Дистанционный измеритель уровня диэлектрических материалов Советский патент 1954 года по МПК G01F23/26 

В ОСНОВНОМ авт. св. № 73881 для дистанционного измерения уровня диэлектрических материалов в резервуарах в качестве первичного элемента используются емкостные датчики, электрическая емкость которых изменяется при изменении уровня диэлектрического материала. В нем, однако, не предусмотрены меры к уменьшению погрешностей от неоднородности вещества по высоте и не решен вопрос о компенсации погрешностей, вызванных изменением диэлектрических свойств всей массы вещества при изменении температуры.

Описываемый дистанционный измеритель этих недостатков не имеет, так как в нем для учета влияния неоднородности веществ в резервуаре размещаются несколько расположенных один над другим датчиков емкостного типа. Каждый датчик включен в свою измерительную цепь.

Для увеличения чувствительности емкостные датчики включены в цепь электрического контура, настроенного, при отсутствии вещества внутри датчика, на частоту генератора, питающего измерительную цепь. При этом возникает резонанс токов и, следовательно, ток в измерительной цепи будет весьма мал. По мере заполнения датчика веществом изменяется емкость датчика, что приведет к расстройке датчика и к увеличению тока в измерительной цепи. Крутизна характеристики тока в зависимости от изменения емкости датчика является функцией напряжения, питающего измерительную цепь.

Последнее свойство использовано для компенсации изменения ди.электрических свойств всей массы материала в зависимости от температуры, влажности и т. п.

Один из датчиков (например, нижний), заполненный всегда веществом, уровень которого измеряется, используется для управления величиной напряжения, питающего измерительные цепи остальных датчиков.

На фиг. 1 изображена электрическая схема дистанционного измерителя уровня; на фиг. 2 и 3 - кривые изменения емкости датчика; на ф|иг. 4 - схема реле второго канала.

№ 98798- 2 -

Емкостные датчики Дь Да, Лз и т. д. (фиг. 1) входят в колебательные контуры, включенные каждый в цепь анода своей лампы /. Каждая лампа Л работает в каскаде усиления высокой частоты (УВЧ). Высокая частота от генератора Г подается на сетки лампы Л.

Каскад УВЧ используется в качестве преобразователя изменений емкости датчика в изменения силУ постоянного тока в цепи катода лампы Л.

Описываемое устройство работает по методу «половины резонансной кривой. Контур настроен в резонанс при пустом датчике, анодный ток лампы Л при этом близок к нулю, повышение уровня (наполнение датчика) отмечается ростом анодного или, что то же, катодного тока в пределах участка, отмеченного на фиг. 2 жирной линией.

Сопротивление является катодной нагрузкой для лампы Л- и служит для связи между каскадами ламп Л и 2. Каскад усиления постоянного тока (УПТ) на лампе Л2 имеет в своей анодной цепи реле Р, которое включает сигнальную лампочку Л., отмечающую наполнение соответствующего датчика до определенного уровня. В анодной цепи лампы Л находится также полупеременное сопротивление R, являющееся шунтом для измерительного прибора И, указывающего точное положение уровня.

При изменении емкости датчика (т, е. уровня) анодный ток /„, лампы Ло изменяется также по половине рёзснансной кривой, но уже имеет больщее значение, чем ток через лампу Л. Кроме того, смещением Ец на сетке лампы Л достигается срезание остаточного (нулевого) тока, а при желании и нижнего изгиба кривой (см. фиг. 3), в результате чего зависимость показаний прибора от емкости датчика, т. е. уровня, будет близка к ли нейной.

Электрическая емкость пустого датчика является величиной постоянной и поэтому нижняя (нулевая) точка на кривой фиг. 3 будет практически также постоянной. Верхняя точка рабочего участка кривой, соответствующая емкости полностью заполненного датчика, будет перемещаться вдоль характеристики в зависимости от диэлектрической проницаемости материала, заполняющего датчик.

Так как измерительный прибор (индикатор) И общий для ряда каналов измерений, то для компенсации погрешностей от неоднородности вещества в схеме предусматривается наличие на выходе каждого канала полупеременного щунта R . Наладка прибора при полном бункере заключается в регулировке R „ на полное отклонение шкалы по каждому каналу. Таким образом, устанавливается требуел1ая крутизна

---) характеристики /,,, fCC}. Предварительно при пустом резерве

вуаре по каждому каналу производится подстройка контуров полупеременными конденсаторами на минимальный анодный ток. Таким образом, все контуры (всех каналов) настраиваются в резонанс на частоту генератора.

Для компенсации погреплиогтет от изменения диэлектрических свойств всей массы материала необходимо обеспечить пропорциональнов изменение - (т. е. крутизны кривой) во всех каналах одновреdc

менпо. Это достигается соответствующим изменением напряжения Q питания анодных цепей каскадов УВЧ.

Как видно на фиг. 2, чем выше напряжение Е ,,, тем больше крутизна кривой /а 1(С), т. е. тем выше чувствительность схемы к изменениям емкости датчика (соответственно изменяется и крутизна кривой /„2 1(С).

Следовательно, при уменьшении диэлектрической проницаемости материала необходимо увеличивать напряжение fai а при увеличении диэлектрической проницаемости - уменьшать таким образом, чтобы прибор, подключенный к каналу с полным датчиком (нижним), всегда стоял на конце шкалы.

Такого рода компенсация (регулировка чувствительности) может быть осуществлена как полуавтоматической, так и автоматической.

Полуавтоматическая компенсация достигается ручной регулировкой напряжения по показанию прибора И, подключенного к заведомо полному датчику. После этого прибор И подключается к тому каналу, в зоне датчика которого находится уровень, и производится отсчет показаний.

Там, где возможны резкие изменения диэлектрической проницаемости материала, а также для особо ответственных применений прибора необходима полностью автоматическая компенсация погрешностей (АКП), осуществляемая путем автоматической регулировки напряжения fai.

Схема авторегулятора (см. фиг. 1) состоит из регулирующей лампы Л, одного каскада усиления на лампе Л, служащих для усиления «сигнала ошибки, а также газового стабилизатора Лк, с потенциометром R, служащих для получения стабильного «опорного напряжения ,.

Напряжение сигнала ошибки, усиливаемое лампой Лз, определяется как разность напряжения сигнала и опорного напряжения, т. е, р - р р

ДЗ - с опНормально напряжение fon немного больше с. таким образом, на сетке лампы Л имеется небольшое отрицательное смещение.

Напряжение сигнала ошибки, усиленное лампой Л$, управляет регулирующей лампой Л, изменяя ее внутреннее сопротивление. Таким образом, если, например, диэлектрическая проницаемость уменьшится, то внутреннее сопротивление Л также уменьшится, а следовательно, напряжение питания анодных цепей лампы Л-i увеличится до величины, при которой ток катода лампы Л нижнего канала примет прежнее значение.

В результате при изменениях диэлектрической проницаемости в широких пределах анодный ток лампы Л нижнего канала будет стабилизирован за счет соответствующего изменения анодного напряжения всех ламп Л (т. е. каскадов УВЧ всех каналов).

По остальным (кроме нижнего) каналам анодные токи УВЧ, а следовательно, и УПТ будут пропорциональны уровням заполнения датчиков.

Действие АКП должно автоматически прекращаться, как только уровень опустится до нижнего электрода. В противном случае, т. е. когда нижний датчик не будет полностью погружен, действие АКП привело бы к ложному показанию прибора вследствие продолжающейся стабилизации анодного тока Л-. Кроме того, действие АКП привело бы к излишнему повышению анодного напряжения на каскадах УВЧ.

Прекращение действия АКП производится автоматически, как только уровень упадет ниже /з высоты второго датчика. При этом отпускает реле второго канала (см. фиг. 4) и переключает сетку лампы Л к делителю напряжения i R-2. В результате схема авторегулятора будет действовать как стабилизатор но.минального значения анодного напряжения на каскадах УВЧ. Величина этого значения устанавливается при настройке посредством i.

№ 98798

В разработаном выше случае (без АКП) нижний канал уже не будет управлять компенсацией, а будет работать как обычный канал указания уровня, причем с меньшей точностью. Практически нижний датчик будет использоваться для сигнализации достижения аварийного уровня.

Предмет изобрете«ия

1.Дистанционный измеритель уровня диэлектрических материалов,основанный на применении электрических емкостных датчиков по авт. св. № 73881, отличаюшийся тем, что, с целью уменьшения погреш ности от неоднородности .вешества, применен ряд расположенных один над другим емкостных датчиков, длина которых выбирается в зависимости от допустимой погрешности при измерении уровня и которые включены в отдельные измерительные цепи.

2.Форма выполнения дистанционного измерителя уровня по п. 1, отличаюшаяся тем, что, с целью уменьшения погрешности от неоднородности материала по высоте, каждый из емкостных датчиков включен в цепь электрического контура, составленного из параллельно включенных емкости и индуктивности и настроенного, при отсутствии вещества внутри датчика, на частоту генератора, питающего измерительную цепь, благодаря чему ток в последней, .при незаполненном датчике, весьма мал и возрастает по мере заполнения датчика веществом.

3.Форма выполнения дистанционного измерителя уровня по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, вызванных изменением диэлектрических свойств всей массы материала под влиянием изменения температуры, влажности и молекулярной структуры,. один из емкостных датчиков (например, нижний) используется для управления величиной напряжения, питающего измерительные цени остальных датчиков.А, I 1 -

Л1::71анае ЛКП КаналfJ Haflf/Y HtiS;iMfnf o/

4 i

1 /я

/ Т

.« } ...

.-li J ..л

i,4ia-J /y

,-. i г- ; .- f Ч

liH0T г-iiffei Р Фиг.}

Ч,

Т}Л 8

ffff 2аО 25О за о 35

/Л l- Cpf

иг.2

Сд,-т

EoflWv

.50уз

forffffy 2

Е,--250У

1 2fO ЗОО 35а

к сети. /73

Плл,