Резонансный уровнемер

 

РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками , делителем кодов, программным ком-- мутирующим устройством и двумя клю ..чами, при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа , выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммиОд рования второго реверсивного счетчиСА9 ка, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и сл второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«9<Я0««1 16

1 А

4(50 С О1 F 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3542066/24-10 (22) 21.0!.83 (46) 23.06.85. Бюл. Ф 23 (72) М.Ш. Гусейнов, А.M. Амиров и Н.Д. Пустовалов (71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промьппленности (53) 681.128.6(088.8) (56) 1. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин.

И., "Наука", 1978.

2. Астафьев А.А. Кияшев А.И., Шаров В,А. Резонансный уровнемер электропроводных сред. — "Приборы и системы управления", 1975, Ф 9, с. 26-28 (прототип). ,(54)(57) .РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕИЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем., выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным ком мутирующим устройством и двумя клю.чами, при этом выход генератора счетных импульсов соединен с.первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов °

1 1163

Изобретение относится к измерению неэлектрических величин и может быть использовано в высокочастотных резонансных уровнемерах электропроводных сред. S

Известны одноканальные резонансные уровнемеры, имеющие одноканальный первичный преобразователь, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка длинной 10 линии, и удлинительный эквивалент (понижающий рабочий диапазон частот первичного преобразователя), выполненный в виде отрезка длинной линии, заполненной диэлектриком — диэлектри-15 ческим изолятором (обычно в качестве удлинительного эквивалента используется удлинительный коаксиальный радиочастотный кабель) j1j, Однако эти уровнемеры не обеспечива-20 ют высокую точность измерения уровня при температурных воздействиях окружающей среды и изменении свойств (диэлектрической проницаемости), газовой среды, заполняющей чувствительный элемент первичного преобразователя, а также при нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю, так как при воздействии температуры вследствие температурного коэффициента расширения изменяется электрическая длина 6 э удлинительного эквивалента, а также диэлектрическая проницаемость б материала изолятора удлинительного эквивалента вследствие температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, что также вызывает изменение электрической длины 8 з удлинительного эквивалента S ä=4, Е 5 р где у — фактическая длина удлинительного эквивалента), а изменение свойств газовой среды (изме- 45 нение Е ) вызывает изменение электрической длины чувствительного элемента „з(„ =6 4F+ где 1фактическая длина чувствительного элемента) первичного преобразовате- 50 ля. Нестабильность параметров внешних цепей приводит к нестабильности эквивалентного удлинения электрической длины первичного преобразователя. 55

Изменение электрической длины первичного преобразователя при воздействиях температуры окружающей среды и изменение свойств газовой среды и нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю, приводят к изменению резонансной частоты первичного преобразователя (при отсутствии изменения уровня среды), а значит,к погрешности измерения уровня.

Таким образом, зти резонансные уровнемеры инвариантны только к изменению свойств контролируемой среды и не обеспечивают высокой точности измерения уровня при температурных воздействиях окружающей среды и изменении свойств газовой среды.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является одноканальный резонансный уровнемер электропроводных сред, использующий выходную характеристику первичного преобразователя типа T = (((Н) (где Т вЂ” период колебания ВЧ-автогенератора Н вЂ” измеряемый уровень), содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, имеющим чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительный эквивалент, выполненный в виде отрезка длинной линии, заполненной диэлектрическим изолятором

:(удлиненный радиочастотный кабель), формирователь и устройство преобразования периода колебаний

ВЧ-автогенератора в выходной сигнал (2) .

Однако известный уровнемер обладает указанными недостатками и погрешностью измерения, связанной с изменением параметров ВЧ-автогенератора.

Цель изобретения — повышение точ ности измерения уровня.

Поставленная цель достигается тем, что резонансный уровнемер, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным комму1163151 тирующим устройством и двумя ключами,при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройст- ва соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, 10 выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делителя кодов. 30

На чертеже показана блок-схема предлагаемого уровнемера.

Резонансный уровнемер содержит первичный преобразователь, состоящий из чувствительного элемента 1, вы- 35 полненного в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительного эквивалента 2, выполненного в виде отрезка длинной линии,. заполненного диэлектриком, ключи 3 и 4 коммута- 40 ции электрической длины первичного преобразователя, ВЧ-автогенератор 5, формирователь 6, генератор 7 счетных импульсов, программное коммутирующее устройство 8, логические 45 элементы И 9 — 11, реверсивные счетчики 12 и 13 и делитель 14 кодов.

Выход ключа 3 подключен к первичному преобразователю на стыке чувствительного элемента 1 с удлинитель-50 ным эквивалентом 2, а выход ключа 4 к чувствительному элементу первичного преобразователя на опорном расстоянии 1о от стыка удлинительного эквивалента 2 с чувствительным Ы элементом 1. Ключи 3 и 4 осуществлязт короткое замыкание в первичном преобразователе при подачи на них сигналов с программного коммутирующего устройства (ПКУ) 8. (Конструктивно ключи 3 и 4 могут быть выполнены на ВЧ-диодах, на которые через развязывающие ВЧ-цепи подается управляющее напряжение смещения.

При подаче прямого напряжения смещения диод открывается и замыкает первичный преобразователь, при подаче обратного напряжения смещения диод запирается, и первичный преобразователь размыкается. Конструктивно ключи 3 и 4 также могут быть выполнены на ВЧ-электромагнитных реле, управляемых постоянным током.).

Ф

Первичный преобразователь уровнемера имеет однородное волновое сопротивление,т.е. волновое сопротивление чувствительного элемента%, Ф д з„ равно волновому сопротивлению Щ„„ удлинительного эквивалента и имеет линейные выходные характеристики типа T = p(H) где Т вЂ” период колебаний на резонансной частоте; Н— измеряемый уровень (0 ).

Уровнемер работает следующим образом.

Изменение уровня контролируемой среды вызывает изменение резонансной частоты первичного преобразователя, что, соответственно, вызывает изменение частоты колебаний

ВЧ-автогенератора 5. В формирователе 6 производится формирование прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна периоду колебаний ВЧ-автогенератора 5. С выхода формирователя 6 прямоугоЛьные импульсы поступают на вход генератора 7 счетных импульсов и стробируют последовательность счетных импульсов, поступающих через логические элементы

И 9 — 11 на реверсивные счетчики

12 и 13.

Управление работой уровнемера осуществляется сигналами, подаваемыми с ПКУ 8 на входы логических элементов И 9 — 11 и ключей

3 и 4. Одновременно с управляющими сигналами с ПКУ 8 подаются синхронизирующие сигналы на формирователь 6.

Процесс измерения состоит из трех тактов.

В первом такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на .вход логического элемента И 9. Ключи

3 и 4 разомкнуты. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением

Й2 К Т2 (4) 1163151 6 н На вход суммирования второго реверсивного счетчика 13 поступают счетные импульсы, число которых равно

10 где и — коэффициент, равный 4 или

° 2 при использовании четвертьволнового или полуволнового резонанса первичного преобразователя соответственно, 1с — скорость распространения волны в свободном пространстве, ) у — фактическая длина удлинительного эквивалента, — диэлектрическая проницае3.э мость изолятора удлинительного эквивалента, Э вЂ” эквивалентное удлинение

И первичного преобразователя, создаваемое параметрами внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю, ЗО д — опорная длина чувствительного элемента первичного преобразователя, » — измеряемый уровень среды; б р — диэлектрическая проницае- Я мость газовой среды, заполняющей чувствительный элемент первичного преобразователя.

На вход суммирования первого 40 реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы, число которых равно

N К ° Т„, () где К вЂ” коэффициент пропорциональности, учитывающий количество счетных импульсов, приходящихся на единицу периода колебаний ВЧ-автогенератора 5.

Во втором такте с ПКУ 8 управляющий сигнал подается на вход логического элемента И 11 и ключ

4. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определяется уравнением (5) т,- — ((е„,.g,) с (7) (8) Таким образом, согласно выражению

43 (9) на выходе уровнемера формируется код, прямо пропорциональный измеряемому уровню g который не зависит от длины E и диэлектрической проницаемости f изолятора . удлинительного эквивалента, диэлектрической проницаемости с среды, заполняющей чувствительный элемент первичного преобразователя, и от эквивалентного удлинения 1Э, создаваемого параметрами внешних цепей, подключаемых к первичному преобразо:вателю, чем достигается большая точность измерения уровня. т,--„" е Г„, е, е, Гк,", е„4е,е), т,--"(e -Т ., e, e. Ã . ), "с

В третьем такте управляющий сигнал подается на вход логического элемента И 10 и ключ 3. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора

5 определяется уравнением и на входы вычитания реверсивных счетчиков 12 и 13 одновременно посту. пают импульсы в количестве н = т (6)

Таким образом, в третьем такте в счетчиках 12 и 13 осуществляется вычитание импульсов, записанных на входы вычитания, из импульсов, записанных на входы суммирования.

По окончании третьего такта выходные коды реверсивных счетчиков 12 и 13 соответственно определяются величинами а е 1 и д и е-Ъ= " "3= "(1 3

Ьй,, = ),-й,= К(т,-т, .

В делителе 14 кодов происходит деление выходных кодовbN< и аН g реверсивных счетчиков, и на выходе делителя 14 полученная цифра N оказывается прямо пропорциональной измеряемому уровню 8 » и определяется выражением ай,, цт, т, К +р„(9).

)1- —— к, ),(,-t, Е, 7

Предлагаемый резонансный уровнемер позволяет повысить точность измерения уровня электропроводных сред sa счет уменьшения погрешности измерения, связанной с температурными воздействиями ок11631 5! 8 ружающей среды, изменением свойств газовой среды,.заполняющей. первичный преобразователь, и нестабильностью параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю.

Заказ 4094/39 Тираж 703

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное с

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

Составитель И. Некрасов

Редактор О. 1Орковецкая. Техред.М.Пароцай Корректор, А. Тяско