RU64360U1

RU64360U1 - DEVICE FOR MEASURING THE LEVELS OF THE BOUNDARIES OF THE SECTION OF THE MEDIUM

Info

Publication number: RU64360U1
Application number: RU2006143182/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Аванесович Атаянц; Владимир Петрович Рынин; Роман Евгеньевич Огнев; Вячеслав Михайлович Давыдочкин; Сергей Викторович Мирошин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Контакт-1"
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-06-27

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в резервуарах. Технический результат полезной модели заключается в расширении области применения устройства (за счет возможности его использования для измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в заземленных и изолированных от земли резервуарах) и уменьшении погрешности измерений уровня границ раздела сред. Устройство реализовано в виде трехэлектродного конденсатора, соединенного с блоком 1 первичной обработки сигналов. Первый (многосекционный) и второй (односекционный) электроды 3, 6 электроизолированы от сред, уровни границ раздела которых измеряются, а третий электрод 7 имеет электрический контакт со средами. Это позволяет производить измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в заземленных и изолированных от земли резервуарах. Размещение коммутирующих элементов 10 и дешифраторов 11 адреса в чувствительном элементе в непосредственной близости к соответствующим секциям 4 первого электрода позволило исключить влияние паразитных параметров конструкции на погрешность и стабильность результатов измерений, а также практически снять ограничение на количество секций 4. Специальная конструкция третьего электрода 7, имеющего электрический контакт со средами и корпусом прибора, уменьшила влияние краевого эффекта на погрешность измерения уровней границ раздела. Использование величин емкостей двух секций 4, расположенных ниже границы раздела, и двух секции 4, расположенных выше границе раздела сред, исключает влияние краевого эффекта на погрешность измерений.The utility model relates to measuring technique and is intended to measure the interface levels of several dielectric and conductive media in tanks. The technical result of the utility model is to expand the scope of the device (due to the possibility of its use for measuring the interface levels of several dielectric and conductive media in grounded and isolated from the ground reservoirs) and reducing the measurement error of the interface level. The device is implemented as a three-electrode capacitor connected to unit 1 of the primary signal processing. The first (multi-section) and second (single-section) electrodes 3, 6 are electrically insulated from media whose interface levels are measured, and the third electrode 7 is in electrical contact with the media. This allows measurements of the interfaces between several dielectric and conductive media in grounded and insulated tanks. Placing the switching elements 10 and address decoders 11 in the sensitive element in close proximity to the corresponding sections 4 of the first electrode made it possible to exclude the influence of spurious design parameters on the error and stability of the measurement results, as well as to practically remove the limit on the number of sections 4. The special design of the third electrode 7, which has electrical contact with the media and the housing of the device has reduced the influence of the edge effect on the error in measuring the level of interfaces. The use of capacitance values of two sections 4 located below the interface, and two sections 4 located above the interface, eliminates the influence of the edge effect on the measurement error.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в различных отраслях промышленности - нефтеперерабатывающей, газовой, химической и др.The utility model relates to measuring technique and is intended to measure the interface levels of several dielectric and conductive media in various industries - oil refining, gas, chemical, etc.

Известны устройства измерения уровня [1]-[7], содержащие многосекционные электроды, расположенные вдоль одной оси, коммутаторы секций многосекционных электродов и блок обработки сигналов.Known devices for measuring the level [1] - [7], containing multi-section electrodes located along one axis, switches of sections of multi-section electrodes and a signal processing unit.

Перечисленные устройства имеют общий недостаток - отсутствие возможности проведения измерений уровня проводящих сред, а также уровней нескольких сред, часть из которых проводящие, в металлических резервуарах, соединенных с корпусом прибора (многие из устройств вообще не работают в проводящих средах). Кроме того, известные технические решения имеют:The listed devices have a common drawback - the lack of the ability to measure the level of conductive media, as well as the levels of several media, some of which are conductive, in metal tanks connected to the body of the device (many of the devices do not work in conductive media at all). In addition, well-known technical solutions have:

- значительную погрешность, связанную с паразитной емкостью проводников, проходящих вдоль всего чувствительного элемента и соединяющих секции с остальной частью устройства, при этом паразитная емкость, величина которой может существенно превосходить емкость секции, в ряде устройств - [1], [3]-[5] входит в состав измеряемой и приводит к нестабильности показаний устройств, в том числе и по мере погружения чувствительного элемента в среду, в устройстве - [3] приводит к появлению напряжения возбуждения не только на активной секции (возбуждаемой), но и на остальных, пассивных, секциях, что вызывает помеху на приемном электроде, зависящую от характеристик сред и уровня границы раздела;- a significant error associated with the parasitic capacitance of the conductors passing along the entire sensitive element and connecting the sections to the rest of the device, while the parasitic capacitance, the value of which can significantly exceed the capacitance of the section, in a number of devices - [1], [3] - [5 ] is a part of the measured and leads to instability of the readings of the devices, including as the sensitive element is immersed in the medium, in the device - [3] it leads to the appearance of the excitation voltage not only on the active section (excited), but about and on the other passive sections, which causes interference at the receiving electrode, depending on the characteristics of the media and the level of the interface;

- значительную погрешность в связи с тем, что уровень границы раздела определяется с точностью до продольного размера секции [6];- significant error due to the fact that the level of the interface is determined accurate to the longitudinal size of the section [6];

- ограничение на число секций, связанное с возможностью размещения на чувствительном элементе большого числа проводников, соединяющих секции с удаленными от них коммутирующими элементами [1], [3]-[5], а в ряде случаев и проблемой герметизации выводов этих проводников из резервуара при работе под давлением и во взрывоопасной зоне; ограничение на число секций приводит и к ограничению возможности снижения погрешности за счет сокращения продольного размера секции, приводящего к уменьшению длины чувствительного элемента;- the limit on the number of sections associated with the possibility of placing on the sensitive element a large number of conductors connecting the sections to the switching elements remote from them [1], [3] - [5], and in some cases the problem of sealing the conclusions of these conductors from the tank when work under pressure and in the hazardous area; the restriction on the number of sections also leads to a limitation of the possibility of reducing the error by reducing the longitudinal size of the section, leading to a decrease in the length of the sensitive element;

- существенную погрешность, обусловленную влиянием краевого эффекта, при нахождении границы раздела вблизи зазора между секциями.- a significant error due to the influence of the edge effect when finding the interface near the gap between the sections.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и совокупности существенных признаков (прототипом) является устройство измерения уровня жидкости [8], содержащее блок первичной обработки сигнала, включающий последовательно соединенные усилитель, детектор, микроконтроллер, линию последовательной передачи данных, и чувствительный элемент в виде трехэлектродного конденсатора, один из электродов которого выполнен многосекционным, причем секции, расположенные вдоль оси многосекционного электрода, изолированы друг от друга, но не изолированы от контролируемых сред. Каждая секция соединена проводником, проходящим вдоль всего чувствительного элемента, с одним из выводов порта микроконтроллера, осуществляющего их коммутацию.Closest to the invention in terms of the result achieved and the combination of essential features (prototype) is a liquid level measuring device [8], comprising a primary signal processing unit including a series-connected amplifier, detector, microcontroller, serial data line, and a sensing element in the form of a three-electrode capacitor , one of the electrodes of which is made multi-sectional, and sections located along the axis of the multi-sectional electrode are isolated from each other, but n e isolated from controlled environments. Each section is connected by a conductor running along the entire sensitive element to one of the terminals of the microcontroller port that commits them.

Секции поочередно возбуждаются импульсами постоянного тока микроконтроллера. Импульсы тока, возникающие на втором (приемном) электроде при поочередном возбуждении секций, подаются на трансимпедансный усилитель, преобразующий импульсы тока в импульсы The sections are alternately excited by the DC pulses of the microcontroller. Current pulses occurring at the second (receiving) electrode during alternate excitation of sections are applied to a transimpedance amplifier that converts current pulses into pulses

напряжения. Напряжения, полученные после детектирования импульсов, поступают на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера. По полученным напряжениям принимают решение об изменениях диэлектрической проницаемости среды, находящейся между каждой секцией и вторым электродом и, соответственно, уровне границы раздела сред. Третий электрод заземлен и выполняет роль экрана, уменьшая влияние внешних шумов и помех.voltage. The voltages obtained after detecting the pulses are fed to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller. Based on the received voltages, a decision is made on changes in the dielectric constant of the medium located between each section and the second electrode and, accordingly, the level of the interface. The third electrode is grounded and acts as a shield, reducing the influence of external noise and interference.

Недостатками многосекционного устройства контроля уровня [8] являются:The disadvantages of a multi-section device for level control [8] are:

- невозможность использования его для измерения уровня проводящих сред, т.к. секции, второй и третий электроды не изолированы от контролируемых сред, что при работе с проводящими средами приведет к замыканию входных цепей усилителя на заземленный третий электрод;- the impossibility of using it to measure the level of conductive media, because sections, the second and third electrodes are not isolated from the controlled media, which when working with conductive media will lead to a short circuit of the input circuits of the amplifier to a grounded third electrode;

- большая погрешность, связанная с наличием значительных паразитных емкостей проводников, проходящих вдоль всего чувствительного элемента и соединяющих каждую секцию с одним из выводов порта микроконтроллера, что приводит к появлению напряжения возбуждения не только на активной секции (возбуждаемой), но и на остальных, пассивных, секциях, что вызывает помеху на приемном электроде, зависящую от характеристик сред и уровня границы раздела;- a large error associated with the presence of significant parasitic capacitances of the conductors passing along the entire sensitive element and connecting each section with one of the terminals of the microcontroller port, which leads to the appearance of the excitation voltage not only on the active section (excited), but also on the rest, passive, sections, which causes interference at the receiving electrode, depending on the characteristics of the media and the level of the interface;

- большая погрешность, связанная с воздействием помех и шумов в широкой полосе частот, обусловленной необходимостью обработки коротких импульсов тока с выхода приемного электрода, полученных в результате дифференцирования импульсов возбуждения секций из-за принципиально малого входного сопротивления трансимпедансного усилителя;- a large error associated with the influence of interference and noise in a wide frequency band due to the need to process short current pulses from the output of the receiving electrode obtained as a result of differentiation of the excitation pulses of the sections due to the fundamentally small input impedance of the transimpedance amplifier;

- ограничение на число секций, что связано с возможностью размещения на чувствительном элементе большого числа проводников, - a limit on the number of sections, which is associated with the possibility of placing on the sensitive element a large number of conductors,

соединяющих секции с удаленным от них микроконтроллером, и ограниченным числом портов ввода/вывода микроконтроллера, к которым подключаются секции, все это препятствует уменьшению погрешности за счет сокращения продольного размера секции, приводящего к уменьшению длины чувствительного элемента;connecting sections with a microcontroller remote from them, and a limited number of input / output ports of the microcontroller to which sections are connected, all this prevents the error from being reduced by reducing the longitudinal size of the section, which leads to a decrease in the length of the sensitive element;

- большая погрешность, обусловленная влиянием краевого эффекта при нахождении границы раздела вблизи зазора между соседними секциями, клиновидные начальные и конечные участки сегментов, используемые в [8], не влияют на величину краевого эффекта, из законов электродинамики известно [9], что устранение краевого эффекта за счет конструкции электродов принципиально невозможно, т.к. именно он определяет величину вектора Пойнтинга отличную от нуля и, соответственно, способность емкости заряжаться.- a large error due to the influence of the edge effect when finding the interface near the gap between adjacent sections, the wedge-shaped initial and final sections of the segments used in [8] do not affect the value of the edge effect, it is known from the laws of electrodynamics [9] that the elimination of the edge effect due to the design of the electrodes it is fundamentally impossible, because it is he who determines the value of the Poynting vector other than zero and, accordingly, the capacity capacity to charge.

Технический результат полезной модели заключается в расширении области применения устройства (за счет возможности использования устройства для измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в заземленных и изолированных от земли резервуарах) и уменьшении погрешности измерений уровня границ раздела сред.The technical result of the utility model is to expand the scope of the device (due to the possibility of using the device to measure the interface levels of several dielectric and conductive media in grounded and isolated from the ground reservoirs) and reduce the measurement error of the interface level.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения уровней границ раздела сред, включающем блок первичной обработки сигналов и чувствительный элемент в виде трехэлектродного конденсатора с первым электродом, выполненным многосекционным с секциями, изолированными друг от друга и расположенными вдоль общей оси, вторым электродом, подключенным к входу блока первичной обработки сигналов и выполненным односекционным с осевыми размерами, превышающими размеры первого электрода, и третьим электродом, выполненным односекционным и соединенным с шиной заземления устройства, в чувствительный элемент введены The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the levels of the interface between the media, including the primary signal processing unit and a sensing element in the form of a three-electrode capacitor with a first electrode made multisection with sections isolated from each other and located along a common axis, the second electrode connected to the input of the primary signal processing unit and made single-section with axial dimensions exceeding the dimensions of the first electrode, and a third electrode made single-section ionic and connected to the grounding bus unit, a sensor element introduced

коммутирующие элементы и дешифраторы адреса, коммутирующие элементы и дешифраторы адреса установлены вдоль оси первого электрода чувствительного элемента в соответствии с размещением его секций, первый и второй электроды выполнены с диэлектрическим покрытием, блок первичной обработки сигналов снабжен выходом для высокочастотного гармонического сигнала, причем указанный выход соединен с первым нормально разомкнутым выводом каждого коммутирующего элемента, второй нормально разомкнутый вывод которого соединен с соответствующими секциями, каждая секция соединена с шиной заземления устройства через нормально замкнутые выводы соответствующих коммутирующих элементов, а управляющие входы коммутирующих элементов подключены к выходам дешифраторов адреса.switching elements and address decoders, switching elements and address decoders are installed along the axis of the first electrode of the sensitive element in accordance with the location of its sections, the first and second electrodes are made with a dielectric coating, the primary signal processing unit is equipped with an output for a high-frequency harmonic signal, and this output is connected to the first normally open terminal of each switching element, the second normally open terminal of which is connected to the corresponding by sections, each section is connected to the device grounding bus through normally closed outputs of the corresponding switching elements, and the control inputs of the switching elements are connected to the outputs of the address decoders.

Предпочтительно первый электрод выполнить частично охваченным третьим электродом.Preferably, the first electrode is made partially covered by the third electrode.

Целесообразно блок первичной обработки сигналов выполнить включающим генератор высокой частоты и последовательно соединенные усилитель, детектор, микроконтроллер, линию последовательной передачи данных, причем выход микроконтроллера соединен с управляющим входом генератора высокой частоты, выход которого является выходом высокочастотного гармонического сигнала блока, входом которого является вход усилителя.It is advisable to perform the primary signal processing unit including a high-frequency generator and a series-connected amplifier, detector, microcontroller, serial data line, and the output of the microcontroller is connected to the control input of the high-frequency generator, the output of which is the output of the high-frequency harmonic signal of the unit, the input of which is the amplifier input.

Сущность полезной модели в том, что для получения возможности измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в заземленных и изолированных от земли резервуарах два электрода трехэлектродного конденсатора (в том числе многосекционный), в виде которого выполнен чувствительный элемент устройства, изолированы от контролируемых сред диэлектрической оболочкой, а оставшийся электрод, соединенный с шиной заземления The essence of the utility model is that, in order to be able to measure the interfaces between several dielectric and conducting media in grounded and isolated from the earth tanks, two electrodes of a three-electrode capacitor (including a multi-section one), in the form of which a sensitive element of the device is made, are isolated from controlled media dielectric shell, and the remaining electrode connected to the ground bus

устройства (проводящим корпусом устройства), имеет электрический контакт со средами.device (conductive housing of the device), has electrical contact with the media.

Для снижения составляющей погрешности, связанной с влиянием широкополосных помех и шумов, наводимых на приемный электрод и обрабатываемых далее в широкой полосе частот введен высокочастотный гармонический генератор возбуждения секций, что позволяет обработку сигнала проводить в узкой полосе частот.To reduce the error component associated with the influence of broadband interference and noise induced on the receiving electrode and processed further in a wide frequency band, a high-frequency harmonic section excitation generator is introduced, which allows signal processing in a narrow frequency band.

Снижение составляющей погрешности, обусловленной появлением импульсных помех не только с возбуждаемых (активных) секций, но и с пассивных секций за счет паразитных емкостей между проводниками, соединяющими секции с выводами микроконтроллера и проходящими вдоль всего чувствительного элемента, достигается путем подключения высокочастотного гармонического генератора возбуждения секций через коммутирующие элементы, размещенные в непосредственной близости к соответствующим секциям.The reduction of the error component due to the appearance of pulsed noise not only from the excited (active) sections, but also from the passive sections due to stray capacitances between the conductors connecting the sections to the terminals of the microcontroller and passing along the entire sensitive element, is achieved by connecting a high-frequency harmonic section excitation generator through switching elements located in close proximity to the respective sections.

Снятие жестких ограничений на число секций получено размещением дешифраторов адреса возбуждаемых секций и коммутирующих элементов вблизи соответствующих секций, что дает возможность при n проводниках адресной шины коммутировать 2ⁿ секций.The removal of strict restrictions on the number of sections was obtained by placing address decoders of the excited sections and switching elements near the corresponding sections, which makes it possible to switch 2 ⁿ sections with n conductors of the address bus.

Снижение составляющей погрешности, связанной с влиянием краевого эффекта получено за счет того, что третий электрод выполнен в виде трубы, охватывающей многосекционный электрод, с продольной щелью, ось которой расположена между изолированными вторым и первым (многосекционным) электродами, а т.к. рабочей частью каждой секции многосекционного электрода является ее участок, расположенный в зазоре третьего электрода на минимальном расстоянии от второго, то краевой эффект значительно ниже, чем при использовании всей, в том The reduction of the error component associated with the influence of the edge effect was obtained due to the fact that the third electrode is made in the form of a pipe covering a multisection electrode with a longitudinal slit, the axis of which is located between the insulated second and first (multisection) electrodes, since the working part of each section of the multisection electrode is its portion located in the gap of the third electrode at a minimum distance from the second, then the edge effect is much lower than when using the whole,

числе и значительно удаленной от второго электрода поверхности многосекционного электрода.the number and the surface of the multisection electrode significantly removed from the second electrode.

Кроме того, полезная модель обеспечивает снижение погрешности, связанной с краевым эффектом, достигается тем, что измерение выполняют путем сравнения сигналов на выходе приемного электрода при возбуждении пяти секций, одна из которых расположена на уровне границы раздела сред и по две секции в каждой из сред вблизи этой границы раздела.In addition, the utility model provides a reduction in the error associated with the edge effect, achieved by the fact that the measurement is performed by comparing the signals at the output of the receiving electrode with excitation of five sections, one of which is located at the interface level of the media and two sections in each of the media near this section boundary.

Полезная модель соответствует критерию «новизна», так как при проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному.The utility model meets the criterion of "novelty", since when conducting patent research no solutions are found that are identical to the declared one.

Сущность полезной модели поясняется схемами, чертежами, графиками.The essence of the utility model is illustrated by diagrams, drawings, graphs.

На фиг.1 изображена упрощенная функциональная схема устройства.Figure 1 shows a simplified functional diagram of the device.

На фиг.2 изображен увеличенный фрагмент I на фиг.1.Figure 2 shows an enlarged fragment of I in figure 1.

На фиг.3 изображена конструкция устройства в собранном виде.Figure 3 shows the design of the device in assembled form.

На фиг.4 показан разрез А-А на фиг.3.Figure 4 shows a section aa in figure 3.

На фиг.5 приведена иллюстрация, показывающая расположение чувствительного элемента в резервуаре, заполненном несколькими средами, и поясняющая получение выражений для определения уровней границ раздела сред.Figure 5 is an illustration showing the location of the sensor in a tank filled with several media, and explaining the receipt of expressions for determining the level of interfaces.

На фиг.6 показан график изменения емкостей секций первого электрода при погружении чувствительного элемента в диэлектрическую среду.Figure 6 shows a graph of the change in capacitance of sections of the first electrode when immersing the sensing element in a dielectric medium.

На фиг.7 изображена зависимость абсолютной погрешности измерений от уровня заполнения резервуара диэлектрической жидкостью (снижение погрешности измерений при использовании предложенного Figure 7 shows the dependence of the absolute measurement error on the level of filling the reservoir with dielectric fluid (reduction of measurement error when using the proposed

способа борьбы с краевым эффектом при погружении чувствительного элемента в диэлектрическую среду).a way to combat the edge effect when immersing a sensitive element in a dielectric medium).

На фиг.8 показана зависимость абсолютной погрешности измерений от уровня заполнения резервуара проводящей жидкостью (снижение погрешности измерений при использовании предложенного способа борьбы с краевым эффектом при погружении чувствительного элемента в проводящую среду).On Fig shows the dependence of the absolute measurement error on the level of filling the tank with a conductive fluid (reducing the measurement error when using the proposed method of combating the edge effect when immersing the sensing element in a conductive medium).

Устройство для измерения уровней границ раздела сред (фиг.1) в резервуаре содержит блок 1 первичной обработки сигналов и чувствительный элемент 2 в виде трехэлектродного конденсатора с первым электродом 3, выполненным многосекционным с секциями 4 (фиг.2), изолированными друг от друга и установленными вдоль общей оси 5, вторым электродом 6 (фиг.1), подключенным к входу блока 1 первичной обработки сигналов и выполненным односекционным с осевыми размерами, превышающими размеры первого электрода 3, и третьим электродом 7, выполненным односекционным и соединенным с шиной 8 заземления устройства (проводящим корпусом устройства). Первый и второй электроды 3, 6 выполнены с диэлектрическими покрытиями 9, 10 соответственно. Чувствительный элемент 2 включает коммутирующие элементы 11, количество которых соответствует числу секций 4 первого электрода, и дешифраторы 12 адреса. Количество дешифраторов 12 адреса определяется используемой элементной базой электронных компонентов. Например, на фиг.2 показан вариант исполнения чувствительного элемента 2, в котором один дешифратор 12 адреса управляет двумя коммутирующими элементами 11. Коммутирующие элементы 11 и дешифраторы 12 адреса распределены вдоль общей оси 5 первого электрода 3 в соответствии с размещением его секций 4.A device for measuring the levels of media interfaces (Fig. 1) in the tank contains a primary signal processing unit 1 and a sensing element 2 in the form of a three-electrode capacitor with a first electrode 3, made multi-section with sections 4 (Fig. 2), isolated from each other and installed along the common axis 5, the second electrode 6 (figure 1) connected to the input of the primary signal processing unit 1 and made single-section with axial dimensions exceeding the dimensions of the first electrode 3, and the third electrode 7, made single-section and connected to the bus 8 of the grounding device (conductive housing of the device). The first and second electrodes 3, 6 are made with dielectric coatings 9, 10, respectively. The sensitive element 2 includes switching elements 11, the number of which corresponds to the number of sections 4 of the first electrode, and address decoders 12. The number of address decoders 12 is determined by the used electronic components base. For example, FIG. 2 shows an embodiment of the sensitive element 2, in which one address decoder 12 controls two switching elements 11. The switching elements 11 and address decoders 12 are distributed along the common axis 5 of the first electrode 3 in accordance with the arrangement of its sections 4.

В блок 1 первичной обработки сигналов введен выход 13 высокочастотного гармонического сигнала, причем указанный выход 13 соединен с секциями 4 первого электрода 3 через нормально разомкнутые управляемые выводы коммутирующих элементов 11. Секции 4 первого электрода 3 соединены с шиной 8 заземления устройства (проводящим корпусом устройства) через нормально замкнутые выводы коммутирующих элементов 11. Управляющие выводы указанных коммутирующих элементов 11 подключены к дешифраторам 12 адреса.An output 13 of a high-frequency harmonic signal is introduced into the unit 1 of the primary signal processing, and the specified output 13 is connected to the sections 4 of the first electrode 3 through the normally open controlled terminals of the switching elements 11. The sections 4 of the first electrode 3 are connected to the device grounding bus 8 (the device’s conductive housing) through normally closed conclusions of the switching elements 11. The control terminals of these switching elements 11 are connected to the address decoders 12.

Блок 1 первичной обработки сигналов (фиг.1) включает генератор 14 высокой частоты и последовательно соединенные усилитель 15, детектор 16, микроконтроллер 17, линию 18 последовательной передачи данных, причем управляющий вход генератора 14 высокой частоты, определяющий амплитуду его выходного напряжения, подключен к выходу микроконтроллера 17, а выход его является выходом 13 высокочастотного гармонического сигнала блока, соединенного со входом чувствительного элемента 2. Микроконтроллер включает аналого-цифровой преобразователь 19.Block 1 of the primary signal processing (Fig. 1) includes a high-frequency generator 14 and a series-connected amplifier 15, a detector 16, a microcontroller 17, a serial data transmission line 18, the control input of a high-frequency generator 14 determining the amplitude of its output voltage connected to the output microcontroller 17, and its output is the output 13 of the high-frequency harmonic signal of the unit connected to the input of the sensing element 2. The microcontroller includes an analog-to-digital converter 19.

Коммутирующие элементы 11, управляемые расположенными вблизи дешифраторами 12 адреса возбуждаемой секции 4, размещены на печатной плате 20 (фиг.2) вблизи соответствующих секций 4.The switching elements 11, controlled by the address decoders 12 of the excited section 4 located near the decoders 12, are located on the printed circuit board 20 (FIG. 2) near the corresponding sections 4.

На фиг.3 приведен вариант конструкции устройства, включающего чувствительный элемент 2 с блоком 1 первичной обработки, в котором размещены усилитель 15, детектор 16, микроконтроллер 17, генератор 14, а также блок питания устройства (на фиг. не показан). На чертеже представлена реализация чувствительного элемента 2 в виде труб, которая обеспечивает работу в резервуарах с высоким давлением сред. К резервуару устройство крепится с помощью фланца 21.Figure 3 shows a design variant of the device, including the sensing element 2 with the primary processing unit 1, in which an amplifier 15, a detector 16, a microcontroller 17, a generator 14, as well as a device power supply unit (not shown) are placed. The drawing shows the implementation of the sensing element 2 in the form of pipes, which ensures operation in tanks with high pressure media. The device is attached to the tank using a flange 21.

На поперечном сечении чувствительного элемента 2 показаны (фиг.4) секции 4 в виде усеченных цилиндров и электронные компоненты On the cross section of the sensing element 2 shows (figure 4) section 4 in the form of truncated cylinders and electronic components

(коммутирующие элементы 11, дешифраторы 12 адреса). Секции 4 и электронные компоненты размещены на печатной плате 20, проходящей вдоль чувствительного элемента 2, внутри диэлектрического покрытия 9 (в виде трубы), внутреннее пространство которого изолировано от сред, окружающих чувствительный элемент 2.(switching elements 11, address decoders 12). Sections 4 and electronic components are placed on a printed circuit board 20, passing along the sensing element 2, inside the dielectric coating 9 (in the form of a pipe), the inner space of which is isolated from the media surrounding the sensitive element 2.

Второй (приемный) электрод 6 представляет собой металлическую трубу, изолированную от сред так же, как и первый (многосекционный) электрод 6.The second (receiving) electrode 6 is a metal pipe isolated from the media in the same way as the first (multi-section) electrode 6.

Третий электрод 7, соединенный с проводящим корпусом устройства, изготовлен из металлической трубы с сегментом, удаленным со стороны расположения второго (приемного) электрода 6.The third electrode 7, connected to the conductive body of the device, is made of a metal pipe with a segment removed from the location of the second (receiving) electrode 6.

Блок 1 первичной обработки соединяется со вторым электродом 6 и с печатной платой 20 первого электрода 3 проводниками, проходящими через герметизирующее уплотнение.The primary processing unit 1 is connected to the second electrode 6 and to the printed circuit board 20 of the first electrode 3 by conductors passing through the sealing seal.

Возможен вариант выполнения секции 4 в виде электрода плоского конденсатора, формируемого на печатной плате, с обратной стороны которой располагаются электронные компоненты (дешифраторы 12 адреса, коммутирующие элементы 11). При этом меняется и профиль диэлектрических труб. Наиболее технологичный вариант может быть реализован путем размещения второго электрода 6 вместе с секциями 4 первого электрода 3 на одной стороне печатной платы внутри единой изолирующей оболочки. При этом электронные компоненты располагаются на второй стороне печатной платы.An embodiment of section 4 is possible in the form of a flat capacitor electrode formed on a printed circuit board, on the reverse side of which electronic components are located (address decoders 12, switching elements 11). In this case, the profile of dielectric pipes also changes. The most technological option can be implemented by placing the second electrode 6 together with sections 4 of the first electrode 3 on one side of the printed circuit board inside a single insulating shell. In this case, electronic components are located on the second side of the printed circuit board.

Устройство измерения уровней в резервуаре 22, например, со средами 23, 24, 25 (фиг.5) работает следующим образом.The device for measuring levels in the tank 22, for example, with environments 23, 24, 25 (figure 5) works as follows.

После включения устройства коммутирующие элементы 11, расположенные на первом (многосекционном) электроде 3 и управляемые микроконтроллером 17 через дешифраторы 12 адреса, поочередно подключают секции 4 к выходу генератора 14 высокой After the device is turned on, the switching elements 11 located on the first (multi-section) electrode 3 and controlled by the microcontroller 17 through address decoders 12 alternately connect sections 4 to the output of the generator 14 high

частоты и при этом размыкают соединение возбуждаемых секции 4 с шиной 8 заземления устройства через нормально замкнутые выводы коммутирующих элементов 11.frequency and at the same time open the connection of the excited section 4 with the bus 8 of the grounding device through the normally closed conclusions of the switching elements 11.

В ходе заполнения резервуара 22 средой, модуль полного сопротивления которой на частоте возбуждения отличается от модуля полного сопротивления среды 25, присутствовавшей в резервуаре 22 до начала заполнения, меняется ток с выхода чувствительного элемента 2 при коммутации секции 4, погружающейся в заполняющую резервуар 22 среду (23 или 24). При появлении диэлектрической среды ток между возбуждаемой секцией 4 и изолированным вторым электродом 6, выполняющим функцию приемного электрода, будет определяться величиной диэлектрической проницаемости среды и уровнем погружения в нее возбуждаемой секции 4. С ростом величины диэлектрической проницаемости ток с выхода чувствительного элемента 2 будет увеличиваться. В случае появления проводящей среды часть тока, пропорционального проводимости среды и уровню погружения в нее возбуждаемой секции 4, будет ответвляться на третий электрод 7 и исключаться из результирующего тока, достигающего второго (приемного) электрода 6, что будет приводить к уменьшению тока с выхода чувствительного элемента 2.When filling the reservoir 22 with a medium whose impedance module at the excitation frequency differs from the medium impedance module 25 that was present in the reservoir 22 before filling, the current from the output of the sensing element 2 changes when switching section 4 immersed in the filling reservoir 22 medium (23 or 24). When a dielectric medium appears, the current between the excited section 4 and the insulated second electrode 6, which serves as the receiving electrode, will be determined by the dielectric constant of the medium and the level of immersion of the excited section 4. The current from the output of the sensing element 2 will increase with an increase in the dielectric constant. In the case of the appearance of a conductive medium, a part of the current proportional to the conductivity of the medium and the level of immersion of the excited section 4 will branch to the third electrode 7 and be excluded from the resulting current reaching the second (receiving) electrode 6, which will lead to a decrease in the current from the output of the sensitive element 2.

Выходной ток чувствительного элемента 2, величина которого определяется электрическими характеристиками сред и глубиной погружения в них секций 4, подается (фиг.1) на вход усилителя 15, представляющего собой малошумящий трансимпедансный усилитель (например, операционный усилитель AD8005). Усилитель 15 преобразует входной ток в выходное напряжение. Элементами на входе, выходе и в цепи обратной связи усилителя 15 формируется частотная характеристика, имеющая максимум коэффициента передачи на частоте возбуждения секции 4. В предлагаемом устройстве секции 4 возбуждаются The output current of the sensing element 2, the value of which is determined by the electrical characteristics of the media and the immersion depth of the sections 4 in them, is supplied (Fig. 1) to the input of an amplifier 15, which is a low-noise transimpedance amplifier (for example, an operational amplifier AD8005). The amplifier 15 converts the input current to the output voltage. The elements at the input, output and in the feedback circuit of the amplifier 15 forms a frequency response having a maximum transmission coefficient at the excitation frequency of section 4. In the proposed device, sections 4 are excited

гармоническим сигналом, что дает возможность использовать узкополосный канал обработки сигналов с выхода чувствительного элемента 2, что уменьшает влияние шумов и помех на погрешность измерений.harmonic signal, which makes it possible to use a narrow-band signal processing channel from the output of the sensing element 2, which reduces the effect of noise and interference on the measurement error.

После детектирования и фильтрации сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя 19 микроконтроллера 17.After detection and filtering, the signal is fed to the input of the analog-to-digital converter 19 of the microcontroller 17.

Амплитудой генератора 14 высокой частоты управляет микроконтроллер 17, выбирая се такой, чтобы независимо от величины диэлектрической проницаемости сред (а значит и тока с выхода чувствительного элемента 2) максимально использовать динамический диапазон аналогово-цифрового преобразователя 19, уменьшая влияние его шумов квантования на погрешность измерений.The amplitude of the high-frequency generator 14 is controlled by the microcontroller 17, choosing it so that, regardless of the dielectric constant of the media (and hence the current from the output of the sensing element 2), the dynamic range of the analog-to-digital converter 19 is maximized, reducing the effect of its quantization noise on the measurement error.

Микроконтроллер 17 производит оценку ситуации, т.е. определяет наличие, число сред с различными электрическими характеристиками, положение границ раздела с точностью до секции, после чего вычисляет уровни границ раздела для каждой из сред Hi, а также отображает и готовит для передачи по запросу значения вычисленных уровней Hi информацию о точности вычисления для каждого значения уровня KDi и величинах En, связанных с диэлектрическими проницаемостями сред. Величины En в ходе работы периодически определяются устройством или (при первом включении устройства) вводятся обслуживающим персоналом.The microcontroller 17 evaluates the situation, i.e. determines the presence, the number of media with different electrical characteristics, the position of the interface up to the section, then calculates the interface levels for each of the Hi media, and also displays and prepares, on request, the values of the calculated levels of Hi information on the accuracy of the calculation for each value level KDi and values of En associated with the dielectric constant of the media. The values of En during operation are periodically determined by the device or (when the device is turned on for the first time) entered by maintenance personnel.

Для измерения уровней границ раздела сред погружают в измеряемые среды, например среды 23, 24 и 25 на фиг.5 (показан продольный разрез чувствительного элемента 2, погруженного в среды 23, 24 и 25 с величинами диэлектрических проницаемостей ε1, ε2, ε3 соответственно) чувствительный элемент 2, выполненный многосекционным с секциями 4, изолированными друг от друга и расположенными вдоль общей оси 5. Затем осуществляют поочередную To measure the interfaces, they are immersed in the measured media, for example, media 23, 24 and 25 in FIG. 5 (a longitudinal section of a sensitive element 2 is shown immersed in media 23, 24 and 25 with permittivities ε1, ε2, ε3, respectively) sensitive element 2, made multi-section with sections 4, isolated from each other and located along a common axis 5. Then carry out alternate

коммутацию секций 4, возбуждение электромагнитного поля в средах, уровни границ раздела которых подлежат измерению, измерение и запоминание величин сигналов, полученных при коммутации секций 4, определение номеров секций 4, расположенных на одном уровне с обнаруженными границами раздела (между средами 23 и 24, 24 и 25) и вычисление уровня любой из границ раздела путем сравнения сигналов, полученных при коммутации секции 4, расположенной на границе раздела, и по меньшей мере двух секций, полностью погруженных в каждую из сред 23, 24, 25. Чувствительный элемент 2 может быть реализован в виде трехэлектродного конденсатора с первым электродом 3, выполненным многосекционным с секциями 4, изолированными друг от друга и расположенными вдоль общей оси 5, вторым электродом 6, подключенным к входу блока 1 первичной обработки сигналов и выполненным односекционным с осевыми размерами, превышающими размеры первого электрода 3, и третьим электродом 7, выполненным односекционным и соединенным с шиной 8 заземления устройства (проводящим корпусом устройства).switching sections 4, excitation of the electromagnetic field in media whose interface levels are to be measured, measuring and storing the values of signals received during switching sections 4, determining the numbers of sections 4 located at the same level as the detected interfaces (between media 23 and 24, 24 and 25) and calculating the level of any of the interfaces by comparing the signals obtained by switching the section 4 located at the interface and at least two sections completely immersed in each of the media 23, 24, 25. Sensitive the second element 2 can be implemented as a three-electrode capacitor with a first electrode 3, made multi-section with sections 4, isolated from each other and located along a common axis 5, a second electrode 6 connected to the input of the primary signal processing unit 1 and made single-section with axial dimensions exceeding the dimensions of the first electrode 3, and the third electrode 7, made single-section and connected to the bus 8 of the device ground (conductive housing of the device).

С целью повышения точности работы устройства способ получения значений уровней определяется оценкой ситуации.In order to improve the accuracy of the device, the method of obtaining the level values is determined by the assessment of the situation.

В частности, если слой среды занимает интервал менее высоты одной секции 4, то уровень границ раздела определяется по оценкам величин диэлектрических проницаемостей сред - En. Толщина слоя сред 23 и 24 (фиг.5), в которые погружен чувствительный элемент 2, составляет менее высоты секции 4 для каждой из сред. Глубина погружения первой секции 4 в среду 23 с ε1 определяется выражением:In particular, if the medium layer occupies an interval less than the height of one section 4, then the level of the interface is determined by the estimates of the dielectric constant of the media - En. The thickness of the layer of media 23 and 24 (figure 5), in which the sensitive element 2 is immersed, is less than the height of the section 4 for each of the media. The immersion depth of the first section 4 on Wednesday 23 with ε1 is determined by the expression:

второй секции 4 в среду 24 с ε₂ second section 4 on Wednesday 24 with ε ₂

где C₁, С₂, С_N - емкости соответственно первой, второй и N-ой (верхней)секций 4.where C ₁ , C ₂ , C _N - capacity, respectively, of the first, second and Nth (upper) sections 4.

Выражения (1) и (2) являются решениями системы уравнений составленных для емкостей первой, второй и N-ой секций без учета влияния краевого эффекта. В выражения (1) и (2) не входят конструктивные параметры чувствительного элемента 2, т.е. они справедливы для различных его конструкций. Величины ε1, ε2, ε3 либо вводятся на основе априорных данных, либо вместо них используются их оценки - E₁, Е₂, Е₃. В первом приближении, в качестве оценок отношения ε1, ε2, ε3, входящих в (1) и (2), может быть использовано отношение измеренных емкостей - C₁, С₂, C_N.Expressions (1) and (2) are solutions of the system of equations compiled for capacities of the first, second, and Nth sections without taking into account the influence of the edge effect. Expressions (1) and (2) do not include design parameters of the sensitive element 2, i.e. They are valid for its various designs. The values ε1, ε2, ε3 are either introduced on the basis of a priori data, or their estimates are used instead - E ₁ , E ₂ , E ₃ . In a first approximation, as estimates of the ratios ε1, ε2, ε3 included in (1) and (2), the ratio of the measured capacities — C ₁ , C ₂ , C _N , can be used.

Если толщина слоя сред, уровень границы раздела между которыми измеряется, более высоты одной секции 4, но менее высоты двух секций 4, то, записав систему уравнений для емкости секции 4, расположенной на границе раздела сред - С_h, емкости соседней с ней, но расположенной под границей раздела в среде с ε1 - С_h-1 и соседней секции 4 над границей раздела в среде с ε2 - C_h+1, несложно получить выражение для глубины погружения секции 4, находящейся на границе раздела, в среду с ε1:If the thickness of the layer of media, the level of the interface between which is measured, is more than the height of one section 4, but less than the height of two sections 4, then, writing down the system of equations for the capacity of section 4 located at the interface - С _h , the capacity adjacent to it, but located under the interface in a medium with ε1 - C _h-1 and the neighboring section 4 above the interface in a medium with ε2 - C _{h + 1} , it is easy to obtain an expression for the immersion depth of section 4 located at the interface in a medium with ε1:

Выражение (3) используется для определения уровня в устройстве [8].Expression (3) is used to determine the level in the device [8].

Значение глубины погружения секции 4, вычисленное в соответствии с выражением (3), инвариантно к диэлектрической проницаемости сред.The immersion depth of section 4, calculated in accordance with expression (3), is invariant to the dielectric constant of the media.

Для случаев, когда толщина слоя каждой из сред, уровень границы между которыми подлежит измерению, занимает более высоты двух секций 4, предлагается способ измерения уровня раздела, исключающий влияние краевого эффекта и учитывающий технологический разброс электрических характеристик секций 4, возникающий в ходе изготовления чувствительного элемента 2.For cases when the layer thickness of each of the media, the level of the boundary between which is to be measured, occupies more than the height of two sections 4, a method is proposed for measuring the level of the section, eliminating the influence of the edge effect and taking into account the technological spread of the electrical characteristics of sections 4 that occurs during the manufacture of the sensitive element 2 .

На фиг.6 приведены экспериментально полученные кривые изменения емкостей нескольких секций 4 предложенного устройства при заполнении резервуара 22 диэлектрической жидкостью с ε1=2 (до заполнения жидкостью в резервуаре 22 находилась среда с ε2=1). Так как заполнение резервуара 22 производилось диэлектрической средой, то емкости секций 4 увеличиваются по мере их погружения в эту среду. Поведение кривых вблизи точек К1 и К2 показывает наличие краевого эффекта при переходе границы раздела с одной секции 4 на другую. Видно, что емкость секции 4 начинает увеличиваться раньше, чем среда с ε1 достигает ее нижнего конца. При этом емкость расположенной ниже секции 4 продолжает изменяться и после ее полного погружения в среду с ε1.Figure 6 shows the experimentally obtained curves of changes in capacities of several sections 4 of the proposed device when filling the reservoir 22 with dielectric fluid with ε1 = 2 (before filling with fluid in the reservoir 22 there was a medium with ε2 = 1). Since the filling of the reservoir 22 was carried out by a dielectric medium, the capacities of the sections 4 increase as they immerse into this medium. The behavior of the curves near the points K1 and K2 shows the presence of a boundary effect when the interface is transferred from one section 4 to another. It can be seen that the capacity of section 4 begins to increase earlier than the medium with ε1 reaches its lower end. Moreover, the capacity of the section below 4 continues to change even after it is completely immersed in the medium with ε1.

Кроме того, зависимости на фиг.6 показывают наличие технологического разброса изготовления секций 4, т.к. максимальные значения емкостей различных секций 4 отличаются (минимальные значения емкостей равны в связи с их нормировкой в отсутствии среды с ε1).In addition, the dependences in Fig.6 show the presence of technological variation in the manufacture of sections 4, because the maximum capacitance values of the different sections 4 differ (the minimum capacitance values are equal due to their normalization in the absence of a medium with ε1).

Для устранения влияния краевого эффекта на погрешность измерений предлагается сравнивать результаты измерения емкостей пяти секций 4: емкости секции, расположенной на границе раздела (С_h), To eliminate the effect of the edge effect on the measurement error, it is proposed to compare the results of measuring the capacities of five sections 4: the capacitance of the section located at the interface (C _h ),

емкостей двух соседних секций 4, расположенных выше (C_h+1, C_h+2), и двух соседних Секций 4, расположенных ниже (С_h-1, С_h-2) секции 4, находящейся на уровне границы раздела сред. На фиг.6 приведены зависимости величин:capacities of two adjacent sections 4 located above (C _{h + 1} , C _{h + 2} ), and two neighboring Sections 4 located below (C _h-1 , C _h-2 ) of section 4 located at the level of the interface. Figure 6 shows the dependence of the quantities:

от уровня заполнения средой резервуара 22. Кроме указанных зависимостей на фиг.6 показаны точки А и В - точки пересечения зависимостей С_V,h и C_d,h для (h)-ой секции на границе раздела с зависимостями емкостей для (h-1)-ой и (h+1)-ой секций. Аналогичная пара точек С и D показана при нахождении (h+1)-ой секции 4 на границе раздела. Материал, представленный на фиг.6, показывает, что если вместо емкости С_h в выражении (3) использовать значения емкости Cs, лежащей на прямой, соединяющей точки А и В, а переход к вычислению уровня на следующей секции 4 (в точку С) осуществлять при достижении емкости Cs значения равного в точке А, то скачки показаний уровня будут исключены, причем независимо от технологического разброса изготовления секций 4.on the level of filling the medium with the reservoir 22. In addition to the indicated dependences, Fig. 6 shows points A and B, the intersection points of the dependences C _{V, h} and C _{d, h} for the (h) -th section at the interface with the dependences of the capacities for (h ) th and (h + 1) th sections. A similar pair of points C and D is shown when the (h + 1) th section 4 is located at the interface. The material shown in Fig. 6 shows that if instead of the capacitance C _h in expression (3), we use the capacitance Cs lying on a straight line connecting points A and B, and the transition to calculating the level in the next section 4 (to point C) when the capacitance Cs reaches values equal to at point A, then jumps in the level readings will be excluded, moreover, regardless of the technological variation in the manufacture of sections 4.

Записав уравнение прямой, проходящей через точки А и В, и используя соотношения (3)-(5), можно получить выражение для глубиныHaving written the equation of a line passing through points A and B, and using relations (3) - (5), we can obtain an expression for the depth

погружения (h)-ой секции 4 в среду, заполняющую резервуар:immersion of the (h) th section 4 in the medium filling the tank:

Значение для Н, вычисленное в соответствии с выражением (6), как и в соответствии с (3), инвариантно к диэлектрической проницаемости сред.The value for H calculated in accordance with expression (6), as in accordance with (3), is invariant to the dielectric constant of the media.

В зависимости от того, какое из выражений - (1)-(3) или (6) используется для вычисления величины Hi, формируется признак точности - KDi.Depending on which of the expressions - (1) - (3) or (6) is used to calculate the value of Hi, a sign of accuracy is formed - KDi.

На фиг.7 приведены экспериментально полученные зависимости абсолютных погрешностей измерения уровня предложенным устройством от уровня заполнения резервуара 22 диэлектрической средой с ε1=2 (ε2=1). Показания уровня были получены при использовании результатов измерения емкостей трех секций 4, на основе выражения (3) и пяти, в соответствии с выражением (6). Приведенные зависимости показывают, что использование предложенного способа уменьшения погрешности путем устранения влияния на нее краевого эффекта полностью исключило скачки показаний при прохождении уровня границы раздела вблизи зазора между соседними секциями 4.Figure 7 shows the experimentally obtained dependence of the absolute errors of level measurement by the proposed device on the filling level of the reservoir 22 with a dielectric medium with ε1 = 2 (ε2 = 1). Level readings were obtained using the results of measuring the capacities of three sections 4, based on expression (3) and five, in accordance with expression (6). The above dependences show that the use of the proposed method of reducing the error by eliminating the influence of the edge effect on it completely eliminated jumps in the readings when passing the interface level near the gap between adjacent sections 4.

Наличие на первом и втором электродах 3, 6 диэлектрических (изолирующих) покрытий 9, 10 и присутствие третьего электрода 7, соединенного с шиной 8 заземления устройства (проводящим корпусом устройства), при заполнении резервуара 22 проводящей средой приводит не к росту емкостей секций 4 и соответственно напряжений на входе микроконтроллера 17 устройства, а к их уменьшению, за счет экранирующего влияния среды. При этом вычисления уровня границ раздела сред проводятся по тем же выражениям (1)-(3), (6), что и в случае диэлектрических сред. Для иллюстрации, на фиг.8 показаны зависимости аналогичные приведенным на фиг.7, но при заполнении резервуара 22 проводящей средой (артезианская вода).The presence of dielectric (insulating) coatings 9, 10 on the first and second electrodes 3, 6 and the presence of a third electrode 7 connected to the device grounding bus 8 (the device’s conductive housing) when filling the reservoir 22 with the conductive medium does not lead to an increase in the capacities of sections 4 and, respectively voltages at the input of the microcontroller 17 of the device, and to reduce them, due to the shielding effect of the environment. In this case, the calculations of the level of the interfaces are carried out using the same expressions (1) - (3), (6) as in the case of dielectric media. To illustrate, Fig. 8 shows relationships similar to those shown in Fig. 7, but when filling the reservoir 22 with a conductive medium (artesian water).

Из результатов, представленных на фиг.7 и фиг.8, следует, что использование предложенного способа измерения уровня границы раздела с устранением краевого эффекта на основе выражения (6) по сравнению со способом на основе выражения (3) позволяет уменьшить значение среднеквадратического отклонения абсолютной погрешности в 1,36 раза From the results presented in Fig. 7 and Fig. 8, it follows that the use of the proposed method for measuring the interface level with the elimination of the edge effect based on expression (6) in comparison with the method based on expression (3) can reduce the value of the standard deviation of the absolute error 1.36 times

для диэлектрической жидкости и в 2,67 раза для проводящей жидкости. Скачки показаний уровня при прохождении границей раздела сред зазора между секциями 4, которые при использовании выражения (3) доходили до 17 мм для диэлектрической и до 12 мм для проводящей жидкостей, устранены полностью. Предложенное устройство и способ могут быть использованы и для измерения уровней сыпучих сред. Реализуемость полезной модели подтверждена изготовлением опытного образца и актами его опытной эксплуатации на заправочных станциях.for dielectric fluid and 2.67 times for conductive fluid. The jumps in the level readings during the passage of the interface between the sections 4, which, when using expression (3), reached 17 mm for dielectric and 12 mm for conductive liquids, have been completely eliminated. The proposed device and method can be used to measure levels of granular media. The feasibility of the utility model is confirmed by the manufacture of a prototype and the acts of its trial operation at gas stations.

Источники информации:Information sources:

1. Патент US 6073488 «Capacitive liquid level sensor with integrated pollutant film detection», МПК G 01 F 23/26, публ. 2000 г.1. Patent US 6073488 "Capacitive liquid level sensor with integrated pollutant film detection", IPC G 01 F 23/26, publ. 2000 year

2. Патент US 3935739 «Liquid level gauging apparatus», МПК G 01 F 23/26, публ. 1976 г.2. Patent US 3935739 "Liquid level gauging apparatus", IPC G 01 F 23/26, publ. 1976

3. Патент DE 19644777 «Filling level indicator sensors for automobile fuel tank», МПК G 01 F 23/26, публ. 1998 г.3. Patent DE 19644777 "Filling level indicator sensors for automobile fuel tank", IPC G 01 F 23/26, publ. 1998 year

4. Патент US 4589077 «Liquid level and volume measuring method and apparatus», МПК G 01 F 23/26, публ. 1986 г.4. Patent US 4589077 "Liquid level and volume measuring method and apparatus", IPC G 01 F 23/26, publ. 1986 year

5. Патент US 4350040 «Capacitance-level/density monitor for fluidized-bed combustor», МПК G 01 F 23/26, публ. 1982 г.5. Patent US 4350040 "Capacitance-level / density monitor for fluidized-bed combustor", IPC G 01 F 23/26, publ. 1982 g.

6. Патент US 4780705 «Overfill sensing system», МПК G 01 F 23/26, публ. 1988 г.6. US patent 4780705 "Overfill sensing system", IPC G 01 F 23/26, publ. 1988 year

7. Патент US 5142909 «Material level indicator», МПК G 01 F 23/26, публ. 1992 г.7. Patent US 5142909 "Material level indicator", IPC G 01 F 23/26, publ. 1992

8. Патент US 5613399 «Method for liquid level detection», МПК G 01 F 23/26, публ. 1997 г. (прототип)8. Patent US 5613399 "Method for liquid level detection", IPC G 01 F 23/26, publ. 1997 (prototype)

9. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968, с.250.9. Govorkov V.A. Electric and magnetic fields. M .: Energy, 1968, p. 250.

Claims

1. A device for measuring levels of media interfaces, including a primary signal processing unit and a sensing element in the form of a three-electrode capacitor with a first electrode made multisection with sections isolated from each other and located along a common axis, a second electrode connected to the input of the primary processing unit signals and made single-section with axial dimensions exceeding the dimensions of the first electrode, and a third electrode made single-section and connected to the ground bus The device is characterized in that the switching elements and address decoders are introduced into the sensitive element, the switching elements and address decoders are installed along the axis of the first electrode of the sensitive element in accordance with the location of its sections, the first and second electrodes are made with a dielectric coating, the signal processing unit is equipped with an output for a high-frequency harmonic signal, and the specified output is connected to the first normally open output of each switching element, the second norm the open terminal of which is connected to the corresponding sections, each section is connected to the device ground bus through the normally closed outputs of the corresponding switching elements, and the control inputs of the switching elements are connected to the outputs of the address decoders.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first electrode is partially covered by a third electrode.

3. The device according to claim 1, characterized in that the primary signal processing unit includes a high-frequency generator and serially connected amplifier, detector, microcontroller, serial data line, and the output of the microcontroller is connected to the control input of the high-frequency generator, the output of which is the high-frequency output harmonic signal of the unit, the input of which is the input of the amplifier.