SU1314231A1 - Устройство дл измерени уровн жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к электродинамическим чувствительным устройствам поплавковых уровнемеров. Целью изобретени   вл етс  увеличение диапазона измерений Устройство представл ет собой частично заполненный жидкостью сосуд 1 с поплавком 6 и закрепленную над поплавком диэлектрическую пластину 9, на противоположные поверхности которой нанесены металлические покрыти  в форме концентричессо 4 ГО со

Description

ких спиралей 12, 13 со взаимно противоположными направлени ми намотки, На горизонтальной поверхности поплавка 6, выполненного из диэлектрического материала, концентрически установлены электрически изолированные друг от друга металлические кольца 8 с шагом, равным шагу спирали, что исключает вли ние вертикального перемещени  поплавка на граничные услови  дл  электрического пол  поверхност1

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к электродинамическим чувствительным устройствам поплавковых уровнемеров, и предназначено дл  измерени  уровн  жидкости , преимущественно в сосудах ситем гидростатического нивелировани 

Целью изобретени   вл етс  увеличение диапазона измерений.

На фиг.1 приведена конструкци  предлагаемого устройства; на фиг,2 разрез на фиг,1 на фиг,3 - разрез Б-Б на фиг.1 на фиг.4 - структурна  схема включени  предлагаемого устройства в автогенераторный уровнемеру на фиг„5 - структурна  схема включени  предлагаемого устройства в уровнемер с дистанционным съемом измерительной информации.

Устройство дл  измерени  уровн  жидкости состоит из закрытого металлического сосуда 1, частично заполненного жидкостью 2 и снабженного штуцерами 3,4 дл  подключени  шлангов (не показаны), соедин ющих систему сосудов 1 между собой. На верхности 5 жидкости 2 находитс  поплавок 6, выполненный из диэлектрического материала,, На горизонтально ориентированной верхней поверхности 7 поплавок 6 концентрически установлены электрически изолированные друг от друга металлические кольца 8, Над поплавком 6 параллельно плоскости колец 8 установлена диэлектрическа  пластина 9, на противоположные поверхности 10, 11 которой нанесены металлические покрыти  в форме спиралей 12, 13 одиной волны. Высота колец составл ет 3-5 шагов спиралей. Электромагнитным сигналом, приложенным в противофазе к концам 14,15, возбуждают в спирал х поверхностную волну При изменении рассто ни  между пласт шой 9 и поплавком 6 измен ютс  граничные услови  магнитного пол  волны на кольцах 8. Фазовое врем  запаздывани  волны в спирал х 12, .13  вл етс  функцией измер емого уровн . 5 ил.

наковых размеров с взаимно противоположными направлени ми намотки. Периферийные концы 14, 15 спиралей 12, 13 электрически соединены с контактами высокочастотного симметричного разъема 16. Центральные концы 17j 18 спиралей 12,13 высокочастотным кабелем 19 Соединены с контактами высокочастотного симметричного разъема 20,

Толщина пластины 9 выбрана не превышающей шага Р спиралей 12з 13„ Кольца 8 установлены в шагом PS их высота выбрана в пределах (3-5)Р, 5 а максимальный радиус равен или больше радиуса Р спиралей 12, 13 Рассто ние от поверхности 11 до крышки 21 и от поверхности 10 до дна 22 сосуда 1 выбраны в пределах (1-2)R. Рассто ние от спиралей 12, 13 до стенок 23 сосуда 1 выбрано в пределах (0,5-1) R.

Устройство работает следующим образом.

Входной высокочастотный электромагнитный измерительный сигнал через контакты разъема 16 прикладываетс  в противофазе к концам 14, 15

и возбуждает в спирал х 12, 13 поверхностную электрог агнитную волну противофазного типа. После прохождени  по спирал м 12, 13 волна возбуждает на концах 17s 8 выходной высокочастотный электромагнитный из- 5 мерительный сигнап,, лост упаюш.ий по кабелю 19  к контакт-,, рззъема 20,

В области простраист -за ме -ду пластиной 9 и поплавком 6 злдктрическое поле волны направлено ао радиусу

0

5

0

31

спиралей 12, 13 и приблизительно экспоненциально убывает по мере удалени  от поверхности 10. Поскольку при толщине пластины 9, не превьшаю- щей шага Р спиралей 12, 13, электрическое поле волны в рассматриваемой области не содержит нулевой пространственной гармоники, его напр женность измен етс  вдоль радиуса спиралей 12, 13 с пространственным периодом Р и уменьшаетс  в f раз на рассто ний л Р от поверхности 10 Магнитное поле волны в рассматриваемой области пространства имеет компоненту, направленную По нормали к плоскости колец 8, и также приблизительно экспоненциально убывает по мере удалени  от пове)хности 10. Но поскольку магнитное поле волны содержит нулевую пространственную гармонику, его напр женность измен етс  вдоль радиуса с пространственным периодом, равным длине волны в спирал х 12, 13

;i v/f,,

(1)

где Д - длина поверхностной электромагнитной волны противофазного типа в спирал х 12, 13,

V - фазова  скорость поверхностной электромагнитной волны противофазного типа в спирал х 12, 13; f - частота измерительного сигнала ,

и уменьшаетс  в I раз на рассто нии /2F от поверхности 10. Частоту f выбирают в пределах

h k

Так что уменьшение- напр женности магнитного пол  волны в раз происходит на рассто нии R/2 от поверхности 10, При этом магнитный поток волны прониз(шает вьшолненные из металла кольца 8 и дл  необходимого ,удовлетворени  граничных условий индуцирует в них кольцевые электрические токи.

Поскольку поплаво.к 6 выполнен из несмачивающегос  материала, силы поверхностного нат жени  жидкости 2 удерживают его в центре сосуда 1 , не дава  прилипать к стенкам 23. Поэтому при изменении уровн  жид14

кости 2 поплавок 6 перемещаетс  по вертикали совместно с поверхностью 5, что приводит к соответствующему изменению рассто ни  между плас- тиной 9 и поплавком 6.

Изменение рассто ни  между пластиной 9 и поплавком 6 сопровождаетс  изменением граничных условий дл  магнитного пол  волны на кольцах 8. Изменение граничных условий в свою очередь приводит к изменению фазовой скорости волны, а следовательно, к изменению фазового времени запаздывани  волны в спирал х 12,13.

е R/V

(3)

0

5

0

5

где в - фазовое врем  запаздывани  поверхностной электромаг-:: нитной волны противофазного типа в спирал х 12,13. В результате фазовое врем  запаздывани  в оказываетс  функционально св занным с измер емым уров- 5 нем жидкости 2.

Дл  увеличени  чувствительности устройства следует стремитьс  к увеличению доли магнитного потока волны , пронизывающего кольца 8, Поэто- Q му максимальный радиус колец 8 должен быть равеН или больше радиуса R спиралей 12, 13, а так как сосуд Т выполнен из металла, рассто ни  от поверхности 11 до крышки 21 и от поверхности 10 до дна 22 сосуда 1 должны быть не менее R. Кроме того, рассто ние от спиралей 12, 13 до стенки 23 должно быть не менее R/2. Увеличение указанных рассто ний свыше 2R и R соответственно не целесообразно , так как напр женность магнитного пол  волны приблизительно экспоненциально убывает по мере удалени  от спиралей 12, 13.

С уменьшением рассто ни  между- поверхностью 10 и кольцами 8 до (3-5)Р и менее кольца 8 попадают в область электрического пол  волны . Доскольку кольца 8, выполненные из металла, электрически изолированы друг от друга и установлены концентрически с шагом Р, а электричес- . кое поле волны направлено по радиусу спиралей 12, 13,следовательно,по ради- 5 усу колец 8, и измен етс  в радиальном направлении с пространственным периодом Р, возбуждение элект- рических токов в кольцах 8 под воздействием электрического пол  волны

5

не происходит. Так что вертикальное перемещение колец 8 не вли ет на выполнение граничных условий дл  электрического пол  волны. Поскольку высота колец 8 составл ет (3-5)Р, даже в предельном верхнем положении поплавка 6 его электрический мате- : риал остаетс  практически вне области электрического пол  волны, следов тельно, не вли ет на выполнение граничных условий.

Поскольку электрическа  энерги  волны сосредоточена преимущественно в пластине 9, данное устройство так же, как и известное инвариантно к изменению диэлектрической проницаемости среды над поверхностью 5 жидкости 2, происход щему, например, из-за изменени  концентрации паров жидкости 2.

Дл  съема измерительной информации с предлагаемого устройства его подключают к электронному измерительному устройству уровнемера. Если по услови м эксплуатации электронные устройства могут быть расположены вблизи сосуда 1, уровнемер наиболее целесообразно выполн ть автогенераторным . В случае когда по услови м Эксплуатации располагать электронные устройства вблизи сосуда 1 недопустимо (например, при расположении сосуда 1 в зоне интенсивного воздействи  проникающей радиации), возможно применение электронного измерительного устройства уровнемера с дистанционным съемом измерительной информации.

В автогенераторном уровнемере (фиг.4) разъем 20 соединен с симметричным входом широкополосного элект- .ронного инвертирующего усилител  24, симметричный выход которого высокочастотным симметричным кабелем 25. соединен с разъемом 16. Волновые сопротивлени  кабелей 19 и 25, а также входное и выходное сопротивлени  усилител  24 выбраны приблизительно равными эквивалентному волновому сопротивлению спиралей 12,13 дл  поверхностной электромагнитной волны противофазного типа. Произведение коэффициента усилени  усилител  24 на коэффициент ослаблени  в кабеле 25, спирал х 12, 13 и кабеле 19 выбрано превышающим единицу, В результате система усилитель 25 - спирали 12, 13 самовозбуждаетс  и

14231

генерирует стационарные автоколебани  с частотой

f х1/2В ,

(4)

функционально св занной с измер емым уровнем жидкости 2. Электромагнитный сигнал частоты f с выхода усилител  24 через буферный усилитель 26 поступает на регистратор (частотомер 27).

В уровнемере с дистанционным съемом Измерительной информации, (фиг.5) выход высокочастотного генератора 28

электромагнитных колебаний с электронной перестройкой частоты через тройник 29 Соединен высокочастотным коаксиальным кабелем 30 с разъемом 16. Разъем 20 высокочастотным коаксиальным кабелем 31 соединен с входом устройства 32 след щей настройки, выход которого подключен к входу управлени  частотой генератора 28. Выход гене-ратора 28 через тройник 29

высокочастотным коаксиальным кабелем 33 соединен также с входом регистратора - частотомера 34. Волновые сопротивлени  кабелей 30, 19 м 31 выбраны в 3-10 раз меньше эквивалентного волнового сопротивлени  спиралей 12, 13 дл  поверхностной электромагнитной волны противофазного типа. При этом в плоскост х соединени  спиралей 12, 13 с разъемом.

16 и кабелем 19 происход т частичные отражени  поверхностной электромагнитной волны, так что спирали 12, ТЗ образуют волноводный резонатор с частотой основного полуволнового резо-

нанса

f, 1/20,

(5)

fp - частота основного полуволнового резонанса спиралей 12,13.

Выходное сопротивление тройника 29 выбрано равным волновому сопротивлению кабел  30, входное сопротив5Q ление устройства 32 выбрано равным волновому сопротивлению кабелей 31 и 19. В этом случае отражение электромагнитных волн от тройника 29 и входа устройства 32 не происходит

и значение частоты Г.. оказываетс  независ щим от длины кабелей 30,31. Устройство 32 след щей  астройки настраивает частоту гр.нератора 28 на экстремум резонансной кривой спиралей 12, 13, Соответствующее значение частоты f генератора 28

f f,, 1/20,

(6)

Claims (4)

1. Устройство дл  измерени  урон- н  жидкости содержащее частично заполненный жидкостью сосуд с поплавком и закрепленную над поплавком диэлектрическую пластину, на противоположные поверхности которой нанесе- ны металлические покрыти  в форме концентрических спиралей с взаимно противоположными направлени ми намотки , отличающеес  тем, что.

8

с целью увеличени  диапазона измерений , на горизонтальной поверхности поплавка концентрически установлены введенные металлические кольца,электрически изолированные друг от друга7. а поплавок вьтолнен из диэлектрического материала.

2.Устр.ойство по п,1, отличающеес  тем,, что металлические кольца установлены с ша.гом, равным шагу спиралей.

3.Устройство по п.1, о т л и- чающеес  тем, что высота металлических колец равна 3-5-ти шагам спиралей.

4.Устройство по П.1, о т л и- чающеес  тем, что максимальный радиус металлических колец равен или больше радиуса спиралей.

23

а

Фи.2

Л

13 /16 II,,,/ ,.,//,

II I I I I I I М л /

11 I I I I I I I I и/

г-- k/

25

25

.

- 19

/ 19

tt

7

N

20 20

W л;

Фиг.