RU2068174C1

RU2068174C1 - Method of determination of level of liquid and device for its implementation

Info

Publication number: RU2068174C1
Authority: RU
Inventors: И.А. Краснов; Е.А. Денисов; В.Н. Трушин; Б.Д. Кудрявцев; А.Т. Камлык
Original assignee: Краснов Иван Афанасьевич
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: electrodes connected to three-phase power supply source are dipped into tested medium and value of current flowing through electrodes is found. Resistance of first electrode is changed K times as compared with resistances of second and third electrodes which are fabricated identical. In agreement with first version value of change of resistance R_f, of first electrode with which summary current flowing through electrodes when they are connected to three-phase power supply source by star-to-star circuit with zero wire is equal to zero is determined. In compliance with second version value of change of resistance R_f is found with which difference of potentials between zero points of three-phase power supply source and "star" of electrodes when they are connected by star-to-star circuit without zero wire. Level of liquid l_x is found by formula l_x, where 1 is length of electrodes; S is area of cross-section of electrodes; ρ is specific resistance of electrodes. Device for implementation of method is described in formula of invention. EFFECT: enhanced authenticity of method and reliability of device. 3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня электропроводных жидкостей с применением погружных электродов. The invention relates to instrumentation and can be used to measure the level of conductive fluids using submersible electrodes.

Известен электротермический способ измерения уровня жидкости (см. заявку ФРГ N 3423602, кл. G 01 F 23/22, опубл. 02.01.86), основанный на использовании электрода, выполненного в виде нагреваемого резистора. Known electrothermal method for measuring the liquid level (see application Germany No. 3423602, class G 01 F 23/22, publ. 02.01.86), based on the use of an electrode made in the form of a heated resistor.

Недостатком данного способа является ограниченная точность, обусловленная погрешностями от изменения температуры окружающей среды. The disadvantage of this method is the limited accuracy due to errors from changes in ambient temperature.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу и выбранному авторами за прототип является способ определения уровня жидкости, заключающийся в том, что подключенные к источнику питания электроды с равными сопротивлениями погружают в контролируемую среду и определяют значение тока, протекающего через электроды, по которому определяют уровень жидкости (см. например: И.А.Можегов. Автоматические средства измерений объема, уровня и пористости материалов. М. Энергоатомиздат, 1990, с. 27). The closest in technical essence to the proposed method and chosen by the authors for the prototype is a method for determining the liquid level, which consists in the fact that electrodes connected to a power source with equal resistances are immersed in a controlled environment and the value of the current flowing through the electrodes is determined by which the liquid level is determined (see for example: I.A. Mozhegov. Automatic measuring instruments for the volume, level and porosity of materials. M. Energoatomizdat, 1990, p. 27).

Устройство, реализующее известный способ измерения уровня, содержит первый и второй электроды с равными сопротивлениями, подключенные к источнику питания, и измерительный прибор. A device that implements the known method of level measurement, contains the first and second electrodes with equal resistances connected to a power source, and a measuring device.

Недостатком данного способа является ограниченная точность измерения уровня. Ограниченная точность измерения обусловлена следующими причинами. Текущее значение уровня жидкости l_x оценивают по величине текущего значения сопротивления R_x U/I, где U напряжение источника питания, I ток, протекающий через электроды. На значение силы тока I влияют такие факторы, как сопротивление жидкости R_k между погружными частями электродов, обрастание электродов при их применении для измерения уровня воды в шлюзах, водоемах.The disadvantage of this method is the limited accuracy of the level measurement. Limited measurement accuracy is due to the following reasons. The current value of the liquid level l _{x is} estimated by the value of the current resistance value R _x U / I, where U is the voltage of the power source, I is the current flowing through the electrodes. The value of current I is influenced by such factors as the resistance of the liquid R _k between the submersible parts of the electrodes, the fouling of the electrodes when they are used to measure the water level in locks, ponds.

Кроме того, при использовании источника постоянного тока на точность измерения уровня будет оказывать влияние электролиз, а при использовании источника переменного тока заранее неизвестные значения комплексных сопротивлений (электродов, жидкости). In addition, when using a direct current source, the accuracy of level measurement will be affected by electrolysis, and when using an alternating current source, the unknown values of complex resistances (electrodes, liquids) are previously unknown.

В предложенном изобретении решается задача повышения точности измерения уровня за счет исключения влияния трудно учитываемых факторов на результат измерения. The proposed invention solves the problem of improving the accuracy of level measurement by eliminating the influence of hard to take into account factors on the measurement result.

Указанная задача решается тем, что согласно первому способу определения уровня жидкости, заключающемуся в том, что подключенные к источнику питания электроды погружают в контролируемую среду и определяют значение тока, протекающего через электроды, дополнительно источник питания выполняют трехфазным, изменяют сопротивление первого электрода в k раз по сравнению с сопротивлениями второго и третьего электродов, выполненных одинаковыми, определяют величину изменения сопротивления R_n первого электрода, при котором суммарный ток, протекающий через электроды при их соединении с трехфазным источником питания по схеме "звезда-звезда" с нулевым проводом, равен нулю, а уровень жидкости l_x определяется по формуле
l_x= l-SR_n/ρ(1-K),
где l длина электродов;
S площадь поперечного сечения электродов;
ρ удельное сопротивление электродов;
0 < k < 1.This problem is solved by the fact that according to the first method for determining the liquid level, which consists in immersing the electrodes connected to a power source in a controlled environment and determining the value of the current flowing through the electrodes, additionally, the power source is three-phase, the resistance of the first electrode is changed k times by compared with the resistances of the second and third electrodes, made the same, determine the change in resistance R _{n of the} first electrode, at which the total current flow that passes through the electrodes when they are connected to a three-phase power source according to the star-star scheme with a zero wire, is equal to zero, and the liquid level l _x is determined by the formula
l _x = l-SR _n / ρ (1-K),
where l is the length of the electrodes;
S is the cross-sectional area of the electrodes;
ρ resistivity of the electrodes;
0 <k <1.

Указанная задача решается также тем, что согласно второму способу определения уровня жидкости, заключающемуся в том, что подключенные к источнику питания электроды погружают в контролируемую среду и определяют значение тока, протекающего через электроды, дополнительно источник питания выполняют трехфазным, изменяют сопротивление первого электрода в k раз по сравнению с сопротивлениями второго и третьего электродов, выполненными одинаковыми, определяют величину изменения сопротивления первого электрода R_n, при котором разность потенциалов между нулевыми точками трехфазного источника питания и "звезды" электродов при их соединении по схеме "звезда-звезда" без нулевого провода, равна нулю, а уровень жидкости l_x определяют по формуле
l_x= l-SR_n/ρ(1-K),
где 0 < k < 1;
l длина электродов;
S площадь поперечного сечения электродов;
ρ удельное сопротивление электродов.This problem is also solved by the fact that according to the second method for determining the liquid level, which consists in immersing the electrodes connected to a power source in a controlled medium and determining the value of the current flowing through the electrodes, additionally, the power source is three-phase, the resistance of the first electrode is changed k times compared with the resistances of the second and third electrodes, made the same, determine the magnitude of the change in the resistance of the first electrode R _n at which the potential difference The number of phases between the zero points of the three-phase power source and the star of the electrodes when they are connected according to the star-star scheme without a zero wire is zero, and the liquid level l _x is determined by the formula
l _x = l-SR _n / ρ (1-K),
where 0 <k <1;
l the length of the electrodes;
S is the cross-sectional area of the electrodes;
ρ resistivity of the electrodes.

Указанная задача решается также тем, что в устройство для определения уровня жидкости, содержащее первый и второй электроды с равными сопротивлениями, подключенные к источнику питания, и первый измерительный прибор, дополнительно введены переменный резистор, второй измерительный прибор, третий электрод, сопротивление которого не равно сопротивлению первого электрода, и блок управления, к первому и второму входам которого подключены информационные выходы соответственно первого и второго измерительных приборов, выполненных в виде датчиков тока, а выход к управляющему входу переменного резистора, источник питания выполнен трехфазным, при этом первые выводы первого и второго электродов непосредственно, а третьего электрода через переменный резистор и второй датчик тока подключены к соответствующим шинам трехфазного источника питания, причем вторые выводы электродов соединены по схеме "звезда", нулевая точка которой через первый датчик тока подключена к нулевой точке трехфазного источника питания. This problem is also solved by the fact that in the device for determining the liquid level, containing the first and second electrodes with equal resistances, connected to a power source, and the first measuring device, an alternating resistor, a second measuring device, and a third electrode, the resistance of which is not equal to the resistance, are additionally introduced the first electrode, and a control unit, to the first and second inputs of which are connected the information outputs of the first and second measuring devices, respectively, made in the form of sensors current, and the output to the control input of a variable resistor, the power supply is made three-phase, with the first leads of the first and second electrodes directly, and the third electrode connected to the corresponding buses of the three-phase power source through the variable resistor and the second current sensor, and the second leads of the electrodes are connected via star circuit, the zero point of which is connected through the first current sensor to the zero point of a three-phase power supply.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

При значении уровня жидкости l_x фазные сопротивления нагрузки6

где R_x сопротивление надводной части длиной (l-l_x) первого и второго электродов; l_x уровень жидкости; l длина электродов;
k • R_x сопротивление надводной части третьего электрода, длиной (l-l_x), сопротивление которого в k раз отличается от сопротивлений первого и второго электродов;
Z_k сопротивление жидкости между электродами (в общем случае активно-реактивное);
R_n сопротивление переменного резистора.At a liquid level l _x phase load resistances 6

where R _{x the} resistance of the surface of the length (ll _x ) of the first and second electrodes; l _x fluid level; l the length of the electrodes;
k • R _{x the} resistance of the surface of the third electrode, length (ll _x ), the resistance of which is k times different from the resistances of the first and second electrodes;
Z _{k the} resistance of the liquid between the electrodes (in the General case, active-reactive);
R _{n the} resistance of the variable resistor.

Если нагрузка трехфазной цепи несимметричная (т.е. когда комплексные сопротивления Z_A, Z_B, Z_C не равны между собой, то будет существовать:
а) ток I_o в нулевом проводе, соединяющем нулевые точки "звезды" электродов и трехфазного источника питания;
б) U₀ ≠ 0, где U₀ напряжение между нулевыми точками "звезды" электродов и трехфазного источника питания при отсутствии нулевого провода).If the load of the three-phase circuit is asymmetrical (i.e. when the complex resistances Z _A , Z _B , Z _{C are} not equal to each other, then there will be:
a) current I _o in the neutral wire connecting the zero points of the "star" of the electrodes and the three-phase power source;
b) U ₀ ≠ 0, where U _{0 is the} voltage between the zero points of the "star" of the electrodes and the three-phase power source in the absence of a neutral wire).

Затем изменяют сопротивление R_n до тех пор, пока показание измерительного прибора (ИП) (вольтметра или амперметра) не будет равно нулю. Показание ИП равно нулю, если нагрузка в фазах симметричная, т.е.Then change the resistance R _n until the reading of the measuring device (PI) (voltmeter or ammeter) is zero. The IP reading is zero if the load in the phases is symmetrical, i.e.

Z_A Z_B Z_C (2)
Из (2) с учетом (1) следует, что
R_x R_n/(1-k) (3)
Таким образом, зная R_n, можно определить R_x и, соответственно, текущее значение уровня l_x.Z _A Z _B Z _C (2)
From (2), taking into account (1), it follows that
R _x R _n / (1-k) (3)
Thus, knowing R _n , we can determine R _x and, accordingly, the current value of the level l _x .

Так как
R_x= ρ(l-l_x)/S, то

На фиг. 1 приведена схема уровнемера, реализующего предложенные способы; на фиг. 2, 3, 4 векторные диаграммы, поясняющие принцип работы уровнемера; на фиг. 5 схема замещения уровнемера при использовании в качестве измерительного прибора амперметра; на фиг. 6 схема автоматического уровнемера; на фиг. 7 вариант технической реализации блока управления; на фиг. 8, 9 временные диаграммы, поясняющие принцип работы блока управления; на фиг 10, 11 векторные диаграммы, поясняющие принцип работы уровнемера (фиг. 1) с использованием в качестве измерительного прибора вольтметра.Because
R _x = ρ (ll _x ) / S, then

In FIG. 1 shows a diagram of a level gauge that implements the proposed methods; in FIG. 2, 3, 4 vector diagrams explaining the principle of operation of the level gauge; in FIG. 5 equivalent circuit of a level meter when using an ammeter as a measuring device; in FIG. 6 circuit automatic level gauge; in FIG. 7 version of the technical implementation of the control unit; in FIG. 8, 9 are timing diagrams explaining the principle of operation of the control unit; Fig. 10, 11 are vector diagrams explaining the principle of operation of the level gauge (Fig. 1) using a voltmeter as a measuring device.

На фиг. 2-5, 10, 11 приняты обозначения:

комплексы действующих значений фазных напряжений трехфазного источника питания;

комплексы действующих значений фазных напряжений нагрузки (падения напряжения на электродах 1.1, 1.2, 1.3 соответственно);

комплексы действующих значений фазных токов;
Z_A, Z_B, Z_C комплексные сопротивления фазных нагрузок;

комплекс действующего значения тока в нулевом проводе.In FIG. 2-5, 10, 11 the following notation is accepted:

complexes of current values of phase voltages of a three-phase power source;

complexes of the effective values of the phase voltage of the load (voltage drop across the electrodes 1.1, 1.2, 1.3, respectively);

complexes of current values of phase currents;
Z _A , Z _B , Z _C complex phase load resistances;

the complex of the effective value of the current in the neutral wire.

При использовании в качестве измерительного прибора амперметра

комплекс действующего значения напряжения между нулевыми точками трехфазной нагрузки (точка 0'), соединенной "звездой", и трехфазного источника питания (точка 0).When using an ammeter as a measuring device

a complex of the effective voltage value between the zero points of a three-phase load (point 0 ') connected by a star and a three-phase power source (point 0).

l_x текущее значение уровня;
Δ расстояние между электродами;
l длина электрода.l _x current level value;
Δ distance between the electrodes;
l electrode length.

Омический уровнемер (фиг. 1) содержит три электрода 1.1, 1.2, 1.3, трехфазный источник питания 2, измерительный прибор 3, резистор 4, при том электроды 1 помещены в емкость и соединены "звездой", к верхнему выводу электрода 1.3 подключен первый вывод переменного резистора 4, свободные верхние выводы электродов 1.1, 1.2 и второй вывод переменного резистора 4 подключены к соответствующим фазам трехфазного источника питания 2, т.е. соответственно к фазам А, В, С. Сопротивление электрода 1.3 в k раз (0 < k < 1) отличается от сопротивлений электродов 1.1, 1.2, выполненных одинаковыми. Нулевая точка трехфазного источника питания 2 через измерительный прибор 3 соединена с нулевой точкой "звезды" электродов (точкой 0'). The ohmic level gauge (Fig. 1) contains three electrodes 1.1, 1.2, 1.3, a three-phase power supply 2, a measuring device 3, a resistor 4, while the electrodes 1 are placed in a capacitance and connected by a "star", the first output of the variable is connected to the upper terminal of electrode 1.3 resistor 4, the free upper terminals of the electrodes 1.1, 1.2 and the second terminal of the variable resistor 4 are connected to the corresponding phases of the three-phase power supply 2, i.e. respectively, to phases A, B, C. The resistance of the electrode 1.3 is k times (0 <k <1) different from the resistances of the electrodes 1.1, 1.2, made identical. The zero point of the three-phase power source 2 through the measuring device 3 is connected to the zero point of the "star" of the electrodes (point 0 ').

В качестве измерительного прибора 3 может применяться вольтметр или амперметр, в т.ч. фазочувствительные. As a measuring device 3, a voltmeter or ammeter can be used, including phase sensitive.

Омический уровнемер (фиг. 6) содержит три электрода 1.1, 1.2, 1.3, причем сопротивления электродов 1.1, 1.2 равны между собой, а сопротивление электрода 1.3 в k раз (0 < k < 1) меньше сопротивления электродов 1.1, 1.2, трехфазный источник питания 2, два датчика тока 3.1, 3.2, переменный резистор 4, блок управления 5, три шины трехфазного источника питания 2 связаны с верхним выводами электродов 1.1, 1.2 и с первым выводом датчика тока 3.2, второй вывод которого соединен с первым выводом переменного резистора 4, второй вывод которого соединен с верхним выводом электрода 1.3, а обобщенный управляющий вход с обобщенным выходом блока управления 5, первый и второй входы которого связаны соответственно с информационными выходами первого и второго датчиков тока 3.1, 3.2. Нулевая точка трехфазного источника питания 2 (точка 0) связана с первым выводом измерительного прибора 3, второй вывод которого подключен к точке 0' нулевой точке "звезды" электродов 1. The ohmic level gauge (Fig. 6) contains three electrodes 1.1, 1.2, 1.3, and the resistances of the electrodes 1.1, 1.2 are equal to each other, and the resistance of the 1.3 electrode is k times (0 <k <1) less than the resistance of the electrodes 1.1, 1.2, a three-phase power supply 2, two current sensors 3.1, 3.2, a variable resistor 4, a control unit 5, three buses of a three-phase power supply 2 connected to the upper terminals of the electrodes 1.1, 1.2 and to the first terminal of the current sensor 3.2, the second terminal of which is connected to the first terminal of the variable resistor 4, the second terminal of which is connected to the upper terminal of the electrode 1.3, and generalized control input with a generalized output of the control unit 5, the first and second inputs of which are connected respectively with the information outputs of the first and second current sensors 3.1, 3.2. The zero point of the three-phase power source 2 (point 0) is connected to the first output of the measuring device 3, the second output of which is connected to point 0 'the zero point of the "star" of the electrodes 1.

Параллельно переменному резистору 4 может быть подключен измерительный прибор (омметр), отградуированный в единицах длины. In parallel with the variable resistor 4, a measuring device (ohmmeter) calibrated in units of length can be connected.

Блок управления 5 (фиг. 7) содержит два сумматора 6.1, 6.2, два вентиля (диода) 7.1, 7.2, генератор импульсов 8, шину "Пуск" 9, два ключевых элемента 10.1, 10.2, счетчик 11, дешифратор 12, шину 13 "Установка нуля", при этом выход сумматора 6.1 соединен с первым (вычитающим) входом сумматора 6.2, выход которого подключен к катоду диода 7.1, аноду диода 7.2, анод диода 7.1 связан с управляющим входом ключевого элемента 10.1, катод диода 7.2 связан с управляющим входом ключевого элемента 10.2, выход генератора импульсов 8 соединен с объединенными информационными входами ключевых элементов 10.1, 10.2, выход ключевого элемента 10.1 подключен к первому (суммирующему) входу счетчика 11, ко второму (вычитающему) входу которого подключен выход ключевого элемента 10.2, обобщенный выход счетчика 11 соединен с обобщенным входом дешифратора 12, ко входу генератора импульсов 8 подключена шина "Пуск" 9, а ко входу установки нуля (входу установки начальных условий) счетчика 11 подключена шина "Установка нуля" 13. Первым входом блока управления 5 является суммирующий вход сумматора 6.1, вторым объединенные суммирующие входы сумматоров 6.1, 6.2, а выходом обобщенный выход дешифратора 12. The control unit 5 (Fig. 7) contains two adders 6.1, 6.2, two gates (diodes) 7.1, 7.2, a pulse generator 8, a Start bus 9, two key elements 10.1, 10.2, a counter 11, a decoder 12, a 13 "bus Zero setting ", while the output of adder 6.1 is connected to the first (subtracting) input of adder 6.2, the output of which is connected to the cathode of the diode 7.1, the anode of the diode 7.2, the anode of the diode 7.1 is connected to the control input of the key element 10.1, the cathode of the diode 7.2 is connected to the control input of the key element 10.2, the output of the pulse generator 8 is connected to the integrated information inputs of key electronic of elements 10.1, 10.2, the output of the key element 10.1 is connected to the first (summing) input of the counter 11, to the second (subtracting) input of which the output of the key element 10.2 is connected, the generalized output of the counter 11 is connected to the generalized input of the decoder 12, the bus is connected to the input of the pulse generator 8 “Start” 9, and to the zero setting input (initial setting input) of the counter 11 the “Zero setting” bus 13 is connected. The first input of control unit 5 is the summing input of adder 6.1, the second combined summing inputs of adders 6.1, 6.2, and the output th generalized output of the decoder 12.

Возможно также подключение выхода сумматора 6.2 к шине "Пуск" 9. It is also possible to connect the output of the adder 6.2 to the bus "Start" 9.

Под обобщенным выходом (входом) понимается многопроводной выход (вход). Шина установки нуля 13 и шина "Пуск" 9 через кнопки с возвратом подключены к дополнительному источнику питания (на схемы фиг. 7 не изображенному). Under the generalized output (input) refers to a multi-wire output (input). The zero-setting bus 13 and the "Start" bus 9 are connected via an reset button to an additional power supply (not shown in the diagram of Fig. 7).

Омический уровнемер (фиг. 1) работает следующим образом. Ohmic level gauge (Fig. 1) works as follows.

При подаче питания с источника 2, находящегося в жидкости, погружные части электродов 1.1, 1.2, 1.3 имеют электрическую связь друг с другом, образуя "звезду", и с одним из выводом измерительного прибора 3. Если измерительный прибор 3 амперметр, то измерительная цепь представляет собой соединение "звездой" с нулевым проводом (фиг. 5). When power is supplied from a source 2 located in a liquid, the submersible parts of the electrodes 1.1, 1.2, 1.3 have an electrical connection with each other, forming a "star", and with one of the output of the measuring device 3. If the measuring device is 3 ammeters, then the measuring circuit represents a star connection with a neutral wire (Fig. 5).

В исходном состоянии значение сопротивления переменного резистора 4 устанавливается равным максимальному значению. При изменении уровня жидкости в емкости изменяют значение переменного резистора 4 так, чтобы показание измерительного прибора 3 было равно нулю (фиг. 2). In the initial state, the resistance value of the variable resistor 4 is set equal to the maximum value. When the liquid level in the tank changes, the value of the variable resistor 4 is changed so that the reading of the measuring device 3 is zero (Fig. 2).

Если показание измерительного прибора 3 равно нулю (I₀ 0), то значение сопротивления R_x надводной части электродов 1.3 будет определяться по формуле
R_x R_n/(1-k),
где R_n значение сопротивления переменного резистора 4, при котором показание измерительного прибора 3 равно нулю;
k отношение сопротивлений электродов 1.1, 1.2 к сопротивлению электрода 1.2.If the reading of measuring device 3 is zero (I ₀ 0), then the resistance value R _{x of the} surface of the electrodes 1.3 will be determined by the formula
R _x R _n / (1-k),
where R _n the resistance value of the variable resistor 4, in which the reading of the measuring device 3 is equal to zero;
k the ratio of the resistances of the electrodes 1.1, 1.2 to the resistance of the electrode 1.2.

При увеличении уровня жидкости в емкости относительно какого-либо уровня, принятого за номинальный, будет возрастать ток i₀, т.е. будет возрастать показание прибора 3.With an increase in the liquid level in the tank relative to any level accepted as the nominal, the current i ₀ will increase, i.e. the reading of the device 3 will increase.

Если измерительный прибор 3 фазочувствительный амперметр, то в данном случае токи i_c, i₀ будут находиться в противофазе (фиг. 3). Если принять начальную фазу тока i_c равной нулю, то при увеличении уровня жидкости начальная фаза тока i₀ будет равна 180^o. Чтобы обеспечить показания прибора 3 равными нулю, необходимо значение сопротивления резистора 4 уменьшать (см. фиг. 3). В пределе l_x l (сопротивление резистора 4 должно быть равно нулю) и R_x 0. Т.к. R_x= (l-l_x)•ρ/S, то, зная R_x, можно определить l_x.If the measuring device 3 is a phase-sensitive ammeter, then in this case the currents i _c , i ₀ will be in antiphase (Fig. 3). If we take the initial phase of the current i _c equal to zero, then with increasing liquid level, the initial phase of the current i ₀ will be equal to 180 ^o . To ensure the readings of the device 3 are equal to zero, it is necessary to reduce the resistance value of the resistor 4 (see Fig. 3). In the limit l _x l (the resistance of the resistor 4 should be zero) and R _x 0. Since R _x = (ll _x ) • ρ / S, then, knowing R _x , we can determine l _x .

При уменьшении уровня жидкости относительно номинального (например, равного уровню жидкости на предыдущем этапе измерения) начальная фаза тока i₀ будет равна начальной фазе тока i_c (фиг. 4). Если начальная фаза тока i₀ равна нулю, то для обеспечения условия i₀ 0 необходимо сопротивление резистора 4 увеличивать.When the liquid level decreases relative to the nominal (for example, equal to the liquid level at the previous measurement stage), the initial phase of the current i ₀ will be equal to the initial phase of the current i _c (Fig. 4). If the initial phase of the current i ₀ is equal to zero, then to ensure the condition i ₀ 0 it is necessary to increase the resistance of the resistor 4.

Таким образом, зная начальную фазу тока i₀, можно определить направление изменения сопротивления резистора 4, а значение сопротивления 4 - по условию, что I₀ 0.Thus, knowing the initial phase of the current i ₀ , we can determine the direction of change of the resistance of the resistor 4, and the value of resistance 4 - under the condition that I ₀ 0.

Аналогично уровнемер работает, если использовать в качестве измерительного прибора фазочувствительный вольтметр (фиг.10, 11). Similarly, the level gauge works if a phase-sensitive voltmeter is used as a measuring device (Figs. 10, 11).

Уровнемер (фиг. 1) может использоваться как стабилизатор (регулятор) уровня жидкости и как задатчик уровня жидкости. При работе в качестве стабилизатора уровня жидкости l_ст значение переменного резистора 4 устанавливается в соответствии с l_cт(R_n _cт l_ст. Уровень жидкости будет поддерживаться постоянным в зависимости от величины и (или) фазы сигнала i₀.The level gauge (Fig. 1) can be used as a stabilizer (regulator) of the liquid level and as a regulator of the liquid level. When operated as a liquid stabilizer l _st variable resistor 4 level value is set in accordance with the _CT l (R _n l _CT _v. The liquid level is kept constant in dependence on the magnitude and (or) the phase of the signal i _0.

При работе в качестве задатчика уровня жидкости l_з значение переменного резистора 4 устанавливается в соответствии с l_з, т.е. R_nз l_з. Текущий уровень жидкости в емкости будет увеличиваться или понижаться в зависимости от фазы сигнала i₀.When operating as a fluid level adjuster l _{z, the} value of the variable resistor 4 is set in accordance with l _z , i.e. R _nz l _s The current liquid level in the tank will increase or decrease depending on the phase of the signal i ₀ .

Уровнемер (фиг. 6) работает следующим образом. The level gauge (Fig. 6) works as follows.

В исходном состоянии по шине 13 "Установка нуля" в счетчик 11 записывается число, соответствующее минимальному (номинальному l_н) уровню жидкости в емкости (в частности, содержимое счетчика устанавливают равным нулю). Затем по шине 9 "Пуск" запускают генератор импульсов 8, который начинает выдавать сигналы-импульсы с определенной частотой f_г. Данные импульсы подаются на информационные входы ключевых элементов 10.1, 10.2.In the initial state, on the bus 13 "Zero setting", a number corresponding to the minimum (nominal l _n ) liquid level in the tank is recorded in the meter 11 (in particular, the contents of the meter are set to zero). Then, via the start bus 9, a pulse generator 8 is started, which starts to give out pulse signals with a certain frequency f _g . These pulses are fed to the information inputs of the key elements 10.1, 10.2.

Переменный резистор 4 имеет значение R_н, соответствующее текущее значению уровня жидкости l_н.The variable resistor 4 has a value of R _n corresponding to the current value of the liquid level l _n .

Предположим, что уровень жидкости в емкости уменьшается, т.е. текущее значение уровня жидкости l₁ < l_н. При уменьшении уровня жидкости нагрузка трехфазной цепи становится несимметричной, и появляется ток i₀ в нулевом проводе, соединяющем нулевые точки "звезды" электродов 1 и трехфазного источника питания 2. Тогда датчик тока 3.1 будет выдавать сигнал, пропорциональный току i₀, а датчик тока 3.2 сигнал пропорциональный току i_c, протекающему через третий электрод 1.3. При уменьшении уровня жидкости по сравнению с номинальным уровнем токи i₀ и i_c будут совпадать по фазе (фиг. 4, 8а, б). Сигналы с выходов датчиков тока 3.1, 3.2 подаются на первый и второй входы блока управления 5, в котором сигнал i₀ подается на суммирующий вход сумматора 6.1, а сигнал i_c на объединенные суммирующие входы сумматоров 6.1, 6.2. На входе сумматора 6.1 получаем сигнал i (i_c + i₀) (см. фиг. 8в), который подается на вычитающий вход сумматора 6.2. Так как i₀ > i_c (см.фиг. 8а, в), то выходной сигнал сумматора 6.2 y (i_c-i) < 0. Т.к. y < 0, то данный сигнал через вентиль 7.1 подается на управляющий вход ключевого элемента 10.1, открывая его. Выходные импульсы генератора импульсов 8 через открытый ключевой элемент 10.1 подаются на суммирующий вход счетчика 11, увеличивая его содержание. Дешифратор 12 преобразует содержимое счетчика в соответствующий сигнал (код), который подается на управляющий вход управляемого переменного резистора (ЦАП) 4, увеличивающего свое значение в соответствии с содержанием счетчика 11. Увеличение значения резистора 4 приводит к уменьшению тока i_c и, соответственно, уменьшению тока i₀. При i₀ 0 выходной сигнал сумматора 6.2 y 0. Ключевой элемент 10.1 закрывается. Содержимое счетчика 11 изменяться не будет.Assume that the liquid level in the tank decreases, i.e. the current value of the liquid level l ₁ <l _n When the liquid level decreases, the load of the three-phase circuit becomes asymmetric, and a current i ₀ appears in the neutral wire connecting the star points of the electrodes 1 and the three-phase power supply 2. Then the current sensor 3.1 will give a signal proportional to the current i ₀ , and the current sensor 3.2 the signal is proportional to the current i _c flowing through the third electrode 1.3. With a decrease in the liquid level compared with the nominal level, the currents i ₀ and i _c will coincide in phase (Fig. 4, 8a, b). The signals from the outputs of the current sensors 3.1, 3.2 are fed to the first and second inputs of the control unit 5, in which the signal i ₀ is fed to the summing input of the adder 6.1, and the signal i _c to the combined summing inputs of the adders 6.1, 6.2. At the input of the adder 6.1, we obtain the signal i (i _c + i ₀ ) (see Fig. 8c), which is fed to the subtracting input of the adder 6.2. Since i ₀ > i _c (see Fig. 8a, c), the output signal of the adder is 6.2 y (i _c -i) <0. Since y <0, then this signal through the valve 7.1 is fed to the control input of the key element 10.1, opening it. The output pulses of the pulse generator 8 through the open key element 10.1 are fed to the summing input of the counter 11, increasing its content. The decoder 12 converts the contents of the counter into the corresponding signal (code), which is fed to the control input of a controlled variable resistor (DAC) 4, increasing its value in accordance with the contents of the counter 11. An increase in the value of the resistor 4 leads to a decrease in current i _c and, accordingly, to a decrease current i ₀ . When i ₀ 0, the output signal of the adder 6.2 y 0. The key element 10.1 closes. The contents of counter 11 will not change.

Предположим, что уровень жидкости увеличивается по сравнению с номинальным значением l₁ > l_н. При увеличении уровня жидкости в емкости нагрузка трехфазной цепи становится несимметричной (Z_A Z_B ≠ Z_C) (I_A I_B > I_C) (см. фиг. 3). При этом токи i₀ и i_c будут находиться в противофазе (см. фиг. 9а, б). Сигналы, пропорциональные i₀, i_c, с выходов датчиков тока 3.1, 3.2 подаются на входы блока управления 5. В блоке управления 5 выходной сигнал сумматора 6.1 i (i₀ + i_c) будет меньше сигнала i_c (см. фиг. 8в). Тогда выходной сигнал сумматора 6.2 y (i_c i) > 0 через вентиль 7.2 подается на управляющий вход ключевого элемента 10.2. Импульсы с выхода генератора импульсов 8 через открытый ключевой элемент 10.2 подаются на вычитающий вход счетчика 11, уменьшая его содержимое. Соответственно при этом уменьшается значение R_n переменного резистора 4. Уменьшение значения R_n приводит к росту тока i_c и соответственно к уменьшению тока i₀. При i₀ 0 выходной сигнал сумматора 6.2 y 0, что приведет к закрытию ключевых элементов. При этом значение переменного сопротивления 4 применяться не будет.Assume that the liquid level increases compared to the nominal value l ₁ > l _n . As the liquid level in the tank increases, the load of the three-phase circuit becomes asymmetric (Z _A Z _B ≠ Z _C ) (I _A I _B > I _C ) (see Fig. 3). In this case, the currents i ₀ and i _c will be in antiphase (see Fig. 9a, b). Signals proportional to i ₀ , i _c from the outputs of current sensors 3.1, 3.2 are fed to the inputs of control unit 5. In control unit 5, the output signal of adder 6.1 i (i ₀ + i _c ) will be less than signal i _c (see Fig. 8c ) Then the output signal of the adder 6.2 y (i _c i)> 0 through the valve 7.2 is fed to the control input of the key element 10.2. The pulses from the output of the pulse generator 8 through the open key element 10.2 are fed to the subtracting input of the counter 11, reducing its content. Accordingly, the value of R _{n of the} variable resistor 4 decreases. A decrease in the value of R _n leads to an increase in current i _c and, accordingly, to a decrease in current i ₀ . At i ₀ 0, the output signal of the adder is 6.2 y 0, which will lead to the closure of key elements. In this case, the value of the variable resistance 4 will not be applied.

В блоке управления 5 перед суммирующим входом сумматора 6.2 для синхронизации работы может быть установлен элемент задержки, для того чтобы сигналы i₀, i_c подавались на входы сумматора 6.2 одновременно.In the control unit 5, before the summing input of the adder 6.2, a delay element can be installed to synchronize the operation, so that the signals i ₀ , i _{c are} supplied to the inputs of the adder 6.2 simultaneously.

На выходах вентилей 7.1, 7.2 могут быть установлены формирователи управляющих сигналов для повышения надежности работы аналоговых ключевых элементов 10.1, 10.2. At the outputs of gates 7.1, 7.2, shapers of control signals can be installed to increase the reliability of the analog key elements 10.1, 10.2.

При соединении выхода сумматора 6.2 с шиной "Пуск" 9 генератор импульсов 8 начинает работать при появлении выходного сигнала у сумматора 6.2. When connecting the output of the adder 6.2 with the bus "Start" 9, the pulse generator 8 starts to work when the output signal from the adder 6.2.

В результате применения предложенного способа измерения уровня жидкости:
повышается точность измерения уровня за счет исключения влияния на результат измерения заранее неизвестного сопротивления жидкости между электродами;
повышается срок эксплуатации за счет измерения на переменном токе (исключается электролиз);
расширяются функциональные возможности за счет использования устройства в качестве задатчика уровня или в качестве стабилизатора (регулятора) уровня. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10As a result of the application of the proposed method for measuring the liquid level:
the accuracy of level measurement is increased by eliminating the influence on the measurement result of a previously unknown liquid resistance between the electrodes;
the operating life increases due to measurement on alternating current (electrolysis is excluded);
functionality is expanded by using the device as a level adjuster or as a level stabilizer (regulator). YYY2 YYY4 YYY6 YYY8 YYY10

Claims

1. The method of determining the liquid level, which consists in the fact that the electrodes connected to the power source are immersed in a controlled environment and the current flowing through the electrodes is determined, characterized in that the power source is three-phase, the resistance of the first electrode is changed by a factor of K compared with the resistances the second and third electrodes, made the same, determine the magnitude of the change in resistance of the first electrode R _p at which the total current flowing through the electrodes when they are connected to an out-of-phase power supply according to the star-star circuit with a zero wire is zero, and the liquid level l _x is determined by the formula

where l is the length of the electrodes;
S is the cross-sectional area of the electrodes;
ρ resistivity of the electrodes;
0 <K <1.

2. The method of determining the liquid level, which consists in the fact that the electrodes connected to the power source are immersed in a controlled environment and the value of the current flowing through the electrodes is determined, characterized in that the power source is three-phase, the resistance of the first electrode is changed by a factor of K compared with the resistances the second and third electrodes, made identical, determine the magnitude of the change in resistance of the first electrode R _p at which the potential difference between the zero points of the three-phase source the power supply and the "stars" of the electrodes when they are connected according to the star-star scheme without a neutral wire is zero, and the liquid level l _x is determined by the formula

where 0 <K <1;
l the length of the electrodes;
S is the cross-sectional area of the electrodes;
ρ resistivity of the electrodes.

3. A device for determining the liquid level, containing the first and second electrodes with equal resistances connected to a power source, and a first measuring device, characterized in that a variable resistor is inserted into it, a second measuring device, a third electrode, the resistance of which is not equal to the resistance of the first an electrode, and a control unit, to the first and second inputs of which are connected the information outputs of the first and second measuring devices, respectively, made in the form of current sensors, and to the control output the variable inputs of the variable resistor, the power supply is made three-phase, with the first leads of the first and second electrodes directly, and the third electrode through the variable resistor and the second current sensor connected to the corresponding buses of the three-phase power supply, and the second leads of the electrodes are connected in the form of a star, the zero point of which through the first current sensor connected to the zero point of a three-phase power source.