RU2008625C1 - Resistor level gauge - Google Patents

Resistor level gauge Download PDF

Info

Publication number
RU2008625C1
RU2008625C1 SU5013968A RU2008625C1 RU 2008625 C1 RU2008625 C1 RU 2008625C1 SU 5013968 A SU5013968 A SU 5013968A RU 2008625 C1 RU2008625 C1 RU 2008625C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
input
resistance
output
measuring device
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.А. Краснов
В.В. Сахаров
Ю.М. Гурин
Е.В. Татчихин
Original Assignee
Краснов Иван Афанасьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Краснов Иван Афанасьевич filed Critical Краснов Иван Афанасьевич
Priority to SU5013968 priority Critical patent/RU2008625C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2008625C1 publication Critical patent/RU2008625C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: measuring devices. SUBSTANCE: device has four electrodes, four switch elements, power supply unit, measuring unit, information processing unit, control unit. Capacitance of first and second electrodes is equal and is not equal to capacitance of third and fourth electrodes. EFFECT: increased functional capabilities. 7 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в различных областях промышленности для измерения уровня жидкости. The invention relates to instrumentation and can be used in various industries for measuring liquid level.

Известны омические уровнемеры, содержащие источник питания, электроды и измерительный прибор (см. , например, патент США N 3089337, кл. 73-295, 1963; патент США N 3119266, кл. 73-304, 1964; патент Франции N 2115093, кл. G 01 F 28/00, Агейкин Д. И. и др. Датчики контроля и регулирования. М. : Машиностроение, 1965, с. 401 и т. д. ). Недостатками данных уровнемеров является ограниченная точность, обусловленная влиянием заранее неизвестного омического сопротивления жидкости, особенно в реальных условиях эксплуатации. Например, на омическое сопротивление воды при измерении ее уровня в шлюзах гидротехнических сооружений существенное влияние оказывают примеси (растворимые и нерастворимые). Known ohmic level gauges containing a power source, electrodes and a measuring device (see, for example, US patent N 3089337, CL 73-295, 1963; US patent N 3119266, CL 73-304, 1964; French patent N 2115093, CL G 01 F 28/00, Ageikin D. I. et al. Sensors of control and regulation. M.: Engineering, 1965, p. 401, etc.). The disadvantages of these level gauges are limited accuracy, due to the influence of a previously unknown ohmic resistance of the liquid, especially in real operating conditions. For example, the ohmic resistance of water when measuring its level in the locks of hydraulic structures is significantly affected by impurities (soluble and insoluble).

Известен омический уровнемер, содержащий датчик, выполненный в виде стальной трубы, погруженный в электропроводный материал и подключенный концами к источнику питания (см. а. с. СССР N 777453, кл. G 01 F 23/24, 1974). Недостатком данного уровнемера является наличие сигнала при нулевом значении уровня материала. Known ohmic level gauge containing a sensor made in the form of a steel pipe, immersed in an electrically conductive material and connected by ends to a power source (see A. S. of the USSR N 777453, class G 01 F 23/24, 1974). The disadvantage of this level gauge is the presence of a signal at a zero value of the material level.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному и выбранными авторами за прототип является омический уровнемер по а. с. СССР N 535462, кл. G 01 F 23/24, 1976, содержащий источник питания, низкоомные резисторы, покрытые слоем вещества, электросопротивление которых больше электросопротивления контролируемой жидкости, измерительный прибор, а электроды выполнены в виде двойной цилиндрической спирали с равномерным шагом и противоположным направлением витков, продольная осевая линия которой перпендикулярна поверхности жидкости. The closest in technical essence to the proposed and selected authors for the prototype is an ohmic level gauge by a. with. USSR N 535462, class G 01 F 23/24, 1976, containing a power source, low-resistance resistors coated with a layer of a substance whose electrical resistance is greater than the electrical resistance of the liquid being controlled, a measuring device, and the electrodes are made in the form of a double cylindrical spiral with a uniform pitch and opposite direction of turns, the longitudinal axial line of which perpendicular to the surface of the liquid.

Недостатками данного уровнемера являются ограниченная точность измерения уровня жидкости, сложность изготовления и ограниченные функциональные возможности. Низкая точность измерения определяется влиянием заранее неизвестного удельного сопротивления жидкости на показания прибора. Требуется подбор материала для изготовления слоя, сопротивление которого больше сопротивления жидкости, что ограничивает функциональные возможности. Сложность изготовления обусловлена необходимостью нанесения слоя вещества поверх электродов. The disadvantages of this level gauge are the limited accuracy of measuring the liquid level, the complexity of manufacturing and limited functionality. Low measurement accuracy is determined by the influence of a previously unknown specific resistivity of the liquid on the readings. It requires the selection of material for the manufacture of a layer whose resistance is greater than the resistance of the liquid, which limits the functionality. The complexity of manufacturing is due to the need to apply a layer of substance on top of the electrodes.

Целью изобретения является повышение точности измерения уровня за счет исключения влияния на результат измерения заранее неизвестного значения контактного сопротивления жидкости между электродами омического уровнемера. The aim of the invention is to improve the accuracy of level measurement by eliminating the influence on the measurement result of a previously unknown value of the contact resistance of the liquid between the electrodes of the ohmic level gauge.

Цель достигается тем, что в омический уровнемер, содержащий первый и второй электроды, последовательно соединенные источник питания и измерительный прибор, дополнительно введены третий и четвертые электроды, блок управления, блок обработки информации, первый, второй, третий и четвертый ключевые элементы, при этом сопротивления третьего и четвертого электродов не равны сопротивлению первого и второго электродов, верхние выводы первого и третьего электродов подключены к выходам соответственно первого и второго ключевых элементов, верхние выводы второго и четвертого электродов объединены и соединены со свободным выводом измерительного прибора, выход которого подключен к объединенным входам третьего и четвертого ключевых элементов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока обработки информации, свободная шина источника питания соединена с объединенными входами первого и второго ключевых элементов, управляющие входы первого и третьего ключевых элементов объединены и соединены с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к объединенным управляющим входам второго и четвертого ключевых элементов. The goal is achieved by the fact that the third and fourth electrodes, the control unit, the information processing unit, the first, second, third and fourth key elements are additionally introduced into the ohmic level gauge containing the first and second electrodes, the power supply and the measuring device connected in series, while the resistance the third and fourth electrodes are not equal to the resistance of the first and second electrodes, the upper leads of the first and third electrodes are connected to the outputs of the first and second key elements, respectively The findings of the second and fourth electrodes are combined and connected to the free output of the measuring device, the output of which is connected to the combined inputs of the third and fourth key elements, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the information processing unit, the free bus of the power source is connected to the combined inputs of the first and the second key elements, the control inputs of the first and third key elements are combined and connected to the first output of the control unit, the second output of which By connecting to the combined control inputs of the second and fourth key elements.

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем. В омическом уровнемере точность измерения уровня жидкости в существенной мере зависит от сопротивления жидкости Rк между погружными частями электродов длиной lx.The essence of the proposed invention is as follows. In an ohmic level gauge, the accuracy of measuring the liquid level substantially depends on the resistance of the liquid R to between the immersion parts of the electrodes of length l x .

В реальных условиях эксплуатации, например, при измерении уровня воды в шлюзах гидротехнических сооружений, на значение Р существенно влияют растворимые и нерастворимые примеси. Для исключения влияния заранее неизвестного фактора Rк на результат измерения предложено использовать информационную избыточность - проводить измерение значения уровня lх в два цикла.In real operating conditions, for example, when measuring the water level in the locks of hydraulic structures, soluble and insoluble impurities significantly affect the P value. To eliminate the influence of a previously unknown factor R k on the measurement result, it is proposed to use information redundancy - to measure the value of the level l x in two cycles.

В первом цикле проводится измерение либо эквивалентного сопротивления R1 всей измерительной цепи, включающей первый и второй электроды, либо тока I1, протекающего по измерительной цепи (I1= E/R1, где Е - значение ЭДС источника питания). Сопротивление R1= Rx+Rn1+RK1, где Rx - величина сопротивления надводной части длиной (l-lx) первого и второго электродов; Rn1 - сопротивление проводов и блоков измерительной схемы уровнемера в первом цикле измерения; RK1 - сопротивление жидкости между погружными частями первого и второго электродов.In the first cycle, either the equivalent resistance R 1 of the entire measuring circuit, including the first and second electrodes, is measured, or the current I 1 flowing through the measuring circuit (I 1 = E / R 1 , where E is the EMF value of the power source). Resistance R 1 = R x + R n1 + R K1 , where R x is the resistance of the surface part of the length (ll x ) of the first and second electrodes; R n1 is the resistance of the wires and blocks of the measuring circuit of the level gauge in the first measurement cycle; R K1 is the fluid resistance between the immersion parts of the first and second electrodes.

Во втором цикле проводится измерение либо эквивалентного сопротивления R2 измерительной цепи, включающей третий и четвертый электроды, либо тока I2= E/R2, протекающего по измерительной цепи. Сопротивление R2= K Rx+Rn2+RK1, где KRx - величина сопротивления надводной части длиной l-lx третьего и четвертого электродов (по условию сопротивления третьего и четвертого электродов не равны сопротивлению первого и второго электродов); k - коэффициент пропорциональности между сопротивлениями электродов (K > 0, K ≠ 1); Rn2- сопротивление проводов и блоков измерительной схемы уровнемера во втором цикле измерения; RK2 - сопротивление жидкости между погружными частями третьего и четвертого электродов.In the second cycle, either the equivalent resistance R 2 of the measuring circuit, including the third and fourth electrodes, is measured, or the current I 2 = E / R 2 flowing along the measuring circuit. Resistance R 2 = KR x + R n2 + R K1 , where KR x is the resistance of the surface part of the length ll x of the third and fourth electrodes (according to the condition of resistance of the third and fourth electrodes they are not equal to the resistance of the first and second electrodes); k is the coefficient of proportionality between the resistances of the electrodes (K> 0, K ≠ 1); R n2 is the resistance of the wires and blocks of the measuring circuit of the level gauge in the second measurement cycle; R K2 is the fluid resistance between the immersion parts of the third and fourth electrodes.

Если R= RK2, Rn1 ≈ Rn2, то
Rx=

Figure 00000001
(R1-R2). (1)
или
Rx=
Figure 00000002
-
Figure 00000003
. (2)
Зная Rx, можно определить текущее значение уровня жидкости.If R = R K2 , R n1 ≈ R n2 , then
R x =
Figure 00000001
(R 1 -R 2 ). (1)
or
R x =
Figure 00000002
-
Figure 00000003
. (2)
Knowing R x , you can determine the current value of the liquid level.

Отличительными признаками предложенного технического решения являются: введение третьего и четвертого электродов; введение блока управления; введение блока обработки информации; введение четырех ключевых элементов; сопротивления третьего и четвертого электродов не равны сопротивлению первого и второго электродов; связи между известными и вновь введенными элементами. Distinctive features of the proposed technical solution are: the introduction of the third and fourth electrodes; introduction of a control unit; introduction of an information processing unit; the introduction of four key elements; the resistance of the third and fourth electrodes are not equal to the resistance of the first and second electrodes; the relationship between known and newly introduced elements.

Признаки - введение четырех ключевых элементов и связь их управляющих входов с соответствующими выходами блока управлений известны (см. например, Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электри- ческих параметров для систем контроля и измерения. М. : Энергия. 1976, с. 127, рис. 2-43) и используются по прямому назначению. Signs - the introduction of four key elements and the connection of their control inputs with the corresponding outputs of the control unit are known (see, for example, Martyashin A.I. et al. Converters of electrical parameters for monitoring and measurement systems. M.: Energy. 1976, p. 127, Fig. 2-43) and are used for their intended purpose.

Признак - введение блока управления, служащего для выдачи импульсов управления в определенные моменты времени - известен (см. , например, Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М. : Энергия, 1976, с. 129, рис. 2-45) и используется по прямому назначению. The sign - the introduction of a control unit that serves to issue control pulses at certain points in time - is known (see, for example, Martyashin A.I. et al. Converters of electrical parameters for control and measurement systems. M.: Energy, 1976, p. 129 , Fig. 2-45) and is used for its intended purpose.

Авторы не обнаружили технических решений уровнемеров, в которых бы использовались такие признаки, как использование третьего и четвертого электродов, сопротивления которых не равны сопротивлению первого и второго электродов; использование информационной избыточности для повышения точности измерения. The authors did not find technical solutions for level gauges that would use such signs as the use of the third and fourth electrodes, the resistances of which are not equal to the resistance of the first and second electrodes; use of information redundancy to improve measurement accuracy.

По мнению авторов, указанные признаки являются существенными, использование которых позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния трудно учитываемых факторов. According to the authors, these signs are significant, the use of which allows to increase the accuracy of the measurement by eliminating the influence of difficult factors.

На фиг. 1 приведена блок-схема омического уровнемера; на фиг. 2 - вариант технической реализации блока управления; на фиг. 3 - вариант технической реализации блока обработки информации; на фиг. 4 - вариант расположения электродов в емкости для обеспечения равенства сопротивления жидкости между первым и вторым, а также между третьим и четвертым электродами; на фиг. 5 - вариант технической реализации блока обработки информации при использовании в качестве измерительного прибора амперметра; на фиг. 6 - схема элемента памяти; на фиг. 7 - схема подключения электродов. In FIG. 1 shows a block diagram of an ohmic level gauge; in FIG. 2 - a variant of the technical implementation of the control unit; in FIG. 3 is an embodiment of a technical implementation of an information processing unit; in FIG. 4 is a variant of the location of the electrodes in the tank to ensure equality of the resistance of the liquid between the first and second, as well as between the third and fourth electrodes; in FIG. 5 is an embodiment of a technical implementation of an information processing unit when using an ammeter as a measuring device; in FIG. 6 is a diagram of a memory element; in FIG. 7 is a diagram of a connection of electrodes.

На фиг. 1-5 приняты обозначения:
l - длина электродов 1.1, . . , 1.4;
lx - текущее значение уровня жидкости;
l-lx - надводная часть электродов (длина электродов, расположенных над уровнем жидкости); h - расстояние от нижнего конца электродов 1.1, . . . , 1.4 до дна емкости; Δ - расстояние между электродом 1.1 (1.3) и электродом 1.2 (1.4).
In FIG. 1-5 accepted notation:
l is the length of the electrodes 1.1,. . , 1.4;
l x is the current value of the liquid level;
ll x is the surface of the electrodes (the length of the electrodes located above the liquid level); h is the distance from the lower end of the electrodes 1.1,. . . 1.4 to the bottom of the tank; Δ is the distance between the electrode 1.1 (1.3) and the electrode 1.2 (1.4).

Омический уровнемер (фиг. 1) содержит четыре электрода 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, четыре ключевых элемента 2.1, . . . . , 2.4 источник питания (источник ЭДС) 3, измерительный прибор 4, блок обработки информации 5, блок 6 управления, при этом электроды 1.1, . . . . 1,4 выполнены одинаковой длины l и размещены вертикально на одном и том же расстоянии h от дна емкости 7, значения сопротивлений электродов 1.3, 1.4 в K раз (K > 0, K ≠ 1) больше значения сопротивлений электродов 1.1, 1.2, верхний вывод электрода 1.1 (1.3) подключен к выходу ключевого элемента 2.1 (2.2), верхние выводы электродов 1.2, 1.4 объединены и соединены с первым выводом измерительного прибора 4, второй вывод которого подключен к первой (минусовой) шине источника 3 питания, вторая (плюсовая) шина которого соединена с объединенными информационными входами ключевых элементов 2.1, 2.2, выход измерительного прибора 4 подключен к объединенным информационным входам ключевых элементов 2.3, 2.4, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока обработки информации 5, управляющие входы ключевых элементов 2.1, 2.3 объединены и подключены к первому выходу блока 6 управления, второй выход которого соединен с объединенными управляющими входами ключевых элементов 2.2, 2.4. The ohmic level gauge (Fig. 1) contains four electrodes 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, four key elements 2.1,. . . . , 2.4 a power source (EMF source) 3, a measuring device 4, an information processing unit 5, a control unit 6, while the electrodes 1.1,. . . . 1.4 are made of the same length l and are placed vertically at the same distance h from the bottom of the tank 7, the values of the resistances of the electrodes are 1.3, 1.4 are K times (K> 0, K ≠ 1) greater than the values of the resistances of the electrodes 1.1, 1.2, the upper terminal the electrode 1.1 (1.3) is connected to the output of the key element 2.1 (2.2), the upper terminals of the electrodes 1.2, 1.4 are combined and connected to the first terminal of the measuring device 4, the second terminal of which is connected to the first (minus) bus of the power supply 3, the second (plus) bus which is connected to the integrated information inputs key elements 2.1, 2.2, the output of the measuring device 4 is connected to the combined information inputs of the key elements 2.3, 2.4, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the information processing unit 5, the control inputs of the key elements 2.1, 2.3 are combined and connected to the first output of the block 6 control, the second output of which is connected to the combined control inputs of the key elements 2.2, 2.4.

Расстояния Δ между электродами 1.1 и 1.2, а также между электродами 1.3 и 1.4 равны между собой. The distances Δ between the electrodes 1.1 and 1.2, as well as between the electrodes 1.3 and 1.4 are equal to each other.

Источник питания может быть выполнен в виде источника переменного тока. The power source may be made in the form of an alternating current source.

Электроды 1.3, 1.4 могут быть выполнены из одного и того же материала, что и электроды 1.1, 1.2. но разной площади поперечного сечения, или из отличного материала одинаковой конфигурации. The electrodes 1.3, 1.4 can be made of the same material as the electrodes 1.1, 1.2. but of different cross-sectional areas, or from excellent material of the same configuration.

Электроды 1.1, . . . , 1.4 для повышения чувствительности могут быть выполнены в виде двойной цилиндрической спирали с равномерным или неравномерным шагом и противоположным направлением витков аналогично погружным электродам по а. с. СССР N 535462, 974133. Electrodes 1.1,. . . 1.4 to increase the sensitivity, they can be made in the form of a double cylindrical spiral with a uniform or uneven pitch and the opposite direction of the turns, similar to immersion electrodes along a. with. USSR N 535462, 974133.

Ключевые элементы - известные элементы (см. , например. Сидоров А. С. Диодные и транзисторные ключи. -M. : Cвязь, 1975; Коммутаторы аналоговых сигналов на полупроводниковых элементах. Под ред. Я. П. Беленького. М. : Энергия, 1976; Арховский В. Ф. Схемы переключения аналоговых сигналов. M. : Связь, 1975; Иванова О. Н. Электронная коммутация. М. : Связь, 1971). The key elements are well-known elements (see, for example, A. Sidorov. Diode and transistor switches. -M.: Communication, 1975; Analog signal switches on semiconductor elements. Edited by Ya. P. Belenky. M.: Energy, 1976; Arkhovsky V.F. Schemes of switching analog signals. M.: Communication, 1975; Ivanova O. N. Electronic switching. M.: Communication, 1971).

В качестве блока 6 управления может использоваться известный программируемый генератор импульсов. As the control unit 6, a known programmable pulse generator can be used.

Техническая реализация программируемых генераторов импульсов известна (см. , например, "Программируемые генераторы импульсов для испытания БИС", Экспресс-информация (ЭИ), сер. ПЭА, 1972, N 41, реф. 163; "Программируемый синхронный одноимпульсный генератор", ЭИ, сер. ПЭА и ВТ, 1979, N 28, реф. 162; "Перестраиваемый генератор импульсов", ЭИ, сер. ПЭА и ВТ, 1977, N 37, реф. 210; "Генератор последовательностей импульсов", швейц. пат. N 543835, опубл. 14.12.73 г. и т. д. ). The technical implementation of programmable pulse generators is known (see, for example, Programmable Pulse Generators for LSI Testing, Express Information (EI), Ser. PEA, 1972, N 41, ref. 163; "Programmable Synchronous Single-Pulse Generator", EI, ser. PEA and BT, 1979, N 28, ref. 162; "Tunable pulse generator", EI, ser. PEA and VT, 1977, N 37, ref. 210; "Pulse train generator", Swiss patent N 543835 , published on December 14, 73, etc.).

На фиг. 2 приведена схема одного из вариантов технической реализации блока 6 управления. In FIG. 2 shows a diagram of one of the options for the technical implementation of the control unit 6.

Блок 6 управления (фиг. 2) содержит генератор 8 импульсов, счетчик 9, дешифратор 10, шину 11 установки нуля и шину "Пуск" 12, при этом выход генератора 8 импульсов соединен со счетным входом счетчика 9, обобщенный выход которого соединен с обобщенным входом дешифратора 10, два выхода которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока 6 управления, к входу установки в ноль счетчика 9 подключена шина 11 установки нуля, к входу запуска генератора 8 импульсов подключена шина "Пуск" 12. The control unit 6 (Fig. 2) contains a pulse generator 8, a counter 9, a decoder 10, a zero-setting bus 11 and a Start bus 12, while the output of the pulse generator 8 is connected to the counter input of the counter 9, the generalized output of which is connected to the generalized input the decoder 10, the two outputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the control unit 6, the zero setting bus 11 is connected to the zero input of the counter 9, the start bus 12 is connected to the start input of the pulse generator 8.

Под обобщенным выходом (входом) понимается многопроводный выход (вход). Шина 11 установки нуля и шина "Пуск" 12 через кнопку с возвратом подключены к дополнительному источнику питания (на схеме фиг. 2 не изображенному). Under the generalized output (input) refers to a multi-wire output (input). The zero-setting bus 11 and the "Start" bus 12 are connected via an reset button to an additional power supply (not shown in the diagram of Fig. 2).

Блок обработки информации 5 (фиг. 3) содержит элемент 13 памяти, сумматор 14, масштабный усилитель 15, индикатор 16, при этом выход элемента памяти подключен к первому (суммирующему) входу сумматора 14, выход которого соединен с входом масштабного усилителя 15, выход которого связан с входом индикатора, первым входом блока 5 вычислений является информационный вход элемента 13 памяти, вторым входом - объединенные управляющий вход элемента 13 памяти и второй (вычитающий) вход сумматора 14. The information processing unit 5 (Fig. 3) contains a memory element 13, an adder 14, a scale amplifier 15, an indicator 16, while the output of the memory element is connected to the first (summing) input of the adder 14, the output of which is connected to the input of a scale amplifier 15, the output of which connected to the indicator input, the first input of the calculation unit 5 is the information input of the memory element 13, the second input is the combined control input of the memory element 13 and the second (subtracting) input of the adder 14.

Элемент 13 памяти (фиг. 3) может быть реализован на базе устройства выборки-хранения (УВХ). Функция элемента памяти заключается в хранении на запоминающем конденсаторе в течение некоторого времени мгновенного значения входного напряжения. В режиме выборки УВХ повторяет входной сигнал, а затем по команде запоминает его мгновенное значение и переходит в режим хранения. The memory element 13 (Fig. 3) can be implemented on the basis of a sampling-storage device (UVX). The function of the memory element is to store on the storage capacitor for some time the instantaneous value of the input voltage. In sampling mode, the UVX repeats the input signal, and then, upon command, remembers its instantaneous value and switches to storage mode.

На фиг. 5 приведен второй вариант технической реализации блока обработки информации 5. В отличие от блока 5, приведенного на фиг. 3, блок обработки информации 5 (фиг. 5) дополнительно содержит два блока 17.1, 17.2, нелинейности реализующих функцию y= 1/х, где х - входной сигнал; y - выходной. При этом выход блока нелинейностей 17.1 соединен с входом элемента 13 памяти, а выход блока нелинейностей 17.2 - с вторым входом сумматора 14, первым входом блока обработки информации 5 является вход блока нелинейности 17.1, а вторым входом - объединенные вход блока нелинейностей 17.2 и управляющий вход элемента 13 памяти. In FIG. 5 shows a second embodiment of the technical implementation of the information processing unit 5. In contrast to the block 5 shown in FIG. 3, the information processing unit 5 (Fig. 5) further comprises two blocks 17.1, 17.2, non-linearities realizing the function y = 1 / x, where x is the input signal; y is the day off. The output of the nonlinearity block 17.1 is connected to the input of the memory element 13, and the output of the nonlinearity block 17.2 is connected to the second input of the adder 14, the first input of the information processing unit 5 is the input of the nonlinearity block 17.1, and the second input is the combined input of the nonlinearity block 17.2 and the control input of the element 13 memories.

Блоки нелинейности 17.1, 17.2 могут быть реализованы на базе блоков деления, схемы которых приведены в книге У. Титце, К. Шенк "Полупроводниковая схемотехника", М. : Мир, 1982, с. 163, рис. 11.42, с. 166, рис. 11.46. В данном случае на вход делимого блока деления подается единичный сигнал от дополнительного источника питания (на фиг. 5 не показан), а выходной сигнал измерительного прибора 4 подается на вход делителя блока деления. Non-linearity blocks 17.1, 17.2 can be implemented on the basis of division blocks, the schemes of which are given in the book by W. Titze, K. Schenk "Semiconductor circuitry", M.: Mir, 1982, p. 163, fig. 11.42, p. 166, fig. 11.46. In this case, a single signal from an additional power source (not shown in FIG. 5) is supplied to the input of the divisible division unit, and the output signal of the measuring device 4 is fed to the input of the divider of the division unit.

В качестве измерительного прибора 4 может использоваться амперметр (датчик тока) или омметр. Техническая реализация амперметров с электрическим выходом приведена в литературе (см. , например У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М. : Мир, 1982, с. 469, рис. 25.6, 25,7). An ammeter (current sensor) or an ohmmeter can be used as a measuring device 4. The technical implementation of ammeters with an electrical output is given in the literature (see, for example, W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuitry. M.: Mir, 1982, p. 469, Fig. 25.6, 25.7).

Омический уровнемер (фиг. 1) при использовании омметра в качестве измерительного прибора 4 работает следующим образом. В данном случае блок обработки информации 5 имеет техническое решение, изображенное на фиг. 3. Ohmic level gauge (Fig. 1) when using an ohmmeter as a measuring device 4 operates as follows. In this case, the information processing unit 5 has the technical solution shown in FIG. 3.

В исходном состоянии в блоке 6 управления (фиг. 2) по шине 11 установки нуля подают сигнал на вход установки нуля счетчика 9 и устанавливают его содержимое, равное нулю. In the initial state, in the control unit 6 (Fig. 2), a signal is input to the zero-setting input of the counter 9 via the zero-setting bus 11 and its content is set to zero.

Так как сигналы на информационном и управляющем входах элемента 13 памяти (фиг. 9), равны нулю, то его содержимое также равно нулю. Since the signals at the information and control inputs of the memory element 13 (Fig. 9) are equal to zero, its contents are also equal to zero.

Предположим, что требуется в определенный момент времени определить уровень lх жидкости в емкости 7 (фиг. 1).Suppose that it is required at a certain point in time to determine the level l x liquid in the tank 7 (Fig. 1).

В блоке 6 управления (фиг. 2) по шине "Пуск" 12 подают сигнал на запуск генератора 8 импульсов, который начинает выдавать импульсы с заранее заданной частотой. Данные импульсы подаются на счетный вход счетчика 9, который считает их. Сигналы с выходов счетчика 9 подаются на входы дешифратора 10. В определенный момент времени t1 на одном из выходов дешифратора 10 появляется сигнал, который поступает на первый выход блока обработки информации 5. Данный сигнал подается на управляющие входы ключевых элементов 2.1, 2.3 (фиг. 1), открывая их.In the control unit 6 (Fig. 2), a start signal 12 is applied to the start of the pulse generator 8 via the "Start" bus 12, which starts to issue pulses with a predetermined frequency. These pulses are fed to the counting input of the counter 9, which counts them. The signals from the outputs of the counter 9 are fed to the inputs of the decoder 10. At a certain point in time t 1 , a signal appears at one of the outputs of the decoder 10, which is fed to the first output of the information processing unit 5. This signal is fed to the control inputs of the key elements 2.1, 2.3 (Fig. 1) by opening them.

По цепи: плюсовая шина источника 3 питания - ключевой элемент 2.1 - электрод 1.1 - жидкость в емкости 7 между электродами 1.1, 1.2 - электрод 1,2 - измерительный прибор 4 - минусовая шина источника 3 питания - потечет ток I1.In the circuit: positive bus of power supply 3 - key element 2.1 - electrode 1.1 - liquid in the capacitance 7 between electrodes 1.1, 1.2 - electrode 1,2 - measuring device 4 - negative bus of power supply 3 - current I 1 will flow.

Измерительный прибор 4 измерит эквивалентное сопротивление
R1=

Figure 00000004
= Rx= Rk1+Rn1, (3) где Rx - сопротивление части электродов 1.1, 1.2, расположенной над уровнем жидкости, пропорциональное величине l-lx; RK1 - сопротивление жидкости между погружными частями электродов 1.1, 1.2;
Rn1 - сопротивление проводов и блоков измерительной схемы в первом цикле измерения (внутреннее сопротивление измерительного прибора 4, источника 3 питания, открытого ключевого элемента 2.1);
Е - значение ЭДС источника 3 питания (его выходное напряжение).Meter 4 measures equivalent resistance
R 1 =
Figure 00000004
= R x = R k1 + R n1 , (3) where R x is the resistance of the part of the electrodes 1.1, 1.2 located above the liquid level, proportional to ll x ; R K1 is the resistance of the fluid between the submerged parts of the electrodes 1.1, 1.2;
R n1 is the resistance of the wires and blocks of the measuring circuit in the first measurement cycle (internal resistance of the measuring device 4, power supply 3, open key element 2.1);
E is the EMF value of the power source 3 (its output voltage).

Напряжение, пропорциональное R1, с выхода измерительного прибора 4 через открытый ключевой элемент 2,3 подается на первый вход блока обработки информации обработки информации 5. В блоке 5 (фиг. 3) данный сигнал подается на информационный вход элемента 13 памяти, который запоминает его.A voltage proportional to R 1 from the output of the measuring device 4 through the open key element 2,3 is supplied to the first input of the information processing information processing unit 5. In block 5 (Fig. 3), this signal is supplied to the information input of the memory element 13, which stores it .

Затем в момент времени t2 появляется сигнал на втором выходе блока 6 управления, а сигнал на первом выходе блока 6 управления равен нулю. При этом ключевые элементы 2.1, 2.3 закрываются и открываются ключевые элементы 2.2, 2.4;
По цепи: плюсовая шина источника 3 питания - открытый ключевой элемент 2.2 - электрод 1.3 - жидкость в емкости 7 между электродами 1.3, 1.4 - измерительный прибор 4 - минусовая шина источника 3 питания - потечет ток I2.
Then, at time t 2 , a signal appears at the second output of the control unit 6, and the signal at the first output of the control unit 6 is zero. In this case, the key elements 2.1, 2.3 are closed and the key elements 2.2, 2.4 are opened;
In the circuit: positive bus of power supply 3 - open key element 2.2 - electrode 1.3 - liquid in capacitance 7 between electrodes 1.3, 1.4 - measuring device 4 - negative bus of power supply 3 - current I 2 will flow.

Измерительный прибор 4 измерит эквивалентное сопротивление цепи, равное
R2=

Figure 00000005
= k·Rx+Rk2+Rn2, (4) где (K Rx) - сопротивление части электродов 1.3, 1.4 расположенной над уровнем жидкости, пропорциональное величине 1.3, 1.4;
RK2 - сопротивление жидкости между погружными частями электродов 1.3, 1.4;
Rn2 - сопротивление проводов и блоков измерительной схемы во втором цикле измерения (внутренние сопротивления источника 3 питания, измерительного прибора 4, открытого ключевого элемента 2.2).The measuring device 4 will measure the equivalent circuit resistance equal to
R 2 =
Figure 00000005
= k · R x + R k2 + R n2 , (4) where (KR x ) is the resistance of the part of the electrodes 1.3, 1.4 located above the liquid level, proportional to 1.3, 1.4;
R K2 is the resistance of the fluid between the submerged parts of the electrodes 1.3, 1.4;
R n2 is the resistance of the wires and blocks of the measuring circuit in the second measurement cycle (internal resistance of the power source 3, measuring device 4, open key element 2.2).

Выходной сигнал измерительного прибора 4, пропорциональный R2, через открытый ключевой элемент 2.4 подается на второй вход блока обработки информации 5.The output signal of the measuring device 4, proportional to R 2 , is supplied through the open key element 2.4 to the second input of the information processing unit 5.

В блоке обработки информации 5 (фиг. 3) данный сигнал подается на управляющий вход элемента 13 памяти и на второй (вычитающий) вход сумматора 14. На выходе элемента 13 памяти появится сигнал, пропорциональный R1, который подается на первый (суммирующий) вход сумматора 14. Выходной сигнал сумматора 14 y

Figure 00000006
(R1-R2). При RK1 ≈ RK2. R
Figure 00000007
Rn2. y
Figure 00000008
(1-K) Rx. Выходной сигнал сумматора 14 y14 подается на вход масштабного усилителя 15 с коэффициентом усиления | 1/(1-K)| . Выходной сигнал усилителя 15 будет пропорционален величине Rx, значение которого отобразится в индикаторе 16. Если шкалу индикатора 16 отградуировать соответствующим образом, то его показание будет соответствовать будет соответствовать текущему значению жидкости lх в емкости 7.In the information processing unit 5 (Fig. 3), this signal is supplied to the control input of the memory element 13 and to the second (subtracting) input of the adder 14. At the output of the memory element 13, a signal proportional to R 1 will appear, which is fed to the first (summing) input of the adder 14. The output signal of the adder 14 y
Figure 00000006
(R 1 -R 2 ). At R K1 ≈ R K2 . R
Figure 00000007
R n2 . y
Figure 00000008
(1-K) R x . The output signal of the adder 14 y 14 is fed to the input of a scale amplifier 15 with a gain | 1 / (1-K) | . The output signal of the amplifier 15 will be proportional to the value of R x , the value of which will be displayed in the indicator 16. If the scale of the indicator 16 is calibrated accordingly, then its reading will correspond to the current value of the liquid l x in the tank 7.

Если в качестве измерительного прибора 4 используется амперметр, то блок обработки информации 5 имеет техническую реализацию, приведенную на фиг. 5. В данном случае омический уровнемер работает следующим образом. If an ammeter is used as the measuring device 4, the information processing unit 5 has the technical implementation shown in FIG. 5. In this case, the ohmic level gauge works as follows.

В первом цикле на выходе измерительного прибора 4 появится сигнал

Figure 00000009
I1=
Figure 00000010
, где Е - значение ЭДС источника 3 питания.In the first cycle, a signal appears at the output of the measuring device 4
Figure 00000009
I 1 =
Figure 00000010
where E is the value of the EMF of power source 3.

Сигнал y4 подается в блоке 5 измерений на вход блока нелинейности 17.1, выходной сигнал которого y17.1= 1/у4= (Rx+RK1+Rn1)/E запоминается в элементе 13 памяти.The signal y 4 is supplied in block 5 of the measurements to the input of the block of nonlinearity 17.1, the output signal of which y 17.1 = 1 / y 4 = (R x + R K1 + R n1 ) / E is stored in the memory element 13.

Во втором цикле измерения уровня на выходе измерительного прибора 4 появится сигнал y

Figure 00000011
I2=
Figure 00000012
, который в блоке обработки информации 5 (фиг. 5) подается на вход блока нелинейностей 17.2 и на вход элемента 13 памяти. Выходной сигнал блока нелинейностей y17.2=
Figure 00000013
подается на вычитающий вход сумматора 14, на суммирующий вход которого с выхода элемента 13 памяти подается сигнал y17.1. Выходной сигнал сумматора 14 при условии, что R
Figure 00000014
RK2, Rn1
Figure 00000015
Rn2 равен величине y14= R
Figure 00000016
. Сигнал у14 подается на вход масштабного усилителя 15 с коэффициентом усиления
Figure 00000017
. Выходной сигнал масштабного усилителя 15 y5, пропорциональный Rx, подается на вход индикатора 16. Показания индикатора 16 будут пропорциональны Rx и, соответственно, пропорциональны величине lx (при соответствующей градуировке).In the second cycle of level measurement at the output of the measuring device 4, the signal y
Figure 00000011
I 2 =
Figure 00000012
, which in the information processing unit 5 (Fig. 5) is fed to the input of the nonlinearity block 17.2 and to the input of the memory element 13. The output signal of the block of nonlinearities y 17.2 =
Figure 00000013
fed to the subtracting input of the adder 14, to the summing input of which the signal y 17.1 is supplied from the output of the memory element 13. The output signal of the adder 14, provided that R
Figure 00000014
R K2 , R n1
Figure 00000015
R n2 is equal to y 14 = R
Figure 00000016
. The signal y14 is fed to the input of a scale amplifier 15 with a gain
Figure 00000017
. The output signal of the scale amplifier 15 y 5 proportional to R x is supplied to the input of the indicator 16. The readings of the indicator 16 will be proportional to R x and, accordingly, proportional to the value of l x (with the appropriate graduation).

Для обеспечения равенства RK1= RK2 электроды 1.1, . . . , 1.4 выполняют одинаковой геометрической формы и располагают по сторонам квадрата (фиг. 4), при этом электроды 1.1 (1.3) и 1.2 (1.4) располагаются на противоположных сторонах квадрата.To ensure equality, R K1 = R K2 electrodes 1.1,. . . , 1.4 perform the same geometric shape and are located on the sides of the square (Fig. 4), while the electrodes 1.1 (1.3) and 1.2 (1.4) are located on opposite sides of the square.

В данном случае для исключения влияния электродов друг на друга возможно подключение верхних выводов электродов 1.2, 1.4 к соответствующим ключевым элементам (2.5, 2.6), выходы которых объединены и подключены к соответствующему выводу измерительного прибора. Управляющие входы ключевых элементов 2.1 (2.2) и 2.5 (2.6) объединены (фиг. 7). In this case, to eliminate the influence of the electrodes on each other, it is possible to connect the upper terminals of the electrodes 1.2, 1.4 to the corresponding key elements (2.5, 2.6), the outputs of which are combined and connected to the corresponding terminal of the measuring device. The control inputs of the key elements 2.1 (2.2) and 2.5 (2.6) are combined (Fig. 7).

Для синхронизации работы перед вторым входом сумматора 14 можно поставить элемент задержки (линию задержки). To synchronize the work before the second input of the adder 14, you can put a delay element (delay line).

Так как на информационном входе элемент 13 памяти сигнал равен нулю (ключевой элемент 2.3 разомкнут), то его содержимое также будет равно нулю. Since the signal is equal to zero at the information input of memory element 13 (key element 2.3 is open), its contents will also be zero.

На этом цикл измерения уровня жидкости заканчивается. При необходимости цикл измерения повторяется. This completes the liquid level measurement cycle. If necessary, the measurement cycle is repeated.

Уровень жидкости можно измерять с пеpиодичностью δ = t2. При этом генератор 8 импульсов в блоке 6 управления работает непрерывно. На соответствующих выходах блока 6 управления будут появляться сигналы, которые управляют как описано выше работой уровнемера.The liquid level can be measured with a periodicity of δ = t 2 . In this case, the pulse generator 8 in the control unit 6 operates continuously. At the corresponding outputs of the control unit 6, signals will appear that control, as described above, the operation of the level gauge.

В результате применения предложенного уровнемера повышается точность измерения текущего значения жидкости за счет исключения влияния заранее неизвестного значения контактного сопротивления (сопротивления жидкости) между погружными частями электродов; повышается чувствительность за счет изготовления электродов в виде двойной спирали с противоположным направлением витков; повышается надежность за счет исключения механических подвижных частиц; повышается эксплуатационная надежность за счет исключения влияния обрастания погружных электродов в реальных условиях эксплуатации. Электрическое сопротивление обрастаний входит в RK, которое в данном техническом решении не влияет на результат измерений.As a result of the application of the proposed level gauge, the accuracy of measuring the current liquid value is increased by eliminating the influence of a previously unknown value of contact resistance (liquid resistance) between the immersion parts of the electrodes; sensitivity increases due to the manufacture of electrodes in the form of a double helix with the opposite direction of the turns; reliability is increased by eliminating mechanical moving particles; operational reliability is increased by eliminating the influence of fouling of submersible electrodes in real operating conditions. The electrical resistance of the fouling is included in R K , which in this technical solution does not affect the measurement result.

(56) Авторское свидетельство СССР N 535462, кл. G 01 F 23/24, 1974.  (56) Copyright certificate of the USSR N 535462, cl. G 01 F 23/24, 1974.

Claims (1)

ОМИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР, содержащий первый и второй электроды с равными сопротивлениями и последовательно соединенные источник питания и измерительный прибор, подключенный к верхнему выводу второго электрода, отличающийся тем, что в него введены третий и четвертый, подключенный к измерительному прибору, электроды, блок управления, с первого по четвертый ключевые элементы и блок обработки информации, к входам которого подключены выходы третьего и четвертого ключевых элементов, первые и вторые входы которых соединены с выходами соответственно блока управления и измерительного прибора, к второму входу которого подключен первый выход источника питания, второй выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключевых элементов, к вторым входам которых подключены выходы блока управления, при этом первый и третий электроды соединены соответственно с первым и третьим ключевыми элементами, а сопротивления третьего и четвертого электродов равны между собой и не равны сопротивлению первого электрода.  OMIC LEVEL METER, containing the first and second electrodes with equal resistances and connected in series with a power source and a measuring device connected to the upper terminal of the second electrode, characterized in that the third and fourth electrodes are connected to the measuring device, the control unit, from the first the fourth key elements and an information processing unit, to the inputs of which the outputs of the third and fourth key elements are connected, the first and second inputs of which are connected to the outputs respectively the control unit and the measuring device, to the second input of which the first output of the power source is connected, the second output of which is connected to the first inputs of the first and second key elements, to the second inputs of which the outputs of the control unit are connected, while the first and third electrodes are connected respectively to the first and the third key elements, and the resistance of the third and fourth electrodes are equal to each other and not equal to the resistance of the first electrode.
SU5013968 1991-11-28 1991-11-28 Resistor level gauge RU2008625C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013968 RU2008625C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Resistor level gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013968 RU2008625C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Resistor level gauge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2008625C1 true RU2008625C1 (en) 1994-02-28

Family

ID=21590253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5013968 RU2008625C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Resistor level gauge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2008625C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2889518A (en) Digital meter
US3911744A (en) Liquid level gauging apparatus
US7772854B2 (en) High-conductivity contacting-type conductivity measurement
US3343083A (en) Nonself-destructive reversible electro-chemical coulometer
PL126453B1 (en) Material level sensing element for liquids and electrically conductive pourable solid materials
US3296862A (en) Fluid level measuring apparatus
JPS63243767A (en) Method and apparatus for measuring conductivity from which effect of polarization is removed
EP0496147A1 (en) Method of precise measurement of small resistance values
RU2008625C1 (en) Resistor level gauge
US3593118A (en) Apparatus for measuring the electrical conductivity of liquids having dielectric-faced electrodes
GB1476758A (en) Device for measuring the level of an electrically conductive liquid in a container
RU2020427C1 (en) Ohmic level gage (versions)
US4040931A (en) Corrosion ratemeter
RU2047843C1 (en) Ohmic level gauge
JPH04110618A (en) Liquid level sensor
Khan et al. A non-contact capacitance type level transducer for liquid characterization
RU2068174C1 (en) Method of determination of level of liquid and device for its implementation
RU2002211C1 (en) Ohmic level indicator
RU2113694C1 (en) Device for measuring the conducting medium level
SU1758586A1 (en) Method and device for determination of electric resistivity of solid materials
RU2083955C1 (en) Method of measurement of level of liquid
SU1571227A1 (en) Depth indicator
SU1089408A1 (en) Hydraulic device for measuring linear dimensions and displacements
Corva et al. A miniature device for in-situ measurement of concrete corrosion
SU1180991A1 (en) Slide-wire for electrical four-arm bridge