Емкостный преобразователь уровня границ раздела сред

 

ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УРОВНЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА СРЕД,содержащий расположенные по высоте емкостные датчики, подключенные к преобразователям емкость - время, схему сравнения временных интервалов и генератор импульсов, связанный с емкостными датчиками, о т л и ч а и и с я тем, что, с целью повьвпения надежности и расширения области использования, преобразователь уровня снабжен узлом синхронизации и устройствами развязки, преобразователи емкость-время вьшолнены из последовательно включенных согласукщего трансформатора связи, входной коаксиальной линии связи, операционного усилителя и формирователя временных интервалов, выходы преобразователей емкость - время соединены с входами схемы сравнения временных интервалов, емкостные датчики выполнены трехэлектродными, причем два их злектрода соединены с преобразователем емкость - время, тратий (Л электрод через выходную коаксиальную линию связи и устройство развязки соединен с генератором импульсов, к которому через узел синхронизации подключены также установочные входы формирователей временных интервалов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(ю С 01 Г 23/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHCNlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3645703/24-10 (22) 27.09.83 (46) 07.03.85. Бюл. У 9 (72) Я.И. Бульбик и С.А. Рыбаков (71) Красноярский политехнический институт (53) 681.128.63(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 435459, кл. С 01 F 23/26, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

В 662815, кл. G 01 F 23/26, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 909580, кл. С 01 F 23/26, 1982 (прототип). (54)(57) ЕМКОСТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УРОВНЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащий расположенные по высоте емкостные датчики, подключеннЫе к преобразователям емкость — время, схему сравнения временных интервалов и генератор импульсов, связанный с емкостными датчиками, о т л и ч а ю.—

ÄÄSUÄÄ 114 983 А шийся тем, что, с целью повьипения надежности и расаирения области использования, преобразователь уровня снабжен узлом синхронизации и устройствами развязки, преобразователи емкость-время выполнены из последовательно включенных согласующего трансформатора связи, входной коаксиальной линии связи, операционного усилителя и формирователя временных интервалов, выходы преобразователей емкость " время соединены с входами схемы сравнения временных интервалов, емкостные датчики выполнены трехэлектродными, причем два их электрода соединены с преобразователем емкость — время, третий электрод через выходную коаксиальную линию связи и устройство развязки соединен с генератором импульсов, к которому через узел синхронизации подключены также установочные входы формирователей временных интервалов.

1 1143

Изобретение относится к телеконтролю уровня и границ раздела технологических сред.

Известен электроемкостный уровнемер для автоматического контроля 5 уровня неэлектропроводных сред, содержащий измерительнМЙ и компенса" ционный емкостные датчики, преобразователь емкость — постоянный ток, генератор тактовых импульсов и уси- 10 литель постоянного тока в цепи обратной связи, причем выходное напряжение усилителя является одновременно и выходным сигналом уровнемера E1).

Однако в этом устройстве полупро- 15 водниковые ключи в цепях, содержащих компенсационные и.измерительные датчики, не могут быть пространственно отделены от собственно емкостных первичных преобразователей (измери- 20 тельного и компенсационного), что ограничивает область применения таких уровнемеров, например, в условиях контроля границ раздела сред при повышенной температуре или условиях 2 контроля границ раздела сред при повышенном уровне радиации.

Кроме того, указанное устройство не позволяет осуществить телепередачу данных контроля, так как имеет аналоговый выходной сигнал. Данный электроемкостный уровнемер не имеет нужной степени помехозащищенности, вследствие чего чувствительность укаэанного устройства невысока.

Известен также емкостный уровнемер для измерения уровня различных жидкостей, в котором улучшены характеристики вход — выход за счет введения преобразователей емкость — напрея-40 жение - время и схем сравнения НЕ-И 23

Недостатком данного устройства является сильная зависимость точнос- ти измерения от линейности характеристики преобразователя емкость " i напряжение — время, (обусловленную,например, температурным режимом контролируемой)среды включенного в контур обратной связи измерительной схемы.

Наиболее близким по технической у сущности к предлагаемому является емкостной уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный емкостные датчики, включенные каждый к своему каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных преобразователя емкость — время, схемы сравнения НЕ-И временных ин983 тервалов и детектора среднего значения, устройство задержки, два управляемых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор,компаратор, две схемы И, два триггера, два инвертора, счетчик, универсальный регистр и блок управления L3j.

Известное устройство позволяет осуществить телепередачу данных о границе раздела сред, имеет удовлетворительную точность, однако схемное решение преобразователей емкость время не позволяет получить необходимой надежности контроля в средах с температурой, превышающей допустимую, для полупроводниковых элементов

Р3А. Это обусловлено тем, что в преобразователях емкость — время полупроводниковые ключи в цепях, содержащих компенсационные и измерительные датчики, не могут быть пространственно отделены от собственно емкостных первичных преобразователей, а применение контактных ключей, например герконов, не обеспечит необходимых передаточных характеристик упомянутых преобразователей емкость — время, поскольку рабочие изменения емкости первичного преобразователя лежат в диапазоне нескольких десятков цикофарад, кроме того, изменение длительностей переходных процессов имеют тот же порядок, что и время микродребезга контактов геркона в момент его срабатывания.

Таким образом, известное устройство не обладает достаточйо широкой областью использования при измерении уровня границ раздела сред с произвольными физическими характеристиками е

Цель изобретения — повышение надежности и расширение области использования емкостного преобразователя уровня границ раздела сред.

Укаэанная цель достигается тем, что в- емкостном преобразователе уровня границ раздела сред, содержа-. щем расположенные по высоте емкостные датчики, подключенные к преобразователям емкость — время, схему сравнения временных интервалов и генератор импульсов, связанный с емкостными датчиками, введены узел синхронизации и устройства развязки. преобразователи емкость — время выполнены из последовательно включенных согласующего трансформатора свя3 1143 зи, входной коаксиальной линии связи, операционного усилителя и формирователя временных интервалов, выходы преобразЬвателей емкость — время соединены с входами схемы срав- 5 нения временных интервалов, емкостные датчики выполнены трехэлектродными, причем два их электрода соединены с преобразователем емкость — время, третий электрод через выходную коак- 10 сиальную линию связи и устройство развязки соединен с генератором импульсов, к которому через узел синхронизации подключены также установочные входы формирователей временных интервалов.

На чертеже показана функциональная схема преобразователя уровня границ раздела сред.

Устройство ai.лючает в себя выносные трехэлектродные емкостные датчики 1, согласующие трансформаторы

2 связи, формирователи 3 временных интервалов, схему 4 сравнения временных интервалов, узел 5 синхрони- 25 зации, генератор 6 импульсов, устройство 7 развязки, коаксиальные линии

8 и 9, операционные усилители 10, преобразователь емкость — время 11, .который образован последовательным соединением согласующего трансформатора 2 связи, коаксиальных линий 9

1 связи, операционного усилителя 10 и формирователя 3 временных интервалов .

Чувствительные части выносных трехэлектродных емкостных датчиков

1 выполнены, например, в виде плоских электродов, нанесенных по высоте внешней поверхности диэлектрического полого цилиндра. Электроды датчиков

1 защищены изоляционным покрытием

40 от контролируемой среды. Высокопотенциальные электроды емкостных датчиков 1. подключены к выходам коаксиальных линий 8 связи, а выходы датчиков 1 подключены к первичным обмот45 кам согласующих трансформаторов 2 связи, вторичные обмотки которых подключены к коаксиальным линиям 9, причем и согласующие трансформаторы

2 связи и коаксиальные линии 8 и 9 размещены во внутренней герметизированной области указанного полого цилиндра.

Формирователи временных интерва- 55 лов могут быть выполнены из последовательно соединенных триггеров, охваченных обратной связью по числу им983 4 пульсов, а установка формирователя

3 временных интервалов в исходное состояние может осуществляться, например, подачей импульса синхронизации на установочные входы триггеров от узла 5 синхронизации, который возбуждается от генератора 6 импульсов. От этого же генератора через устройства 7 развязки импульс возбуждения подается на входы коаксиаль-. ных линий 8. Выходы формирователей 3 временных интервалов соединены с входами схемы 4 сравнения временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

При подаче, например, отрицательного импульса напряжения от генератора 6 импульсов по коаксиальным линиям 8 на высокопотенциальные электроды выносных трехэлектродных емкостных датчиков i в электродной системе датчиков во время действия импульса напряжения запасается энергия, величина которой определяется характеристикой сред, окружающих чувствительные части трехэлектродных емкостных датчиков 1. После окончания действия импульса напряжения эта энергия рассеивается преимущественно на колебательном контуре (который образован частичной эквивалентной емкостью датчика, подключенной к входу согласующего трансформатора 2 связи) в режиме свободнозатухающих колебаний. При этом частичная емкость датчика 1, образованная высокопотен циальным электродом и условно средним электродом, разряжается на колебательный контур через относительно высокоомный резистор устройства 7 развязки.

Если уровень границы раздела контролируемой среды находится в пределах зоны действия одного из выносных емкостных датчиков 1 и этот уровень повышается, то это приводит к увеличению периода свободнозатухающих колебаний и вместе с тем к уменьшению амплитуды этих колебаний, однако частичная емкость датчиков 1, образованная высокопотенциальным и условно средним электродом выносного трехэлектродного емкостного датчика 1, будет увеличиваться, что обеспечит компенсацию уменьшения уровня амплитуд свободнозатухающих колебаний.

3 1143983

В качестве информативного парамет- формирования заднего фронта импульра выбран временной интервал, крат- сов, сформированных из последованый переменному полупериоду свобод- тельности мгновенных значений напрянозатухающих колебаний. Свободноза- кений на выходах операционных усили- туха1ощие колебания с вторичной обмот- 5 телей 10. Моменты окончания временных ки понижающего согласующего транс- интервалов определяются моментами форматора 2 связи (с коэффициентом переключения оконечных триггеров фортрансформации таким, что реально мирователей 3. Сформированные по существующая емкость коаксиальной длительности импульсы с формирователинии, вносимая в колебательный 10 лей 3 временных интервалов поступают контур, оказывается относительно ма- на входы схемы 4 сравнения временных лой) по коаксиальной линии 9 посту- интервалов, которая выделяет разности лают на вход операционного усилителя по длительностям указанных временных

10. Последний предназначен для обес- интервалов и знаки этих разностей, печения рабочего уровня входных на- 5 которые могут передаваться посредстпряжений формирователя 3 временных вом телеканала на устройство индикаинтервалов. Полярность включения ции. вторичной обмотки согласующего транс- В предлагаемом преобразователе форматора 2 связи в коаксиальную ли- рабочие изменения частичных емкостей нию 9 такова, что на выходе опера- ро чувствительных элементов выносных ционного усилителя 10 первая полувол- трехэлектродных емкостных датчиков на напряжения является положитель- отобракаются в относительные измененой, а длительность возбуздающего- ния частот свободнозатухающих колебаимпульса генератора 6 импульсов вы- ний, что позволяет осуществить с побирается меньшей из наименьших зна- 25 мощью соответствующих трансформаточений длительности полупериодов eso- ров связи передачу информации по отбоднозатухающих колебаний. При ука- носительно длинными линиям связи. занных условиях импульс с генератора Кроме того, внешние электромагнит6 импульсов через узел 5 синхрониза- ные шумы демпфируются в колебательции обеспечивает одновременную уста- ЗО ном контуре, не создавая существенных

Т новку формирователей 3 временных погрешностей в контроле границ разинтервалов в исходное состояние, дела сред. Временные флуктуации параобозначая начало формируемых времен- метров операционных усилителей в

1 ных интервалов. Переключение тригге- данной системе такие не являются ров формирователя 3 временных интер- критичными для работы всего предла35 валов определяется моментами времени гаемого устройства в целом.

1143983

Составитель В. Неклюдов

Редактор Аг. Шандор Техред С.йовжий Корректор И, Эрдейи

Заказ 894/34 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4