RU175647U1 - DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS Download PDFInfo
- Publication number
- RU175647U1 RU175647U1 RU2017122465U RU2017122465U RU175647U1 RU 175647 U1 RU175647 U1 RU 175647U1 RU 2017122465 U RU2017122465 U RU 2017122465U RU 2017122465 U RU2017122465 U RU 2017122465U RU 175647 U1 RU175647 U1 RU 175647U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nematic liquid
- electro
- liquid crystal
- optical effect
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может применяться для измерения уровня жидкостей в нефтегазовой отрасли и химической промышленности.Задачей полезной модели является повышение быстродействия.Указанная задача решается тем, что в системе измерения уровня жидкости основанной на электрооптическом эффекте в нематических жидких кристаллах, содержащей коаксиальный конденсатор с изолированными друг от друга электродами, соединенными последовательно с измерительной схемой. В отличие от прототипа, измерительная схема выполнена в виде ячейки, которая представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из пластины из токопроводящего стекла, гомеотропно ориентированного нематического жидкого кристалла, пластины кристалла сульфида кадмия CdS, электродов из двуокиси олова SnO. Сульфид кадмия CdS является фотопроводником, проводимость которого зависит от интенсивности проходящего через него света. Нематический жидкий кристалл изготовлен в виде смеси: n-н-бутил-n'-гептаноила-оксибензол + n-метоксибензилиден-n-бутиланилин. 3 ил.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to measure the level of liquids in the oil and gas industry and the chemical industry. The objective of the utility model is to increase the speed. The stated problem is solved by the fact that in a liquid level measurement system based on the electro-optical effect in nematic liquid crystals, containing a coaxial capacitor with isolated from each other electrodes connected in series with the measuring circuit. Unlike the prototype, the measuring circuit is made in the form of a cell, which is a multilayer structure consisting of a plate of conductive glass, a homeotropically oriented nematic liquid crystal, a plate of a cadmium sulfide crystal CdS, and tin dioxide electrodes SnO. Cadmium sulfide CdS is a photoconductor, the conductivity of which depends on the intensity of the light passing through it. The nematic liquid crystal is made in the form of a mixture: n-n-butyl-n'-heptanoyl-hydroxybenzene + n-methoxybenzylidene-n-butylaniline. 3 ill.
Description
Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может применяться для измерения уровня жидкостей в нефтегазовой отрасли и химической промышленности.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to measure the level of liquids in the oil and gas industry and the chemical industry.
Известны:Known:
1) измеритель уровня жидкости (авт.св. РФ № 2150088, кл. G01F 23/26, опубл. 12.10.1998), состоящий из емкостных цилиндрических датчиков уровня, включающих коаксиальные цилиндрические электроды.1) a liquid level meter (ed. St. RF No. 2150088, class G01F 23/26, publ. 12.10.1998), consisting of capacitive cylindrical level sensors, including coaxial cylindrical electrodes.
Недостатками данной конструкции являются недостаточная надежность и низкая помехозащищенность к воздействию случайных помех.The disadvantages of this design are the lack of reliability and low noise immunity to the effects of random interference.
2) Электрооптическая информационно-измерительная система контроля уровня жидкости (авт.св. РФ № 161789, кл. G01F 23/26, опубл. 10.05.2016), содержащая коаксиальный конденсатор с центральным электродом в виде круглого стержня и полый цилиндрический электрод, которые изолированы друг от друга с помощью электроизоляционной крышки. Источник оптического излучения в виде лазерного диода излучает когерентный луч света, который после прохождения через поляризатор становится плоскополяризованным. Конденсатор последовательно соединен с измерительной схемой, выполненной в виде ячейки Поккельса, электроды которой образуют последовательную цепочку с электродами коаксиального конденсатора. Изменение напряжения на электродах ячейки Поккельса способствует преобразованию коэффициента преломления плоско-поляризованного луча света. На выходе из кристалла результатом суммирования колебаний по составляющим будет эллиптический поляризованный свет. Часть энергии выйдет из прибора через анализатор - это энергия колебаний, имеющих плоскость поляризации, параллельную заданной анализатором. Фотодиод преобразует попавший на его фоточувствительную область луч света в электрическое напряжение, которое обрабатывается микроконтроллером, содержащим усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, а полученные данные выводятся на жидкокристаллический индикатор.2) Electro-optical information-measuring system for monitoring the liquid level (ed. St. RF No. 161789, class G01F 23/26, published May 10, 2016), containing a coaxial capacitor with a central electrode in the form of a round rod and a hollow cylindrical electrode, which are insulated apart from each other using an electrical insulating cover. An optical radiation source in the form of a laser diode emits a coherent beam of light, which after passing through the polarizer becomes plane-polarized. The capacitor is connected in series with a measuring circuit made in the form of a Pockels cell, the electrodes of which form a series circuit with the electrodes of a coaxial capacitor. The change in voltage at the electrodes of the Pockels cell contributes to the conversion of the refractive index of a plane-polarized light beam. At the exit from the crystal, the result of the summation of the oscillations over the components will be elliptical polarized light. Part of the energy coming out of the device through the analyzer is the energy of oscillations having a plane of polarization parallel to the given analyzer. A photodiode converts a light beam incident on its photosensitive region into an electric voltage, which is processed by a microcontroller containing an amplifier, an analog-to-digital converter, and a microprocessor, and the obtained data are displayed on a liquid crystal indicator.
Недостатком данной конструкции является низкое быстродействие.The disadvantage of this design is the low speed.
Задачей полезной модели является создание нового устройства для измерения уровня жидкости с достижением следующего технического результата: повышение быстродействия.The objective of the utility model is to create a new device for measuring the liquid level with the achievement of the following technical result: increased performance.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для измерения уровня жидкости, основанном на электрооптическом эффекте в нематических жидких кристаллах (НЖК), содержащем коаксиальный конденсатор с изолированными друг от друга электродами, соединенными последовательно с измерительной схемой, согласно полезной модели измерительная схема выполнена в виде жидкокристаллической ячейки, представляющей собой многослойную конструкцию из пластины токопроводящего стекла и пластины кристалла-фотопроводника сульфида кадмия CdS, на которые прикреплены электроды из двуокиси олова SnO2, при этом между пластинами помещена смесь нематического жидкого кристалла n-н-бутил-n'-гептаноила-оксибензол + n-метоксибензилиден-n-бутиланилин.This problem is solved in that in a device for measuring the liquid level, based on the electro-optical effect in nematic liquid crystals (NLC), containing a coaxial capacitor with insulated electrodes from each other, connected in series with the measuring circuit, according to a utility model, the measuring circuit is made in the form of a liquid crystal cell, which is a multilayer structure of a plate of conductive glass and a plate of a crystal-photoconductor of cadmium sulfide CdS, on which epleny tin dioxide SnO 2 electrodes, the mixture was placed between the plates of a nematic liquid crystal, n-butyl-n-n'-heptanoyl-oksibenzol + n-methoxybenzylidene-n-butylaniline.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения уровня жидкости, основанного на электрооптическом эффекте в нематических жидких кристаллах, на фиг. 2 представлена экспериментальная электрооптическая жидкокристаллическая (ЖК) ячейка, на фиг. 3 представлены зависимости: а) оптического сигнала от напряжения для различных величин засветки пластины фотопроводника; б) фазовой задержки от напряжения, величины засветки пластины фотопроводника (в процентах).In FIG. 1 is a structural diagram of a device for measuring a liquid level based on an electro-optical effect in nematic liquid crystals; FIG. 2 shows an experimental electro-optical liquid crystal (LC) cell; FIG. Figure 3 shows the dependences of: a) the optical signal versus voltage for various illumination values of the photoconductor wafer; b) phase delay from voltage, the amount of illumination of the plate of the photoconductor (in percent).
В данной структурной схеме (фиг. 1) используется коаксиальный конденсатор, электроды которого соединены с ЖК-ячейкой. Он выполнен в виде полого цилиндрического электрода 1 и центрального электрода-стержня 2, соединен с электродами электрооптической ЖК-ячейки. ЖК-ячейка освещается лазером 3, луч которого сначала проходит через поляризатор 4. Далее свет, прошедший через ЖК-ячейку 5 и анализатор с фотоприемником 6, обрабатывается микроконтроллером 7, в составе которого присутствуют усилитель, аналого-цифровой преобразователь, а так же микропроцессор. Данные с микроконтроллера поступают на автоматизированное рабочее место оператора, где отображаются на экране 8 монитора в любом удобном виде.In this block diagram (Fig. 1), a coaxial capacitor is used, the electrodes of which are connected to the LCD cell. It is made in the form of a hollow
Принцип работы электрооптической системы на нематических жидких кристаллах состоит в следующем: изменение уровня диэлектрической жидкости, находящейся между электродами 1 и 2 коаксиального измерительного конденсатора, вызывает изменение емкости данного конденсатора пропорционально изменению уровня жидкости. Это, в свою очередь, ведет к изменению реактивного сопротивления конденсатора и приводит к изменению падения на нем электрического напряжения.The principle of operation of the electro-optical system on nematic liquid crystals is as follows: a change in the level of the dielectric liquid located between the
ЖК-ячейка (фиг. 2) представляет собой конструкцию из пластины токопроводящего стекла 9 и пластины кристалла-фотопроводника CdS 10. На пластины прикреплены электроды 11 из двуокиси олова SnO2. Применение CdS обусловлено тем, что он является фотопроводником, и его проводимость можно изменять с помощью света различной интенсивности. Между пластинами помещалась смесь 12 нематического жидкого кристалла n-н -бутил-n'-гептаноила-оксибензол + n-метоксибензилиден-n-бутиланилин.The LCD cell (Fig. 2) is a structure of a plate of
Использование в предлагаемой системе ЖК-ячейки дает увеличение быстродействия и точности измерений, что стало возможным благодаря сильно выраженному ориентационному эффекту в жидких кристаллах, время релаксации которого 10-6 с.The use of an LCD cell in the proposed system gives an increase in speed and accuracy of measurements, which was made possible thanks to a pronounced orientational effect in liquid crystals, the relaxation time of which is 10 -6 s.
Поскольку у нематика диэлектрическая проницаемость εα≈0, то его можно считать полубесконечным при условии, что при толщине жидкого кристалла z→∞ угол наклона молекул ЖК θ→0.Since the nematic has a dielectric constant ε α ≈ 0, it can be considered semi-infinite provided that, with the thickness of the liquid crystal z → ∞, the angle of inclination of the LC molecules is θ → 0.
С учетом параметра дальнего порядкаGiven the long-range order parameter
где S10 - параметр порядка вблизи поверхности при отсутствии поля, h - толщина жидкого кристалла, , т.е. распределение дипольного момента p уменьшается от электрода вглубь жидкого кристалла, как , b=-1/δ, δ~λ-1 - эффективная глубина существования поверхностной поляризации, и - константы, где , k - коэффициент упругости, E - напряженность электрического поля.where S 10 is the order parameter near the surface in the absence of a field, h is the thickness of the liquid crystal, , i.e. the distribution of the dipole moment p decreases from the electrode deeper into the liquid crystal, as , b = -1 / δ, δ ~ λ -1 is the effective depth of existence of surface polarization, and are constants where , k is the coefficient of elasticity, E is the electric field strength.
Уравнение состояния нематического жидкого кристалла будет иметь вид: The equation of state of a nematic liquid crystal will have the form:
Введем обозначения y=η(ξ), ξ=e-λz, получим уравнение:We introduce the notation y = η (ξ), ξ = e -λz , and we obtain the equation:
, ,
его решениеhis decision
. .
, , , ,
далее при а<<1, получаем для изменения показателя преломленияfurther for a << 1, we obtain for changing the refractive index
(1) (one)
т.е. изменение показателя преломления ЖК зависит от приложенного напряжения электрического поля прямо пропорционально.those. a change in the refractive index of an LC depends on the applied electric field voltage in direct proportion.
Используя экспериментальные результаты зависимости интенсивности прошедшего через ЖК-ячейку света (длина волны 550 нм) от приложенного напряжения (фиг. 3а), были получены зависимости фазовой задержки и величины засветки пластины фотопроводника от напряжения (фиг. 3б), которые демонстрируют линейный характер изменения двойного лучепреломления ячейки согласно формуле (1). Именно этот обнаруженный линейный электрооптический эффект лежит в основе предлагаемого устройства для измерения уровня жидкости.Using the experimental results of the dependence of the intensity of light transmitted through the LCD cell (wavelength 550 nm) on the applied voltage (Fig. 3a), we obtained the dependences of the phase delay and the magnitude of the illumination of the photoconductor wafer on the voltage (Fig. 3b), which demonstrate the linear nature of the change in the double refraction of the cell according to the formula (1). It is this detected linear electro-optical effect that underlies the proposed device for measuring liquid level.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017122465U RU175647U1 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017122465U RU175647U1 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU175647U1 true RU175647U1 (en) | 2017-12-13 |
Family
ID=60719272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017122465U RU175647U1 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU175647U1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3674342A (en) * | 1970-12-29 | 1972-07-04 | Rca Corp | Liquid crystal display device including side-by-side electrodes on a common substrate |
US3846775A (en) * | 1972-10-06 | 1974-11-05 | Texas Instruments Inc | Electro-optical display apparatus for signalling warning of predetermined condition ambient compensated |
US4104627A (en) * | 1974-05-03 | 1978-08-01 | Merz & Bentili Nuklear Ag | Digitale, an indicating device containing liquid crystals |
SU651200A1 (en) * | 1977-04-27 | 1979-03-05 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Экспериментально-Конструкторский Институт Коммунального Машиностроения | Liquid level meter |
SU724552A1 (en) * | 1976-12-03 | 1980-03-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Кристаллографии Им. А.В. Шубникова | Electrooptical material |
US20030056587A1 (en) * | 2001-09-19 | 2003-03-27 | Carpenter M. Scott | Thermochromatic indicator for an aersol container |
-
2017
- 2017-06-26 RU RU2017122465U patent/RU175647U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3674342A (en) * | 1970-12-29 | 1972-07-04 | Rca Corp | Liquid crystal display device including side-by-side electrodes on a common substrate |
US3846775A (en) * | 1972-10-06 | 1974-11-05 | Texas Instruments Inc | Electro-optical display apparatus for signalling warning of predetermined condition ambient compensated |
US4104627A (en) * | 1974-05-03 | 1978-08-01 | Merz & Bentili Nuklear Ag | Digitale, an indicating device containing liquid crystals |
SU724552A1 (en) * | 1976-12-03 | 1980-03-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Кристаллографии Им. А.В. Шубникова | Electrooptical material |
SU651200A1 (en) * | 1977-04-27 | 1979-03-05 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Экспериментально-Конструкторский Институт Коммунального Машиностроения | Liquid level meter |
US20030056587A1 (en) * | 2001-09-19 | 2003-03-27 | Carpenter M. Scott | Thermochromatic indicator for an aersol container |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN202948074U (en) | Liquid medium empty spot electric field distribution measuring device based on Kerr effect | |
Jiusheng | Optical parameters of vegetable oil studied by terahertz time-domain spectroscopy | |
CN102680429B (en) | Subminiature microcavity gas sensor | |
US10338417B2 (en) | Measurement techniques for ion impurities in liquid crystal mixtures | |
CN105445491A (en) | Hot-wire-type high sensitivity flow speed meter based on micro-resonant cavity | |
RU175647U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LIQUID LEVEL, BASED ON THE ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS | |
CN107894527A (en) | Random waveguide optical grating voltage sensor and its voltage detection method based on electrooptic effect | |
CN103776791A (en) | Carbon monoxide gas sensing equipment | |
CN205192945U (en) | Oil moisture detection device based on infrared absorption method | |
RU2325631C1 (en) | Method of compounds concentration detection for trolly mixture | |
RU161789U1 (en) | ELECTRO-OPTICAL INFORMATION-MEASURING LIQUID CONTROL SYSTEM | |
Hida et al. | Fiber optic displacement sensor for honey purity detection using glucose adulterant | |
CN208350902U (en) | Electrostatic dust remover electric field space field strength test device | |
Jin et al. | Electro-optical detection based on large Kerr effect in polymer-stabilized liquid crystals | |
RU2446384C1 (en) | Ultrasound indicator | |
RU2315987C1 (en) | Method of determining concentration of water in flow of water-oil mixture | |
CN201017069Y (en) | Optical fiber grating wavelength demodulating equipment | |
RU71441U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE AND VOLTAGE | |
RU2715347C1 (en) | Fiber-optic voltage meter | |
Chiang et al. | Assessment of frying oil degradation using laser direct writing interdigital sensors | |
RU157412U1 (en) | AUTOMATIC DIGITAL REFRACTOMETER FOR DETERMINING THE REFRACTION INDICATOR OF LIQUIDS | |
CN112255195B (en) | Refractive index sensing device based on few-mode silicon nitride micro-ring resonator | |
CN104280588B (en) | Voltage sensor instrument based on liquid crystal filling inclined optical fiber grating and preparation method thereof | |
CN108613968A (en) | One kind testing system based on hollow pipe liquid fiber Raman probe and Raman | |
RO128236A0 (en) | Controlled polarimetry optical sensor based on lithium columbate for measuring ac and dc electric fields |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180627 |