SU1763897A1

SU1763897A1 - Емкостный компенсационный уровнемер

Info

Publication number: SU1763897A1
Application number: SU904861340A
Authority: SU
Inventors: Гарри Захарович Солганик
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-09-23

Abstract

Использование: в геофизических и метеорологических исследовани х. Сущность изобретени : осуществл етс выведение в зону исследований стабилизированной вращением ракеты (1) с генератором реагента

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей.

Известен емкостной компенсационный датчик уровня (1), содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор, преобразователь емкости в напряжение и синхронный детектор. Недостатком известного устройства является влияние линии связи на точность измерения и невозможность использования для измерения сред с высокой проводимостью.

Наиболее близким по технической сущности является датчик уровня, содержащий измерительный и компенсационный конденсаторы, генератор высокой частоты, модулятор, измерительный и компенсационный преобразователи емкости в напряжение, две схемы вычитания и схему сравнения (2). Недостатком известного датчика уровня является невозможность его использования для измерения среде высокой проводимостью. так как при этом возникают малые сопротивления электродов, измерительного и компенсационного конденсаторов относительно корпуса. В этом случае для увеличения добротности конденсаторов целесообразно использовать их с диэлектрическим покрытием электрода. Но в известном датчике уровня это не решит проблему, так как при дальнейшем увеличении проводимости он просто теряет работоспособность. Кроме тОго надежность измерения неэлектропроводных сред с проводящими включениями в известном приборе низки.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение области измеряемых сред, т.е. как с малой, так и с высокой электропроводностью.

Поставленная цель достигается тем, что емкостной компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с корпусом, генератор высокой частоты, модулятор, измерительный и компенсационный операционные усилители, Два блока вычитания, блок сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока вычитания, выход блока сравнения подключен к управляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного опе рационного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к прямым входам соответствующих операционных усилителей.

Сущность предлагаемого устройства поясняется функциональной схемой на чертеже.

Устройство включает в себя емкостной чувствительный элемент 1, содержащий измерительную часть 1а и компенсационную 16, измерительный операционный усилитель 2 и компенсационный 3. первую схему вычитания 4, повторитель напряжения 5, модулятор 6, высокочастотный генератор 7, схему сравнения 8 и источник опорного сигнала 9, вторую схему вычитания 10.

Компенсационная часть чувствительного элемента 16 располагается ниже диапазона измерения, а измерительная 1а вдоль диапазона измерения. Обе части чувствительного элемента имеют общий электрод, подключенный к корпусу аппарата. Потенциальный электрод чувствительного элемента 16 подключается к измерительной схеме с помощью провода с двойным экраном. Внутренний экран подключается к выходу повторителя напряжения 5, от наружной - к корпусу аппарата.

Управляющий вход модулятора 6 связан с высокочастотным генератором 7. Своим сигнальным входом он связан с выходом схемы сравнения 8, а выходом - с прямыми входами операционных усилителей 2 и 3. Инверсный вход операционного усилителя 3 связан с входом повторителя напряжения 5, а его выход - с одним из входов схемы вычитания 10, выход которой связан с входом сравнения 8. Выход схемы сравнения 8 подключен к входам схем вычитания 4 и 10. Выход измерительного операционного усилителя 2 связан с входом схемы вычитания

4.

Испульсный сигнал с генератора 7 поступает на вход модулятора 6. С выхода модулятора 6 поступает импульсный сигнал амплитуда которого жестко связана с постоянным напряжением на выходе схемы сравнения 8. Амплитуда импульсных сигналов сформированных операционными усилителями 2 и 3 определяются, с одной стороны, значениями емкостей чувствительного элементов 1а и 16, а с другой - амплитудой импульса с выхода модулятора 6. Равенство напряжений на входе и выходе повторителя дает возможность исключить влияние кабеля от чувствительного элемента 16. На схеме вычитания 10 из амплитуды импульсов с преобразователя 3 вычитается величина амплитуды, соответствующ1ая емкости “пустой части чувствительного элемента 16, а на схеме вычитания 4 - сигнал, соответствующий емкости “пустого” чувствительного элемента 1а. Сигнал на выходе устройства 4 является мерой уровня.

Первичным сигналом, характеризую.щим уровень, является изменение емкости чувствительного элемента. В зависимости оттого является ли среда электропроводной или неэлектропроводной, используются соответственно чувствительные элементы с изолирующим покрытием электрода и без изолирующего покрытия.

В первом случае емкость измерительной части 1а. определяется выражением

Си= С_0П1[1 +(^-1)^]. (1) ^огц L.

а во втором

С = Соп [1 + (£-1)^1, (2) где Си - емкость измерительной части чувствительного элемента;

Corn - начальная часть емкости чувствительного элемента;

Соп - начальная емкость чувствительного элемента;

Сиз ~ погонная емкость изоляции электрода;

I - значение уровня;

ε- диэлектрическая проницаемость измеряемой среды;

L - диапазон измерения.

Как видно из выражений (1) и (2).они очень близки, но при измерении неэлектропроводных сред изменение емкости линейно связаны с относительно неизвестной величиной. В связи с этим возникает необходимость при измерении уровня неэлектропроводных сред нейтрализовать влияние диэлектрической проницаемости·.

Входной сигнал датчика определяется выражением и_Вых = (U2 - Us) К4, (З) где U₂, Us ^_ выходные сигналы соответствующих блоков;

К4 - коэффициент передачи блока (4) и о = и₈ кю [(1 + °°^{κ +} |^ок(^£~ ¹) к₆- l] (4)

На входах устройства сравнения (8) при достаточно большом коэффициенте его передачи выполняется соотношение Uio= Uon, если ввести требование обеспечить соотно10

30.

С шение (1 + U15.) Кб = 1 то значение сигнала Сак на выходе устройства сравнения (8) приоб ретает вид |__Uon Сак К« ^U8 C^-Ί) Кй . ⁽⁵⁾ где Сок - начальная емкость компенсацион ной части чувствительного элемента;

Кб, Кю - коэффициенты передачи соответствующих блоков

Введя соотношение

Сап (1 + Кб = 1 с ^ак (6) определяется учетом выражений (3) и значение выходного сигнала.

и_ВЫх = и_оп А 1 (7)

Сап Кю L

Выходной сигнал уровнемера не содержит параметров, характеризующих свойства жидкости, т.е. он независим от них.

Дестабилизирующее действие линии связи от измерительной схемы и компенсационной части чувствительного элемента (16) устраняется благодаря включению внутреннего экрана на выход повторителя напряжения (5), так что емкость между жилой кабеля и внутренним экраном обесточена, т.е. нейтрализована. Емкость между внут ренним и наружным экранами оказывается включенной параллельно выходу повторителя напряжения (3). Линия связи не оказывает влияния на процесс в преобразовании в устройстве.

Claims

Формула изобретения

Емкостный компенсационный уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде измерительного и компенсационного конденсаторов, имеющих общий электрод, электрически связанный с ⁰ корпусом, генератор высокой частоты, модулятор. измерительный и компенсационный операционные усилители, два блока вычитания, блок сравнения, второй вход ко_п торого связан с выходом второго блока вы^ь питания, выход блока сравнения подключен к управляющему входу модулятора, и источник опорного сигнала, связанный с первым входом блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения путем обеспечения возможности контроля уровня жидкостей любой электропроводности, он дополнительно снабжен линией связи с внутренней и внешней экранирующими оболочками и повторителем напряжения, вход которого связан с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, а выход связан с внутренней экранирующей оболочкой линии связи, связывающей электрод компенсационного конденсатора с инверсным входом компенсационного операционного усилителя, внешняя экранирующая оболочка линии связи подключена к корпусу, а выход модулятора подключен к 5 прямым входам соответствующих операционных усилителей.