RU2101683C1

RU2101683C1 - High-frequency level indicator

Info

Publication number: RU2101683C1
Application number: RU96103928A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Авдеев; В.И. Енин; А.А. Кононов; П.И. Никулин; И.М. Тепляков
Original assignee: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: contactless measurement of level of various physical media. SUBSTANCE: high-frequency level indicator has self-excited oscillator of harmonic oscillations with parallel inductive-capacitive circuit connected to sensitive element that is manufactured in the form of transmitting antenna and receiver composed of receiving antenna, quartz heterodyne and mixer, low-frequency amplifier and frequency meter connected in series. Receiving antenna is connected to input of mixer and output of quartz heterodyne is connected to its second input.. EFFECT: increased functional reliability and efficiency of level indicator. 1 dwg

Description

Изобретение относится к бесконтактным средствам измерения уровня различных физических сред и может быть применено в автоматизированных системах управления технологическими процессами. The invention relates to non-contact means for measuring the level of various physical media and can be applied in automated process control systems.

Известен сигнализатор уровня, содержащий автогенератор, в колебательный контур которого включен емкостный датчик, основанный на явлении срыва колебаний автогенератора при подходе среды к датчику [1]
Устройство обладает дискретностью измерения уровня, и, следовательно, имеет ограниченную область применения. Использование в качестве чувствительного элемента емкостного датчика предопределяет малую ширину зоны чувствительности.Known level switch containing an oscillator, in the oscillatory circuit of which is included a capacitive sensor based on the phenomenon of disruption of oscillations of the oscillator when the medium approaches the sensor [1]
The device has a discrete level measurement, and, therefore, has a limited scope. The use of a capacitive sensor as a sensing element determines the small width of the sensitivity zone.

Известен датчик высокочастотного сигнализатора уровня, представляющий собой высокочастотный параллельный резонансный контур, составленный индуктивностью и емкостью, сосредоточенными соответственно в катушке индуктивности на фторопластовом каркасе и воздушном конденсаторе [2]
Достоинством этого устройства является непрерывность измерения уровня. Выходным сигналом устройства служит резонансная частота датчика.A known sensor of a high-frequency level switch, which is a high-frequency parallel resonant circuit composed of inductance and capacitance, respectively concentrated in an inductor on a fluoroplastic frame and an air condenser [2]
The advantage of this device is the continuity of level measurement. The output signal of the device is the resonant frequency of the sensor.

К недостаткам датчика высокочастотного сигнализатора уровня следует отнести непосредственное подключение измерительной схемы к колебательному контуру. Такое исполнение влечет за собой влияние последующих каскадов на работу датчика, что приводит к погрешностям в измерениях. Малая ширина зоны чувствительности не обеспечивает безошибочного измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела. The disadvantages of the high-frequency level switch sensor include the direct connection of the measuring circuit to the oscillating circuit. This design entails the influence of subsequent cascades on the operation of the sensor, which leads to measurement errors. The small width of the sensitivity zone does not provide an error-free measurement of the level of granular media with noticeable deviations from the horizontal interface.

Наиболее близким по совокупности признаков является автогенераторное реле уровня воды, содержащее автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным контуром, соединенным с кондуктометрическим чувствительным элементом в виде металлического штыря, расположенного в резервуаре и погруженного в контролируемую среду [3] Один вывод кондуктометрического чувствительного элемента подсоединен к обкладке конденсатора, а второй через воду к стенке резервуара, электрически соединенной с общей шиной устройства. Выход автогенератора через буферный каскад подсоединен к входам двух реле, включенных параллельно и настроенных на различные частоты срабатывания, которые подключены к входу исполнительного органа. The closest in combination of features is a water level self-generating relay containing a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive circuit connected to a conductometric sensitive element in the form of a metal pin located in the tank and immersed in a controlled environment [3] One output of the conductometric sensitive element is connected to the capacitor plate, and the second through water to the tank wall, electrically connected to the device common bus. The output of the oscillator through the buffer cascade is connected to the inputs of two relays connected in parallel and tuned to different response frequencies that are connected to the input of the executive body.

Устройство основано на измерении электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, а именно, активного сопротивления последовательной цепи штырь корпус резервуара, в зависимости от уровня измеряемой воды. Изменение уровня в резервуаре преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора. The device is based on measuring the electrical parameters of the oscillator circuit of the oscillator circuit, namely, the resistance of the serial circuit of the pin of the tank body, depending on the level of the measured water. A change in the level in the tank is converted into a change in the output frequency of the oscillator.

Однако область применения известного уровнемера ограничена непосредственным контактом чувствительного элемента с измеряемой средой и электрической связью автогенератора с вторичной аппаратуры, что не позволит проводить измерения агрессивных сред и затрудняет использование устройства в труднодоступных для расположения аппаратуры и проводов местах. Применение чувствительного элемента, состoящего из металлического штыря, погруженного в контролируемую среду, и токопроводящего корпуса резервуара, делает устройство непригодным для измерения уровня сыпучих материалов. However, the scope of the known level gauge is limited by direct contact of the sensitive element with the measured medium and the electric connection of the oscillator with the secondary equipment, which will not allow the measurement of aggressive media and makes it difficult to use the device in places difficult to locate the equipment and wires. The use of a sensitive element consisting of a metal pin immersed in a controlled environment and a conductive reservoir body makes the device unsuitable for measuring the level of bulk materials.

Изобретение предназначено для решения задачи бесконтактного измерения уровня различных физической сред, включая агрессивные и сыпучие, с радиоволновой передачей информации во вторичную аппаратуру, и при его осуществлении достигается дистанционный бесконтактный контроль уровня, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей. The invention is intended to solve the problem of non-contact level measurement of various physical media, including aggressive and loose, with radio-wave transmission of information to secondary equipment, and when it is achieved, remote non-contact level control is achieved, while the measured medium can be aggressive or loose.

Задача решается тем, что в известном автогенераторном реле уровня воды, содержащим автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, соединенным с чувствительным элементом, отличительным признаком является то, что он снабжен приемным устройством, состоящим из приемной антенны, смесителя, кварцевого гетеродина, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, а чувствительный элемент выполнен в виде передающей антенны, причем приемная антенна подключена к входу смесителя, ко второму входу которого подключен выход кварцевого гетеродина, а выход смесителя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен ко входу усилителя низкой частоты, соединенного своим выходом с входом частотомера. The problem is solved in that in the known self-generating water level switch containing a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit connected to a sensing element, the distinguishing feature is that it is equipped with a receiving device consisting of a receiving antenna, mixer, quartz local oscillator, a low-pass filter, a low-frequency amplifier and a frequency meter, and the sensitive element is made in the form of a transmitting antenna, and the receiving antenna is connected to the input of the mixer, to the second input of which the output of the quartz local oscillator is connected, and the mixer output is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is connected to the input of a low-frequency amplifier connected by its output to the input of the frequency meter.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, дистанционный бесконтактный контроль уровня измеряемой среды, достигается за счет того, что автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, снабжен передающей антенной, а вторичная аппаратура выполнена в виде приемного устройства с приемной антенной соответственно. Измерение агрессивных сред и сыпучих материалов становится возможным из-за применения в качестве чувствительного элемента передающей антенны. The technical result obtained by carrying out the invention, namely, remote non-contact control of the level of the medium being measured, is achieved due to the fact that the harmonic oscillator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit is equipped with a transmitting antenna, and the secondary equipment is made in the form of a receiving device with a receiving antenna, respectively . Measurement of aggressive media and bulk materials becomes possible due to the use of a transmitting antenna as a sensitive element.

На чертеже изображена структурная схема высокочастотного уровнемера. The drawing shows a structural diagram of a high-frequency level gauge.

Высокочастотный уровнемер состоит из передающей и приемной части. Передающая часть содержит автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром 1, к выходу которого подключена передающая антенна 2, представляющая собой электрический линейный излучатель. Приемная часть состоит из приемной антенны 3, подключенной к входу смесителя 4, ко второму входу которого подключен так же выход кварцевого гетеродина 5. К выходу смесителя 4 подключен вход фильтра частот 6, к выходу которого подсоединен вход усилителя низкой частоты 7, к выходу которого в свою очередь подключается частотомер 8. A high-frequency level gauge consists of a transmitting and receiving part. The transmitting part contains a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit 1, the output of which is connected to a transmitting antenna 2, which is an electric linear emitter. The receiving part consists of a receiving antenna 3 connected to the input of the mixer 4, to the second input of which the output of the quartz local oscillator 5 is connected. To the output of the mixer 4 is connected the input of the frequency filter 6, to the output of which the input of the low-frequency amplifier 7 is connected, to the output of which in turn, the frequency counter 8 is connected.

Устройство работает следующим образом. Изменение уровня измеряемой среды преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора, которая затем передается радиоволновым способом во вторичную аппаратуру и там обрабатывается. До заполнения зоны действия датчика измеряемой средой колебательный контур автогенератора гармонических колебаний 1 настраивается на частоту кварцевого гетеродина 5 приемного устройства. На выходе смесителя 4 и соответственно усилителя 7 формируется выходной сигнал с нулевой разностной частотой, которая отображается частотомером 8. Частота колебаний при использовании колебательного контура открытого типа выбирается соответствующей оптимальной длине волны для конкретной высоты подвеса, что дает возможность расширять зону чувствительности, вплоть до измерения усредненного уровня на определенной площади. При приближении измеряемой среды к передающей антенне 2, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит изменение электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, которое приводит к изменению резонансной частоты колебаний контура автогенератора 1, которые излучаются передающей антенной 2. Сигнал передатчика, принятый приемной антенной 3, поступает на вход смесителя 4. Низкочастотная составляющая разности частот полезного сигнала и сигнала кварцевого гетеродина 5 выделяется фильтром нижних частот 6 и усиливается усилителем низкой частоты 7. В зависимости от расстояния между передающей антенной и измеряемой средой на выходе усилителя 7 формируется сигнал различной частоты, который поступает на вход частотомера 8. По показаниям частотомера судят об уровне измеряемой среды. В результате удается осуществить дистанционный бесконтактный контроль уровня в труднодоступных для размещения вторичной аппаратуры и проводов местах с возможностью измерения агрессивных сред и сыпучих материалов, а также расширить захватываемую зоной чувствительности датчика геометрическую поверхность вплоть до контроля усредненного уровня на определенной площади, что дает возможность точного измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела. The device operates as follows. The change in the level of the measured medium is converted into a change in the output frequency of the oscillator, which is then transmitted by radio wave method to the secondary equipment and processed there. Prior to filling the sensor coverage with a measured medium, the oscillatory circuit of the harmonic oscillator 1 is tuned to the frequency of the quartz local oscillator 5 of the receiving device. An output signal with a zero differential frequency is generated at the output of the mixer 4 and, respectively, of the amplifier 7, which is displayed by the frequency counter 8. The oscillation frequency when using an open-type oscillating circuit is selected according to the optimal wavelength for a specific suspension height, which makes it possible to expand the sensitivity zone, up to measuring the average level in a certain area. When the measured medium approaches the transmitting antenna 2, which is parallel to the surface of the measured medium and is an electric linear emitter, the electric parameters of the oscillator circuit of the oscillator circuit change, which leads to a change in the resonant frequency of oscillations of the oscillator circuit 1, which are emitted by the transmitting antenna 2. Transmitter signal, received by the receiving antenna 3, is fed to the input of the mixer 4. The low-frequency component of the frequency difference of the useful signal and the signal la quartz heterodyne 5 is allocated by a low-pass filter 6 and amplified by a low-frequency amplifier 7. Depending on the distance between the transmitting antenna and the medium to be measured, a signal of different frequencies is generated at the output of the amplifier 7, which is fed to the input of the frequency meter 8. The level of the medium is judged by the readings of the frequency meter. . As a result, it is possible to carry out remote non-contact level control in places difficult to place secondary equipment and wires with the ability to measure aggressive media and bulk materials, as well as expand the geometric surface captured by the sensor sensitivity zone up to control the average level over a certain area, which makes it possible to accurately measure the level bulk media with noticeable deviations from the horizontal interface.

При создании устройства использованы следующие известные из уровня техники блоки; смеситель (Радиоприемные устройства. Под ред. А.П. Жуковского. М. Высшая школа, 1989, с.82), кварцевый гетеродин (там же, с.108), фильтр нижних частот (там же, с.60), усилитель низкой частоты (там же, с. 161), частотомер, выпускаемый промышленностью, типа Ч3-33. When creating the device used the following known from the prior art blocks; mixer (Radio receivers. Edited by A.P. Zhukovsky. M. Higher School, 1989, p. 82), quartz local oscillator (ibid., p. 108), low-pass filter (ibid., p. 60), amplifier low frequency (ibid., p. 161), a frequency meter manufactured by the industry, type Ch3-33.

Источники информации:
1. А.с. СССР N 360558, кл. G 01 F 23/26, 1972.Sources of information:
1. A.S. USSR N 360558, class G 01 F 23/26, 1972.

2. А.с. СССР N 409083, кл. G 01 F 23/28, 1973. 2. A.S. USSR N 409083, class G 01 F 23/28, 1973.

3. А.с. СССР N 1401287, кл. G 01 F 23/28, 1988. 3. A.S. USSR N 1401287, class G 01 F 23/28, 1988.

Claims

A high-frequency level meter containing a harmonic oscillator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit connected to a sensitive element, characterized in that it is equipped with a receiving device consisting of a receiving antenna, a mixer, a quartz local oscillator, a low-pass filter, a low-frequency amplifier and a frequency meter, and the sensing element is made in the form of a transmitting antenna, and the receiving antenna is connected to the input of the mixer, to the second input of which the output of the quartz local oscillator is connected and the mixer output is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is connected to the input of a low-frequency amplifier connected by its output to the input of the frequency meter.