. Л., Судостроение, 19б9, с. 92-932. Патент ФРГ № , кл. 2 е З, I960 (прототип).

СА . &Сд

Cff Со

О Ь.

ff.lff.0.60,S

JL

фае.I

iu.

ie

ao

ивм 6

Off

iat

€ff

t.ff