SU1237913A2 - Уровнемер дл электропроводных жидкостей (его варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано дл  контрол  уровн  электро19 проводных химических продуктов и плавов . Цель изобретени  - линеаризаци  зависимости выходного сигнала от уровн  жидкости и повышение чувствительности уровнемера. При каком- то определенном уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки индуктивности 15 и переменного резистора 16 балансируетс . При изменении уровн  жидкости 6 измен етс  длина короткозамкнутого (КЗ) витка, образованного измерительными электродами 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6, что,приводит к изменению вносимых из КЗ витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного сопроа S (Л ./f ИМ1 Ю Од СО оо ,fM.Z

Description

тивлений. При этом измен етс  индуктивное сопротивление обмотки 1 датчика , так как при изменении уровн  жидкости 6 измен етс  сопротивление цепи, состо щей из источника тока 11, обмотки 9, электрода. 8, жидкостного промежутка между электродом 8 и измерительным электродом 3, электрода 3 и переменного резистора 18, и соответственно ток, проход щий по этой цепи, и степень подмагничива- ни  магнитопровода (М) 2, При повышении уровн  жидкости 6 уменьшаетс 

Изобретение относитс  к приборостроению , может быть использовано дл  контрол  уровн  электропроводных химических продуктов и плавов и  вл етс  Дополнительным к основному по авт. св. № 418739.

Целью изобретени   вл етс  линеаризаци  зависимости выходного сигнала от уровн  жидкости и повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 схематически представлен уровнемер, общий вид; на фиг.2 - электрическа  схема уровнемера; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вариант; на фиг. 4 - то же, что на фиг..2 вариант; на фиг. 5 - типичное распределение плотности тока между электродами .

Уровнемер по первому варианту (фиг. 1 и 2) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 1 которого размещена на О-образном магнитопроводе 2, пары измерительных электродов 3 и 4, опущенных в сосуд 5 на глубину контролируемого уровн , один из которых (электрод 3) расположен снаружи датчика и может быть замещен электропроводной стенкой емкости, а другой (электрод 4) проходит через внутреннее окно магнитопровода 2, причем концы электродов 3 и 4, наход щиес  вне контролируемой жидкости 6, элек трически соединены между собой проводником 7. Дополнительный электрод 8 опущен в сосуд 5 также на глубину контролируемого уровн . Источник магнитного пол  выполнен в виде обдлина КЗ витка, упеличиплетги тпк через обмотку 9, увсличиваотс  степень подмагничивани  М 2 и умеи1)П1а- етс  индуктивность сопротивлени  обмотки 1 датчика; последн   теперь зависит одновременно от величины сопротивлени  КЗ витка и степени подмагничивани  М 2. Этим достигаетс  усиление сигнала на выходз моста 12. Представлены варианты устройства . Изобретение дополнительное к авт. св. № 418738. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

мотки 9 на П-образном сердечнике 10 подключенном к источнику 11 питани  последовательно с электродом 3 и дополнительным электродом В. Магнитjj ное поле должно быть ориентировано вдоль плоскости магнитопровода 2 датчика. Дополнитепьный электрод 8 может проходит как через внутреннее окно магнитопровода 2, так и вне его

10 Обмотка 1 датчика включена в одно из плеч моста 12, в другое плечо которого дл  температурной компенсации включена о-бмотка 13, идентична  обмотке 1 и расположенна  на таком же

15 0-образном магнитопроводе (не показан ) , расположенном на крьплке сосуда 5 или вблизи него. В диагональ моста 12 включен индикатор 14 уровн . Дл  балансировки моста 12 имеет20 с  подстроечна  катушка 15 индуктивности и переменный резистор 16, подключенный к витку 17, охватывающему обмотку 13. С помощью переменного резистора 18 устанавливаетс  ток че25 рез обмотку 9 подмагничивани  магнитопровода 2. Электроды 3 и 4, жидкость между ними и проводник 7 образуют короткозамкнутый виток. Электроды 4 и 8 выполнены из

30 провдлоки с высоким электрическим сопротивлением, например из конс- тантана.

Уровнемер работает следую1цим образом.

Изменение длины короткозамкнуто- го витка при изменении уровн  приводит к изменению его активного и

35

3

viHflyKTHBHoro сопротивлений и nojFHo- го сопротивлени  датчика, которое имеет вид

Z(,)Z,tZ,

где RL - активное сопротивление

обмотки датчика; X - реактивное (индуктивное)

сопротивление обмотки датчика;

R ,Х - вносимые из короткозамкну- того витка активное и реактивное сопротивлени , которые соответственно равны VP М2

R.

Вн (R +Rj2+(w.L,3e)

9 УС/

-(R.-bRj;

УР М

+R )2+(W-L

кзв

У

W L

Kje

- коэффициент взаимоиндукции

между обмоткой датчика и коротко замкнутым витком;

- активное сопротивление корот козамкнутого витка, складывающеес  из сопротивлени  электродов и сопротивлени  жидкости между электродами; - реактивное (индуктивное)

сопротивление короткозамкну- того витка;

- полное сопротивление обмотки датчика при нижнем или верхнем положении уровн  жидкости , т.е. когда измерительный мост сбалансирован; - величина изменени  полного

сопротивлени  обмотки индуктивного датчика.

этом выходное напр жение моседел етс  выражением

„ - Цпи. К дг

8ых

У-

wT

2„

отношение витков трансформатора питани .

По мере повышени  уровн  жидкости увеличиваетс  R., . Но это увелиЙН

чение вносимого сопротивлени  носит нелинейньй характер, так как по мере увеличени  уровн  жидкости плотность тока через жидкостной промежуток по его сечению распредел етс  неравномерно, при этом максимальна 

134

плотность тока сохран етс  около поверхности жидкости. Чем выше уровень, тем больше в сумме (Ry+R.) вли ние второго члена (R., так как по мере увеличени  уровн  скорость его уменьшени  падает, а первый член (R) по мере повышени  уровн  линейно уменьшаетс  .

Изменение вносимого реактивного сопротивлени  в значительной степени носит линейный характер, так как оно в основном определ етс  линейным изменением индуктивности короткозамкнутогд витка L

Kja

Таким образом, нелинейность выходного сигнала определ етс  преимущественно нелинейностью изменени  вносимого активного сопротивлени  Rj , В то же врем  ток, проход щий по

обмотке подмагничивани  сердечника, определ етс  величинами активного сопротивлени  дополнительного электрода Rд, и сопротивлением жидкостного промежутка R . Ток подмагничи ti

.вани  равен

I

.

где и - напр жение источника питани ; R. - сопротивление дополнительЛ У,

ного электрода.

Описанный характер изменени  сопротивлени  жидкостного промежутка

между дополнительным и одним из измерительных электродов сохран етс  и по мере повышени  уровн  жидкости скорость увеличени  уменьшаетс . Без короткозамкнутого витка скорость изменени  выходного сигнала с измерительного моста тоже уменьшалась бы, так как индуктивность датчика измен етс  пропорционально изменению тока подмагн1тчивани  1.

При одновременном воздействии на индуктивный датчик короткозамкнутого витка и тока подмагничивани  выходной сигнал моста линеаризуетс . Одновременно благодар  действию магнитного усилител  повьшгаетс  чувствительность уровнемера.

При каком-то уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки 15 индуктивности и переменного

резистора 16 балансируетс . При изменении уровн  жидкости 6 измен етс  длина короткозамкнутого витка, образованного измерительными электрода- /

S1

ми 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6 между электродами 3 и 4, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного Х„ сопротивлений. При этом измен етс  и индуктивное сопротивление X самой обмотки 1, так как при изменении уровн  жидкости 6 измен етс  сопротивление цепи, состо щее из источника 11 тока, обмотки 9, дополнительного электрода 8, жидкостного промежутка между дополнительным 8 и измерительным 3 электродами, электрода 3 и переменного резистора 18,, а также ток, проход щий по этой цепи, и степень- подмагничивани  магнитопровода. При повьшении .уровн  жидкости 6 . уменьшаетс  длина короткозамкнутого витка и увеличиваютс  вносимые индуктивное Xg и активное Rgj, сопротивлени . Одновременно увеличиваютс  ток через обмотку 9 и степень подмагничивани  магнитопровода 2 и уменьшаетс  индуктивность 1 датчика. В выражении дл  Z одновременно уменьшаетс  значение индуктивного сопротивлени , обмотки 1 датчика и увеличиваетс  значение вносимого в обмотку 1 индуктивного сопротивлени  X.,,

В н

из короткозамкнутого витка. Индуктивность обмотки 1 теперь зависит одновременно от величины сопротивлени  короткозамкнутого витка и степени подмагничивани  магнитопровода 2. Этим достигаетс  усиление сигнала на выходе моста 12. Одновременно линеаризуетс  зависимость выходного сигнала датчика от величины уровн , так как направлени  изменени  скоростей выходного сигнала на выходе моста 12 от изменени  длины электродов 3 и 4 короткозамкнутого витка и от изменени  тока подмагничивани  1„ при изменении длины дополнительного , электрода 8 взаимно противоположны .

Уровнемер по второму варианту (фиг, 3 и 4) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 19 которого размещена на 0-образном магнитопроводе 20, пары измерительных элек-- тродов 21 и 22, опущенных в сосуд 23 на глубину контролируемого уровн  жидкости 24, один из которых (электрод 21) расположен снаружи датчика и может быть заменен электропроводной стенкой емкости 23, а другой (электрод 22) проходит через внутрен37913ft

нее окно магнитопровода 20. Источник магнитного пол  выполнен в виде обмотки 25 на П-образном сердечнике 26, котора  подключена к источнику 27 гш- J тани  последовательно с электродами 21 и 22, причем концы электродов 21 и 22, наход щиес  вне жидкости 24, соединены конденсатором 28. Магнитное поле сердечника ориентировано вдоль

10 плоскости магнитопровода 20. Обмотка 19 датчика включена в одно из плеч моста 29, в другое плечо которого дл  температурной компенсации включена обмотка 30, идентична  об15 мотке 19 и расположенна  на таком же 0-образном магнитопроводе (не показан ) , наход щемс  на крышке сосуда или Е:близи него. В выходную диагональ моста 29 включен индикатор

20 31 уровн . Дл  балансировки моста 29 имеетс  подстроечна  катушка 32 индуктивности и перемеиньй резистор 33, подключенный к витку ЗА, охватывающему обмотку 30. С помощью пере25 манного резистора 35 устанавливаетс  ток через обмотку подмагничивани  25. В данном варианте.электрод 22 должен об зательно проходить через внутреннее окно магнитопровода 20 дл 

30 создани  на нем короткозамкнутого витка. Так же, как и в первом ва- арианте, электрод 22 выполнен из материала с высоким электрическим сопротивлением . Выполнение одного или

35 обоих электродов из материала с высо- КИМ сопротивлением позвол ет расширить диапазон контролиуремых жид костей в сторону малых значений их проводимостей.

Этот уровнемер работает так же, как уровнемер по первому варианту. При каком-то уровне жидкости 24 мост 29 с помощью подстроечной катушки 32 индуктивности и переменного резистора 33 балансируетс . При изменении уровн  контролируемой жидкости измен етс  длина коротко- замкнутого витка, образованного тродами 21 и 22, конденсатором 28 и жидкостью 24 между электродами 21 н 22, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в-обмотку 19 датчика активного R , и ивдуктивного Х сопротивлений. При этом измен етс  и индуктивное сопротивление Х самой обмотки 19, так как при изменении уровн  жидкости 24 измен етс  сопротивление цепи подмаг45

50

ничивани , состо щей из источника 27 тока, обмотки 25, электрода 22, жидкостного промежутка между электродами 22 и 21, электрода 21 и переменного резистора 35, а также ток, проход щий по этой цепи, и степень подмагничивани  магнитопрово- да 20. При повышении уровн  жидкости 24 уменьшаетс  длина короткозамк нутого .витка и увеличиваютс  вносимые индуктивное X и активное Rg сопротивлени . Одновременно увеличиваетс  ток через обмотку 25, увеличиваетс  степень подмагничивани  магнитопровода 20, уменьшаютс  его магнитна  проницаемость и индуктивность обмотки 19 датчика. В выражении дл  Z одновременно уменьшаетс  значение индуктивного сопротивлени  X, обмотки 19 датчика и увеличи

ваетс  значение вносимого в обмотку 19 со знаком минус индуктивного сопротивлени  Х . Индуктивность обмотки 19 датчика зависит одновременно от величины сопротивлени  коротко заг кнутого витка и степени подмагничивани  магнитопровода 20.

Одновременно с увеличением изменени  выходного сигнала достигаетс  его линеаризаци , так как направле- ни  изменени  скоростей выходного сигнала на выходе моста 29 от изменени  длины электродов 21 и 22, образующих короткозамкнутый виток, и длины тех же электродов, образующих цепь подмагничивани} обмотки 25, взаимно противоположны при изменении длины погруженных в жидкость частей электродов.

Дл  уменьшени  погрешности от по- л ризации в качестве, источников 11 и 27 тока использованы генераторы разнопол рных импульсов. Длительност

o

0

5

0

импульсов может в дес тки и сотни раз превьш1ать период колебаний источника переменного тока, к которому подключены измерительные мосты 12 и 29.

Claims (3)

1.Уровнемер дл  электропроводных жидкостей по авт. св. № 418738, отличающийс  тем, что,

с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измер емого уровн  и повьш1ени  чувствительности, 5 уровнемер снабжен дополнительным

электродом, опущеншлм в сосуд на глубину измер емого уровн , источником питани  и сердечником, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, с обмоткой подмагничивани , одним концом соединенной с дополнительным электродом, а другим подключенной к первой клемме источника питани , втора  клемма .которого соединена с общей точкой пары измерительных электродов

2.Уровнемер дл  электроприводных жидкостей по авт. св. № 418738, отличающийс  тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измер емого уровн  и повьш1ени  чувствительности уровнемер снабжен последовательно соединенными источником питани , обмоткой

подмагничивани  сердечника, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, и конденсатором , включенным между верхними концами пары измерительных электродов,

3. Уровнемер по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что источник питани  выполнен в виде генератора разнопол рных импульсов.

L... Ч1 ШшЖ:г L

ш

S3:ss33sssss:s33sssssssssi33335S23s: :

(fjue.1

кх х д хклллуу у ллгУ у ;л лх

фиё.З

-22

,21 ,23

.г4

f)

30

ff