Емкостной уровнемер для электропроводных жидкостей

 

1. ЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащий емкостный датчик, включенный в колебательный контур, подключенный к генератору, частотомер и вольтметр, отличающийся тем, что, сцелью увеличения чувствительности, датчик составлен из последовательно соединенных секций, каждая из которых намотана по конической спирали Архимеда вокруг вертикальной металлической трубы, причем койцы датчика соединены гидравлически с верхним и нижним концом вертикальной трубы. 2. Емкостный уровнемер по п. 1, отличающийся .тем, что, с целью упрощения измерительной схемы lypOBHSMepa, датчик выполнен в виде диэлектрической трубки .с нанесенньм на ее поверхности металлизированным слоем, причем один токопровод измерительной схемы электрически связан с нижним концом вертикальной металлической трубы, который в свою очередь электрически соединен с металё лизированной поверхностью диэл.ектрической трубки в ее нижней части, а второй токопровод измерительной схемы электрически соединен с металлизированной поверхностью верхнего J конца трубки.

„SU„„1080028 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5Д G 01 F 23/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!13 : "::;, И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2998949/18-10 (22) 29.10.80 (46) 15.03.84. Вюл. Р 10 (72) Л.А. Гулабянц, О.В. Цирлин, В.В. Мягков и А.A. Афонин (71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР (53) 681 . 128. 63(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 220549 кл. 6 01 Р 23/26, 1965.

2. Акцептованная заявка ФРГ

Р 1908750, кл. G 01 F 21/26» 1970 (прототип). (54)(57) 1. ENKOCTHbN УРОВНЕИЕР ДЛЯ

ЭЛККТРОПРОВОДНЫХ: ИДКОСТЕ11, содержащий емкостный датчик, включенный в колебательный контур, подключенный к генератору, частотомер и вольтметр, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, датчик составлен из последовательно соединенных секций, каждая из которых намотана по конической спирали Архимеда вокруг вертикальной .металлической трубы, причем коицы датчика соединены гидравлически с верхним и нижним концом вертикальной трубы.

2. Емкостный уровнемер по п. 1, отличающийся,тем, что, с целью упрощения измерительной схемы урбвнемера, датчик выполнен в виде диэлектрической трубки .с нанесенным на ее поверхности металлизированным слоем, причем один токопровод измерительной схемы электрически связан с нижним концом вертикальной металлической трубы, который в свою очередь электрически соединен с метал- I лизированной поверхностью диэлектрической -.рубки в ее нижней части, а второй токопровод измерительной cxe" мы электрически соединен с металлизированной поверхностью верхнего конца трубки.

1080028

Ео где

R,R трн трв

Изменение уровня жидкости дН в сосуде 1 связано с изменением длины

"смоченной поверхности в сосуде 2 соотношением ай=а 0 51п Ы, (2) Изобретение относится к приборостроению, а Именно к устройствам контроля уровня и количества жидкости, Известны устройства контроля уровня, содержащие емкостный датчик, выполненный в виде коаксиальных труб, измерительный автогенератор, преобразователь частоты и частотомер, при этом электроды емкостного датчика включены в колебательный контур ав- 10 тогенератора с помощью жестких токопроводов с пренебрежимо малыми емкостью и индуктивностью по сравнению с емкостью и индуктивностью элементов колебательного контура автогенератора 51/.

Наиболее близким но технической сущности к изобретению является емкостный измеритель уровня, содержащий емкостный датчик выполненный 20 в виде диэлектрической трубки с нанесенными на ее внешней поверхности электродами и включенный в контур генератора, и регистрирующее устрой ство (2 7, 25

Недостатком известных емкостных уровнемеров,является низкая чувствительность при измерениях малых изменений уровня жидкости,.так как известные конструкции емкостных дат чиков не обеспечивают достаточного

30 изменения емкости при малых изменениях уровня иэ-за малой крутизны выходной характеристики, обусловленной особенностью их конструктивного выполнения. 35 указанный недостаток проявляется при использовании известных емкостных уровнемеров в сосудах малого объема с достаточно малым диапазоном изменения измеряемого уровня. 40

Кроме того, при включении первичного емкостного преобразователя в колебательный контур, в случае частотного преобразования получаемой информации об измеряемом уровне, тре- 45 буется введение в измерительную схему катушки индуктивности.

Цель изобретения †:увеличение чувствительности и упрощение измерительной схемы.

Укаэанная цель достигается тем, что в уровнемере, содержащем емкостный датчик, включенный в колебательный контур, подключенный к генератору частотомер и вольтметр; датчйк составлен из последовательно соединен- 55 ных секций, каждая из которых намотана по конической спирали Архимеда вокруг вертикальной металлической трубы, причем концы датчика соединены гидравлически с верхним и 60 нижним концом вертикальной трубы.

Кроме того, датчик выполнен в виде диэлектрической трубы с нанесенным на ее внешней поверхности метал" лизированным слоем, причем один токопровод измерительной схемы электрически соединен с нижним концом вертикальной металлической трубы, который в свою очередь электрически соединен с металлизированной поверхностью диэлектрической трубки .в ее нижней части,а второй токопровод измерительной схемы электрически соединен с металлизированной поверхностью верхнего конца трубки.

На фиг. 1 представлена конструк-. ция датчика и схема уровнемера; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Датчик уровнемера представляет собой два сообщающйхся сосуда 1 и 2, один иэ которых имеет вид вертикальной металлической трубы, в которой измеряется уровень электропроводящей жидкости, а другой состоит из ряда последовательно соединенных секций трубки из диэлектрического материала, например стекла, намотанных по конической спирали Архимеда. Для уменьшения габаритов уровнемера секции сосуда 2 размещен непосредственно на сосуде 1. Электропроводящая жидкость, уровень которой определяется, вместе со стенками сосуда 1 образует один из электродов преобразователя. Второй электрод преобразователя образован металлизацией наружной поверхности трубки сосуда 3. Вместе они образуют конденсатор, изменение емкости которого происходит за счет изменения площади его жидкой обкладки при изменении уровня жидкости в сосуде 1.

Изменение емкости составленного таким образом конденсатора равно

2лЕЕ сьев дс- О .((1) и (трн/ тр В) диэлектрическая проницаемость вакуума; относительная диэлектрическая проницаемость материала стенок сосуда 2 (например, для стекла 8 = 8); радиусы трубы сосуда

2, наружный и внутренний соответственно, изменение смоченной длины внутренней поверхности трубки сосуда 2 (изменение длины обкладки кон- денсатора).

1080028 где = 0-2l7 (s)

a(qP) т.е. (8) ФУЪ ап2м тРн /) трв ) 55

60 где с(— угол навивки трубки сосуда (угол между осью трубки со суда 2 и горизонтом.

Этот угол выбирается из условия свободного стекания жидкости по трубкам секций 2 и должен находитьг.я в пределахс(.410-15О.

Наибольшую длину в единице площади имеет кривая, списываемая .по зависимости спирали Архимеда, т.е.

P = an4, (З) - (3) полярный радиус, м; число витков спирали, выбирается из конструк тивных габаритов пре- образователя; угол полярного радиуса; коэффициент, определяемый иэ условия

$ =2Jia (+) (4)

1 где Ъ вЂ” расстояние между осевыми линиями двух соседних витков секции, выбираемое из условия несоприкасания витков трубки, Для больших п1, что имеет место в данном случае, длина дуги спирали

Архимеда может быть определена из соотношения

ol(h V)

Тогда выражение (2) может быть представлено в следующем виде: цл(я VP (7) аН- — ы м

Соотношение (7) показывает, что малому изменению уровня жидкости.ЬН в сосуде 1 соответствует более значительное изменение длины смоченной поверхности а в сосуде 2 и, следовательно, большее изменение емкости преобразователя.

Изменение емкости датчика при

его полном заполнении и при 9 = 2Я равно где М вЂ” число намотанных секций сосуда 2, при этом Й=Н/ (Н.диапазон измерения, Q- высота одной секции).

Сосуд 2 с металлизированной наражной поверхностью 3 использован как катушка с индуктивностью ) и

45 одновременно как конденсатор с емкостью С, т.е. образует колебательный контур. Для этого металлизированная поверхность 3 в нижней части сосуда 2 электрически соединена со стенками металлического сосуда 1 и соединена с одним из входов регистрирующей схемы. Второй вход регистрирующей схемы соединен с металлизированной поверхностью 3 в верхней части сосуда 2.

Резонансная частота образоФ ванного таким образом колебательного контура зависит только от величины емкости С„ конденсатора, т.е. от величины смоченной поверхности в сосуде 2, и, следовательно, от уровня жидкости в сосуде 1.

Колебательный контур запитывается через сопротивление 4 от звукового генератора 5 током переменной частоты. Достижение резонанса характеризуется тем, что полное сопротивление контура становится минимальным, о чем можно судить по: величине максимального напряжения на нем, фиксируемого вольтметром б с большим входным сопротивлением. Резонансная частота f определяется по частотомеру 7 и позволяет построить графическую завиСимость — изменение уровня жидкости ЬН в функции изменения резонансной частоты.f

Данная конструкция датчика может быть использована и для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей.

Секционный сосуд может быть выполнен в этом случае из металлической трубки с коаксиально расположенным электропров одным стержнем. Как ° и в предыдущем случае, верхний конец ряда секций трубок не должен иметь электрического контакта с вертикальным цилиндрическим сосудом.

При изменении уровня жидкости изменение емкости конденсатора, обкладками которого являются стенка трубы 1 и центральный электрод 2, происходит за счет изменения количественного соотношения между диэлектрическими проницаемостями жидкости, ее паров и воздуха.

Предлагаемый уровнемер позволяет существенно повысить чувствительность за счет того, что в данном техническом решении значительно увеличена длина электродов емкостного датчика, поэтому малому изменению уровня жидкости в сосуде соответствует большее изменение емкости по сравнению с вертикальной установ; кой электродов датчика, и упростить схемное построение устройства, так как емкостный датчик одновременно используется и как катушка индуктивности, 1080028

1080028

Составитель В. Аксенов

Редактор М. Дылын Техред Л.Коцюбняк. Корректор И. МускаЗакав 1325/43 Тираж 610 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Х-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4