Емкостной измеритель уровня

 

ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ, содержащий двухэлектродный датчик, связанный с высокочастотным генератором , преобразователь емкости в напряжение , подключенный к выходу датчика и выполненный в виде операционного усилителя с звеном отрицательной обратной связи, и детектор, связанный с выходом преобразователя. отличающийся тем, что, с целью повьшения точности при ди . станционном измерении, в него введено пороговое устройство, к одному входу которого относительно общей точки (корпуса) подключен выход операционного усилителя, к другому источник опорного напряжения, его выход через детектор подключен к неинвертирующему входу усилителя, а звено отрицательной обратной связи выполнено в виде соединенных треугольником явук конденсаторов и резистора , первая вершина которого, образованная резистором и конденсатором , соединена с выходом операцион (Л ного усилителя, вторая, образованная резистором и другим конденсатором, соединена с его инвертирующим входом, а третья вершина, образованная двумя конденсаторами, подключена к последовательно соединенным датчику и выходу генератора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5D 4 G 01 F 23/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3748218/24-10 (22) 04.06.84 (46) 30.12.85. Бюл. № 48 (71) Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) В.Н.Аксенов, Т.В.Антонцева и М.И.Федорова (53) 681.128 ° 63(088.8) (56) Патент США - 3901079, кл. 73-304, 1975.

Патент ФРГ ¹ 2120407, кл. С 01 F 23/26, .1979. (54)(57) ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ, содержащий двухэлектродный датчик, связанный с высокочастотным генератором, преобразователь емкости в напряжение, подключенный к выходу датчика и выполненный в виде операционного усилителя с звеном отрицательной обратной связи, и детектор, связанный с выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при ди-станционном измерении, в него введено пороговое устройство, к одному входу которого относительно общей . точки (корпуса) подключен выход операционного усилителя, к другому— источник опорного напряжения, его выход через детектор подключен к неинвертирующему входу усилителя, а звено отрицательной обратной связи выполнено в виде соединенных треугольником двух конденсаторов и резистора, первая вершина которого, образованная резистором и конденсатором, соединена с выходом операционного усилителя, вторая, образованная резистором и другим конденсатором, соединена с его инвертирующим входом, а третья вершина, образованная двумя конденсаторами, подключена к последовательно соединенным датчику и выходу генератора.

ã2Î16Â6

Изобретение относится к приборостроению, а именно устройствам контроля уровня, и может найти применение в различных отраслях промышленности и энергетики.

Цель изобретения — повышение точности при дистанционном измерении.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя; на фиг. 2эквивалентная схема преобразователя емкости: в напряжение; на фиг. 3форма .сигнала на выходе преобразователя.:,.

Емкостной измеритель уровня включает .в себя (фиг. 1) емкостной двухэлектродный датчик 1, межэлектродная. емкость которого Сд определяется положением уровня, высокочастотный генератор 2, преобразователь 3 емкости в напряжение, выполненный на

1. базе операционного усилителя 3 с звеном отрицательной обратной свяII ,зи 3, пороговое устройство 4 и детектор 5, выходной сигнал которого Ug является одновременно выходным сигналом измерителя.

1I

Звено обратной связи 3 усилителя 3 выполнено в виде треугольника, образованного двумя конденсаторами С и Ср и резистором R, причем одна вершина (R С) соединена с выходом усилителя, вторая (R, Ср) с его инвертирующим входом, а между третьей вершиной (С, Cp) и общей точкой измерительной схемы (корпусом) включены последовательно соединенные датчик и выход генератора, их подключение к точке (С, Cp) осуществляется экранированным кабелем, экран которого соединяется с общей точкой схемы (корпусом).

Емкостной датчик 1 включает в сеИ бя измерительные электроды 1 и 1 укрепленные параллельно, причем один из электродов может быть заэемлен, например, при контроле электропроводящей жидкости, когда сама жидкость выполняет роль одного из электродов.

В общем случае емкость датчика равна

С =С„,+ас, (1) где Сд — емкость датчика при отсутствии жидкости

h аСЕ1- — если погонные параметры

Н датчика постоянны по всей высоте;

К1 - коэффициент пропорциональности, учитывающий размеры, выполнение и расстояние между электродами.

Для обеспечения последовательного соединения. выхода генератора 2 с датчиками при заземлении одного из электродов датчика в него введен

Ill трансформатор 1, первичная обмотка которого включена между заземленным электродом и выходом генератора, 1ð а вторичная — между вторым электродом и общей точкой конденсаторов С и Ср звена обратной связи.

На фиг. 2а приведена эквивалентная схема преобразователя 3 емкости в напряжение с указанием включения дестабилизирующих емкостей линии связи С и С„, причем одна из них

С„1 включена между корпусом и общей точкой (С, Cp) а другая емкость С шунтирует выход генератора 2.

Операционный усилитель 3 преобразователя выполняет две функцииф усиление сигналов переменного тока, усиление постоянного напряжения.

Как усилитель постоянного тока он представляет собой повторитель (фиг. 2в), у которого на неинвертирующий вход подается постоянное напряжение, а инвертирующий вход соедиЗР нен с резистором R цепи отрицательной обратной связи. При большом коэффициенте усиления на его входе и выходе одинаковое напряжение.

35 Как усилитель переменного тока он представляет собой инвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого определяется величиной емкости датчика С> и параметрами звена

4Р обратной связи. Амплитудное значение переменного напряжения на выхо.де преобразователя 3 равно

Сд

U =0

Ф глй У (2)

KC

45 1+(— —КССР ) где С=ср+С 1+Сд+С

<д=2И;

f - частота напряжения генератора;

U«„ — амплитуда напряжения генератора., Результирующее напряжение на выходе преобразователя 3 включает в себя постоянную и переменную сос55 тавляющие и равно

Сд 1

U =0д -U =0 - — — — — (3)

3 6 глг С

1+( азсср:

1201686 4 пряжения (фиг. 3), которые детектируются детектором 5. Напряжение на выходе детектора равно U (U -U )K5 где K5 — коэффициент передачи детектора. Напряжение с выхода детектора подается как сигнал обратной связи на неинвертирующий вход усилителя 3.

При большом коэффициенте передачи К5 максимальное значение выходного сигнала преобразователя

Пюн -" — 14 °

Ср, С (4)

Данное условие выполнить несложно, так как конденсатор С является разделительным и емкость может быть выбрана достаточно большой, существенно больше емкости кабеля С„

При выполнении- данного условия выходное напряжение преобразователя определяется соотношением Сд/С и не зависит от емкости кабеля Сн, .

Емкость С„ шунтирует выход генератора и при выполнении генератора в виде источника ЭДС не влияет на точность измерения.

Выходной сигнал преобразователя 0 поступает на вход порогового устройства 4, на другой вход которого подается опорное напряжение U,„ величина которого выбирается равной

25 з

2. С

При увеличении R и С- . — — -0

К,)СС, и выражение (3) приобретает вид

Cio

Uîï

При U >Uo„на выходе порогового устройства появляются импульсы наСд — U

3 к С s стремится к величине Uo„, С учетом выражения (5) выходное напряжение детектора равно ьСд . Ks.

U5 - 161М

С 1+КО (6) 1

Следовательно, выходной сигнал детектора пропорционален изменению емкости датчика, которая зависит от уровня, не зависит от емкости линии связи при выполнении укаэанных условий, а влияние нелинейности характеристики детектора существенно уменьшается, при К5- нелинейность детектора вообще не сказывается на точность измерения.

1201686 З îï

Составитель А.Мартынов

Редактор Н.Швыдкая Техред А.Бойко корректор Л. Пилипенко

Заказ 7995/42 Тираж 702 Подписное

BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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