RU59243U1

RU59243U1 - HIGH FREQUENCY LEVEL METER

Info

Publication number: RU59243U1
Application number: RU2004138532/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Федорович Устинов; Иван Михайлович Тепляков; Юрий Валентинович Авдеев; Александр Давидович Кононов; Андрей Александрович Кононов
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-12-10

Abstract

Изобретение относится к области бесконтактного измерения уровня различных физических сред. Высокочастотный измеритель уровня, содержащий автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, соединенным с чувствительным элементом, который выполнен в виде передающей антенны, и индикатором фазы, контролирующим величину сдвига фаз между током и напряжением на входе устройства, причем индикатор фазы расположен между автогенератором и чувствительным элементом.The invention relates to the field of non-contact level measurement of various physical environments. A high-frequency level meter containing a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit connected to a sensing element, which is made in the form of a transmitting antenna, and a phase indicator that controls the magnitude of the phase shift between the current and voltage at the input of the device, and the phase indicator is located between the oscillator and sensitive element.

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 environments 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 (Авторское свидетельство СССР №360558, кл. G 01 F 23/26, 1972).Known level switch containing a self-oscillator, in the oscillatory circuit of which is included a capacitive sensor based on the phenomenon of disruption of oscillations of the self-oscillator when the medium approaches the sensor (USSR Author's Certificate No. 360558, class G 01 F 23/26, 1972).

Устройство обладает дискретностью измерения уровня, и, следовательно, имеет ограниченную область применения. Использование в качестве чувствительного элемента емкостного датчика предопределяет малую ширину зоны чувствительности.The device has a discrete level measurement, and therefore has a limited scope. The use of a capacitive sensor as a sensitive element determines the small width of the sensitivity zone.

Известно также 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 (Авторское свидетельство СССР №1401287, кл. G 01 F 23/28, 1988). 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.Also known is a self-generating water level switch 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 (USSR Author's Certificate No. 1401287, class G 01 F 23 / 28, 1988). One terminal of the conductometric sensor 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.

Действие устройства основано на измерении электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, а именно, активного сопротивления последовательной цепи штырь - корпус резервуара, в зависимости The action of the device is based on measuring the electrical parameters of the oscillator circuit of the oscillator, namely, the resistance of the serial circuit pin - tank body, depending

от уровня измеряемой воды. Изменение уровня в резервуаре преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора.from 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. Применение чувствительного элемента, состоящего 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 sensing element with the medium being measured. The use of a sensitive element consisting of a metal pin immersed in a controlled environment and a conductive housing of the tank makes the device unsuitable for measuring the level of bulk materials.

Наиболее близким по совокупности признаков является высокочастотный уровнемер, состоящий из передающей и приемной части (Патент РФ №2101683, кл. 6 G 01 F 23/28, 1998). Передающая часть содержит автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, к выходу которого подключена передающая антенна, представляющая собой электрический линейный излучатель. Приемная часть состоит из приемной антенны, подключенной к входу смесителя, ко второму входу которого подключен так же выход кварцевого гетеродина. К выходу смесителя подключен вход фильтра частот, к выходу которого подсоединен вход усилителя низкой частоты, к выходу которого в свою очередь подключается частотомер. При приближении измеряемой среды к передающей антенне, 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, которые излучаются передающей антенной. Сигнал передатчика, принятый приемной антенной, поступает на вход смесителя. Низкочастотная составляющая разности частот полезного сигнала и сигнала кварцевого гетеродина выделяется фильтром нижних частот и усиливается усилителем низкой частоты. В зависимости от расстояния между передающей антенной The closest in combination of features is a high-frequency level gauge consisting of a transmitting and receiving part (RF Patent No. 2101683, CL 6 G 01 F 23/28, 1998). The transmitting part contains a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit, the output of which is connected to a transmitting antenna, which is an electric linear emitter. The receiving part consists of a receiving antenna connected to the input of the mixer, to the second input of which the output of the quartz local oscillator is also connected. The input of the frequency filter is connected to the output of the mixer, the output of which is connected to the input of the low-frequency amplifier, to the output of which the frequency meter, in turn, is connected. When the measured medium approaches a transmitting antenna located 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 that are emitted by the transmit antenna. The transmitter signal received by the receiving antenna is fed to the input of the mixer. The low-frequency component of the frequency difference between the useful signal and the signal of the quartz local oscillator is allocated by a low-pass filter and amplified by a low-frequency amplifier. Depending on the distance between the transmitting antenna

и измеряемой средой на выходе усилителя формируется сигнал различной частоты, который поступает на вход частотомера. По показаниям частотомера судят об уровне измеряемой среды.and a measured medium at the output of the amplifier forms a signal of different frequencies, which is fed to the input of the frequency meter. According to the readings of the frequency meter, the level of the medium being measured is judged.

К недостаткам высокочастотного уровнемера следует отнести влияние внутренних шумов приемной части, а также влияние внешних воздействий на контур приемной антенны, что приводит к существенному снижению точности измерений.The disadvantages of a high-frequency level meter include the influence of internal noise of the receiving part, as well as the influence of external influences on the circuit of the receiving antenna, which leads to a significant decrease in the accuracy of measurements.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи бесконтактного измерения уровня различных физических сред, включая агрессивные и сыпучие, радиоволновым методом, и при его осуществлении достигается дистанционный бесконтактный контроль уровня, инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.The present invention is intended to solve the problem of non-contact level measurement of various physical media, including aggressive and granular, by the radio wave method, and when it is achieved, remote non-contact level control is invariant, which is invariant to a decrease in measurement accuracy due to fault of information processing devices, while the medium being measured may be aggressive or loose.

Задача решается тем, что в известном высокочастотном уровнемере, содержащем передающую часть из автогенератора гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, к выходу которого подключена передающая антенна, и приемную част, состоящую из приемной антенны, смесителя, кварцевого гетеродина, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, отличительным признаком является то, что он лишен приемной части и снабжен индикатором фазы, подключенным между чувствительным элементом, выполненным в виде передающей антенны и автогенератором гармонических колебаний.The problem is solved in that in the known high-frequency level gauge containing a transmitting part from a harmonic oscillator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit, to the output of which a transmitting antenna is connected, and a receiving part, consisting of a receiving antenna, mixer, quartz local oscillator, low-pass filter, low frequency amplifier and frequency meter, the hallmark is that it is devoid of the receiving part and is equipped with a phase indicator connected between the sensor element a transmitting antenna and autogenerator harmonic oscillations.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, дистанционный бесконтактный контроль уровня инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации, достигается за счет того, что измерение и обработка информации производятся минимальным набором устройств, исключающим использование приемного контура, и подключением индикатора фазы напрямую к чувствительному The technical result obtained during the implementation of the invention, namely, remote contactless level control, which is invariant to a decrease in measurement accuracy due to the fault of information processing devices, is achieved due to the fact that the measurement and processing of information is carried out by a minimum set of devices that excludes the use of the receiving circuit and by connecting the phase indicator directly to sensitive

элементу - передающей антенне.element - transmitting antenna.

На чертеже (Фиг.1) изображена структурная схема высокочастотного измерителя уровня. Высокочастотный измеритель уровня состоит из автогенератора гармонических колебаний 1, индикатора фазы 2 и передающей антенны 3, представляющей собой электрический линейный излучатель.The drawing (Figure 1) shows a structural diagram of a high-frequency level meter. A high-frequency level meter consists of a harmonic oscillation generator 1, a phase 2 indicator, and a transmitting antenna 3, which is an electric linear emitter.

Устройство работает следующим образом. До заполнения зоны действия датчика измеряемой средой антенный контур настраивается на полное согласование, то есть отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. 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 излучающей антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит изменение электрических параметров контура антенны, приводящее к сдвигу фаз между током и напряжением на входе индикатора фазы. Сдвиг фаз напрямую зависит от расстояния между передающей антенной и измеряемой средой. По показаниям индикатора фазы судят об уровне измеряемой среды.The device operates as follows. Prior to filling the sensor coverage area with the medium being measured, the antenna circuit is adjusted for full coordination, that is, there is no phase shift between current and voltage. The oscillation frequency when using an open-type oscillating circuit is selected corresponding to the optimal wavelength for a specific suspension height, which makes it possible to expand the sensitivity zone, up to measuring the average level over a certain area. When the measured medium approaches the radiating antenna, which is parallel to the surface of the measured medium and is an electric linear emitter, the electric parameters of the antenna circuit change, leading to a phase shift between the current and the voltage at the input of the phase indicator. The phase shift directly depends on the distance between the transmitting antenna and the medium being measured. According to the indications of the phase indicator, the level of the medium being measured is judged.

В результате удается осуществить дистанционный бесконтактный контроль уровня в труднодоступных для размещения вторичной аппаратуры и проводов местах инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации 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.As a result, it is possible to carry out remote non-contact level control in places difficult to place secondary equipment and wires, invariant to a decrease in measurement accuracy due to fault of information processing devices with the ability to measure aggressive media and bulk materials, and also to expand the geometric surface captured by the sensor sensitivity zone up to the average level control on a certain area, which makes it possible to accurately measure the level of bulk media with noticeable deviations from the horizontal interface.

При создании устройства использован индикатор фазы известный из уровня техники (Л.А.Финкелыптейн, Г.Х.Гиршман Антенные контуры широкодиапазонных коротковолновых передатчиков. Расчет и конструирование. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - С.232).When creating the device used a phase indicator known from the prior art (L.A. Finkelypteyn, G.Kh. Girshman Antenna contours of wide-range short-wave transmitters. Calculation and design. - M .: Gosenergoizdat, 1960. - P.232).

Claims

A high-frequency level meter containing a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive oscillatory circuit and a sensing element made in the form of a transmitting antenna, characterized in that it is equipped with a phase indicator located between the oscillator and the sensing element.