Емкостной уровнемер — SU 146521 (original) (raw)
Мв 346521 Класс 42 е, 34СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Подписная группа Лв 167 К. Б, Карандеев, ф. Б, Гриневич и А. И, НовикЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕРЗаявлено 19 мая 1961 г. за Хд 730766/26-10 в Комитет по лелям изобретений и открытий при Совете Министров СССРОпубликовано в Бюллетене изобретений Ме 8 за 1962 г.Известны емкостные уровнемеры, предназначенные для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположенным параллельно стенкам резервуара.Предлагаемый емкостной уровнемер отличается от известных тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолиоованного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, каждая из которых подключается к мостовой измерительной схеме. Для исключения паразиткой проводимости между соединительными проводами и резервуаром подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуще:твляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил кабеля, Для исключения влияния геометрических размеров датчика и оезервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметоов изоляции датчика на погрешность измерения определение уровня раздела сред производится путем сравнения суммы проводимостей верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхности раздела сред, с проводимостью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела. Для защиты схемы уровнемера от воздействия паразитных электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, а также для практического исключения влияния емкости соединительного кабеля на погрешность измерения уровня сравнение соответствующих проводимостей производится посредством подключения рабочей и компенсационной секции датчика к шестиплечей мостовой схеме с тесной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновешиваемой при помощи реверсивного двигателя, управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия. Уравновешивание шестиплечей мостовой схемы с тесной индук146521тивной связью осуществляется посредством изменения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика. Изменение количества витков этих обмоток происходит при уравновешивании мостовой схемы таким образом, что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.На фиг. 1 дано условное изображение датчика; на фиг, 2 - схемашегтиплечего моста, на фиг, 3 - схема соединения датчика и моста.Датчик описываемого емкостного уровнемера представляет собойцилиндрический проводник, состоящий из трех изолированных друг отдруга и от внешней среды секций 1, 2 и 3, имеющих длины 1 12 и 1,соответственно, Датчик расположен вертикально параллельно образующим цилиндрического проводящего резервуара 4, Нижняя частьдатчика погружена в среду 5, уровень и которой подлежит измерению.Если все секции датчика находятся по отношению к резервуару под одним и тем же напряжением, то, пренебрегая краевым эффектом, можнозаписать, что проводимость любого участка датчика по отношению крезервуару будет прямо пропорциональна длине участка, т, е.У=У 1, (1)где У - удельная проводимость, зависящая от геометрических размеров и взаимного расположения датчика и резервуара, электрических параметров среды и изоляции датчика;У и г - полная проводимость участка датчика и его длина, Согласновыражению (1) для отдельных участков датчикаУ 1 в У ув (1 г)У 2 - Уув2У, =У 6 (2)где У, и Уу - удельные проводимости верхней и нижней (погруженной и свободной) частей датчика;У, У У, и У, - полные проводимости соответствующих участков исекций датчика,Участки У,. У, и У, с проводимостями, определяемыми согласно выражению (2), включены последовательно с обмотками 6, 7 и 8 (Еь Г.2и У.,), намотанными на одном ферритовом сердечнике, и образуют схему шестпплечего моста, питаемого от источника 9 синусоидального переменного тока, В обмотку 10 (У.) включен указатель (детектор) равновесия 11. Все обмотки выполнены так, что межд ними существуеттесная индуктивная связь.Магнитные потоки, создаваемые токами 72 и /, в обмотках 7 и 8Е 2 и Е,), вычитаются из магнитного потока обмотки б (Е,), создаваемого током ь Количество витков обмоток 1., Е, и 12 равно оответственно и п 2 и и;, Очевидно, что равновесие данного шестиплечего моста наступит при условииг, п, 2 п 2 - гзп;, =- О (3)При вьшолнении этого условия магнитный поток, связанный с обмотками ь 12 и г равен нулю и эквивалентные индуктивныс сопротивления этих обмо 1 ок также равны нулю, Поскольку обмотки могут быть выполнены так, что их омические сопротивления будут пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлениями соответствующих секций датчика, то можно записать, чтоЛо, 146521 Подставляя выражения (2) и (4) в (3), получают (11 133) Уън ( 1 п п 22) ) ув Из этого выражения следует, что уравновешивание моста нужно производить таким образом, чтобы коэффициенты при Уи У принимали во время равновесия нулевые значения илиЬп, - 1 п=О1 п - Ьп, - 1 п = О Уровень 6 определяется из первого уравнения (6)й = -- и,1,й,и отсчитывается по числу витков пкоторое должно быть регулируемым. Для выполнения второго условия (6) необходимо изменять число витков и,. Исключая величину Ь из второго уравнения (6) и полагая для упрощения, что 1=6=1, получают 1,П 2+Лз -- 1,(7) Из выражения (7) следует, что при уравновешивании моста изменение количества витков и, и и, необходимо производить так, чтобы их сумма оставалась постоянной.Таким образом, показания описываемого уровнемера не будут принципиально зависеть ни от электрических параметров сред, уровень раздела которых измеряется, ни от геометрических размеров и взаимного оасположения датчика и резервуара, ни от параметров изоляции датчика,При,практическом осуществлении датчик выполняется из двухжильного изолированного кабеля, разделенного на три секции. Внутренние провода 12 и 13 кабеля служат для присоединения секций датчика к измерительной схеме. Для устранения нежелательных электромаг:итных связей между резервуаром и элементами измерительной схемы уровнемера применен экран 14. Уравновешивание моста производится реверсивным двигателем 15, управляемым усилителем 1 б, в состав которого входит детектор равновесия. Предмет изобретения 1. Емкостной уровнемер, предназначенныи для измерения уровня раздела двух сред путем определения изменения проводимости (емкости) между резервуарами и изолированным датчиком, расположенным параллельно стенкам резервуара, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в нем применен датчик, выполненный в виде двухжильного изолированного кабеля, разделенного на две компенсационные и одну рабочую секции, каждая из которых подключается к мостовой измерительной схеме.2, Емкостной уровнемер по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения паразитной проводимости между соединительными проводами и резервуаром, подключение к измерительной схеме нижней компенсационной и средней рабочей секции датчика осуществляется посредством двух внутренних находящихся в экране жил кабеля,3. Емкостной уровнемер по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения влияния геометрических размеров датчика и резервуара, а также электрических параметров обеих сред и параметров изоляции датчика на погрешность измерения, определение уровня раздсла сред производится путем сравнения суммы проводимостей верхней и нижней компенсационных секций датчика, находящихся всегда при допустимых колебаниях уровня соответственно выше или ниже поверхности раздела сред, с проводимостью средней рабочей секции датчика, проходящей через поверхность раздела.4. Емкостной уровнемер по пп. 1 - 3, отл и ч а ющийся тем, что, с целью обеспечения защиты схемы уровнемера от воздействия паразитпых электромагнитных связей между отдельными элементами и узлами, а также с целью практического исключения влияния емкости соединительного кабеля на погрешность измерения уровня, сравнение соответствующих проводимостей производится посредством подключения рабочей и компенсационной секций датчика к шестиплечей мостовойсхеме с есной индуктивной связью между тремя ее плечами, уравновешиваемой при помощи реверсивного двигателя, управляемого вспомогательным усилителем и детектором равновесия,5. Прибор по пп. 1. - 4, отл ич а ющи й с я тем, что уравновешивапие шестиплечей мостовой схемы с тесной индуктивной связью осуществляется посредством изменения количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика.6. Прибор по пп. 1 - 5, отл и ч а ю щи й с я тем, что изменение количества витков обмоток, подключаемых к компенсационным секциям датчика, происходит при уравновешивании мостовой схемы таким образом, что сумма количеств витков обеих обмоток остается постоянной.