Уровнемер для электропроводных жидкостей (его варианты)

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля уровня электро19 проводных химических продуктов и плавов . Цель изобретения - линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышение чувствительности уровнемера. При какомто определенном уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки индуктивности 15 и переменного резистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяется длина короткозамкнутого (КЗ) витка, образованного измерительными электродами 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6, что,приводит к изменению вносимых из КЗ витка в обмотку 1 датчика активного и индуктивного сопроа S (Л ./f ИМ1 Ю Од СО оо ,fM.Z

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ио 4 С 01 F 23/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ проводных химических продуктов и плавов. Цель изобретения — линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышение чувствительности уровнемера. При какомто определенном уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной ка тушки индуктивности 15 и переменного резистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяется длина короткозамкнутого (КЗ) витка, образованного измерительными электродами 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6, что.приводит к изменению вносимых из К3 витка в обмотку 1 датC чика активного и индуктивного сопро- Е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 418738 (21) 3784248/24-10 (22) 30.08.84 (46) 15.06.86. Бюл. У 22 (72) В.П. Гуменчук, В.M. федосеев и А.И. Юрченко (53) 681.128.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 418738, кл. С 01 F 23/00, 1975. (54) УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

ЖИДКОСТЕЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля уровня электро„„SU„„1237913 А 2

1237913 тивлений. При этом изменяется индуктивное сопротивление обмотки 1 датчика, так как при изменении уровня жидкости 6 изменяется сопротивление цепи, состоящей из источника тока 11, обмотки 9, электрода. 8, жидкостного промежутка между электродом 8 и измерительным электродом 3, электрода

3 и переменного резистора 18, и соответственно ток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода (M) 2. При повышении уровня жидкости 6 уменьшается

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано для контроля уровня электропроводных химических продуктов и плавов и является дополнительным к основному по авт. св. Р 418739.

Целью изобретения является линеаризация зависимости выходного сигнала от уровня жидкости и повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 схематически представлен уровнемер, общий вид; на фиг.2— электрическая схема уровнемера; на фиг. 3 — то же, что на фиг. 1, вариант; на фиг. 4 — то же, что на фиг.2, вариант; на фиг. S — типичное распределение плотности тока между электродами.

Уровнемер по первому варианту (фиг. 1 и 2) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 1 которого размещена на 0-образном магнитопроводе

2, пары измерительных электродов 3 и 4, опущенных в сосуд 5 на глубину контролируемого уровня, один из которых (электрод 3) расположен снаружи датчика и может быть замещен электропроводной стенкой емкости, а другой (электрод 4) проходит через внутреннее окно магнитопровода 2, причем концы электродов 3 и 4, находящиеся вне контролируемой жидкости 6, электрически соединены между собой проводником 7. Дополнительный электрод

8 опущен в сосуд 5 также на глубину контролируемого уровня. Источник магнитного поля выполнен в виде обдлина К3 витка, увеличнна» rc» ток через обмотку 9, увеличивается степень подмагничивания M 2 и уменьшается индуктивность сопротивления обмотки 1 датчика; последняя теперь зависит одновременно от величины сопротивления К3 витка и степени подмагничивания M 2. Этим достигается усиление сигнала на выходе моста 12. Представлены варианты устройства. Изобретение дополнительное к авт. св. У 418738. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

2 мотки 9 на П вЂ” образном сердечнике 10, подключенном к источнику 11 питания последовательно с электродом 3 и дополнительным электродом 8. Магнитное поле должно быть ориентировано вдоль плоскости магнитопровода 2 датчика. Дополнительно электрод 8 может проходит как через внутреннее окно магнитопровода 2, так и вне его.

10 Обмотка 1 датчика включена в одно из плеч моста 12, в другое плечо которого для температурной компенсации включена обмотка 13, идентичная обмотке 1 и расположенная на таком же

15 О-образном магнитопроводе (не показан), расположенном íà KpbOItKp сосуда 5 или вблизи него. В диагональ моста 12 включен индикатор 14 уровня. Для балансировки моста 12 имеет2п ся подстроечная катушка 15 индуктивности и переменный резистор 16, подключенный к витку 17, охватывающему обмотку 13, С помощью переменного резистора 18 устанавливается ток че25 рез обмотку 9 подмагничивания магнитопровода ?. Электроды 3 и 4, жидкость между ними и проводник 7 образугот короткозамкнутый виток.

Электроды 4 и 8 выполнены из

3g проволоки с высоким электрическим сопротивлением, например из константана.

Уровнемер работает следующим образом.

Изменение длины короткозамкнутого витка при изменении уровня приводит к изменению его активного и

1237913 индуктивного сопротивлений и полного сопротивления датчика, которое имеет вид

Z=(R +R„)+(XL-X ) =Z, - Е, где К„ активное сопротивление обмотки датчика; реактивное (индуктивное) сопротивление обмотки дат- 1р чика; вносимые из короткозамкнутого витка активное и реактивное сопротивления, которые соответственно равны

W2. М2

К,Х бц п (К +R );

1Р М

Х где М вЂ” коэффициент взаимоиндукции между обмоткой датчика и короткозамкнутым витком; 25

U„„, К дЕ

Вых

1 4 где К= — — отношение витков трансW, форматора питания.

По мере повьппения уровня жидкости увеличивается К „ . Но это увеличение вносимого сопротивления носит нелинейньпЪ характер, так как по мере увеличения уровня жидкости плот- 55 ность тока через жидкостной промежуток по его сечению распределяется неравномерно, при этом максимальная (Кэ

+R ) — активное сопротивление короткозамкнутого витка, складывающееся из сопротивления электродов и сопротивления 5п жидкости между электродами;

W:L реактивное (индуктивное) Зп сопротивление короткозамкнутого витка;

Z, — полное сопротивление обмотки датчика при нижнем или верхнем положении уровня жидкости, т.е. когда измерительный мост сбалансирован; пZ — величина изменения полного сопротивления обмотки индуктивного датчика.

При этом выходное напряжение моста определяется выражением плотность тока сохраняется около поверхности жидкости. Чем выше уровень, тем больше в сумме (R +К ) влияние второго члена (К ), так как по мере увеличения уровня скорость его уменьшения падает, а первый член (R,) по мере повышения уровня линейно уменьшается.

Изменение вносимого реактивного сопротивления в значительной степени носит линейный характер, так как оно в основном определяется линейным изменением индуктивности короткозамкнутогб витка 1., 3п

Таким образом, нелинейность выходного сигнала определяется преимущественно нелинейностью изменения вносимого активного сопротивления R

В то же время ток, проходящий по обмотке подмагничивания сердечника, определяется величинами активного сопротивления дополнительного электрода К и сопротивлением жидкостного промежутка R . .Ток подмагничи,вания равен

U п

* с где !! — напряжение источника питания;

R — сопротивление дополнитель*р ного электрода.

Описанный характер изменения сопротивления жидкостного промежутка между дополнительным и одним из измерительных электродов сохраняется и по мере повьппения уровня жидкостн скорость увеличения уменьшается. Без короткозамкнутого витка скорость изменения выходного сигнала с измерительного моста тоже уменьшалась бы, так как индуктивность датчика изменяется пропорционально изменению тока подмагничивания I„..

При одновременном воздействии на индуктивный датчик короткозамкнутого витка и тока подмагничивания выходной сигнал моста линеаризуется.

Одновременно благодаря действию магнитного усилителя повышается чувствительность уровнемера.

При каком-то уровне жидкости 6 мост 12 с помощью подстроечной катушки 15 индуктивности и переменного резистора 16 балансируется. При изменении уровня жидкости 6 изменяется длина короткозамкнутого витка, образованного измерительными электрода-

1237

S ми 3 и 4, проводником 7 и жидкостью 6 между электродами 3 и 4, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутогб витка в обмотку 1 датчика активного R „ и индуктивного

Х „ сопротивлений. При этом изменяется и индуктивное сопротивление Х„ самой обмотки 1, так как при изменении уровня жидкости 6 изменяется сопротивление цепи, состоящее нз источника 11 тока, обмотки 9, дополнительного электрода 8, жидкостного промежутка между дополнительным 8 и измерительным 3 электродами, электрода 3 и переменного резистора 18„ а также ток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода, При повышении уровня жидкости 6 уменьшается длина короткозамкнутого витка и увеличиваются вносимые индуктивное Х, и активное R „ сопротивления. Одновременно увеличиваются ток через обмотку 9 и степень подмагничивания магнитопровода 2 и уменьшается индуктивность 1 датчика.

В выражении для Z одновременно уменьшается значение индуктивного сопротивления обмотки 1 датчика и увеличивается значение вносимого в обмотку 1 индуктивного сопротивления Х вн из короткозамкнутого витка. Индуктивность обмотки 1 теперь зависит одновременно от величины сопротивления короткозамкнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 2. Этим достигается усиление сиг35 нала на выходе моста 1 2. Од новр еменно линеаризуется зависимость выходного сигнала датчика от величины уровня, так как направления изменения скоростей выходного сигнала на выходе моста 12 от изменения длины электродов 3 и 4 короткоэамкнутого витка и от изменения тока подмагничивания I„ при изменении длины допол-4 нительного электрода 8 взаимно противоположны, Уровнемер по второму варианту (фиг, 3 и 4) состоит из ферромагнитного датчика, обмотка 19 которого

50 размещена на О-образном магнитопроводе 20, пары измерительных электродов 21 и 22, опущенных в сосуд 23 на глубину контролируемого уровня жидкости 24, один из которых (электрод 21) расположен снаружи датчика н может быть заменен электропроводной стенкой емкости 23, а другой (электрод 22) проходит через внутрен913 о нее окно магнитопровода 20. Источник

f магнитного поля выполнен в виде обмотки 25 на П-образном сердечнике 26, которая подключена к источнику 27 пи— тания последовательно с электродами

21 и 22, причем концы электродов 21 и 22, находящиеся вне жидкости 24, соединены конденсатором 28. Магнитное поле сердечника ориентировано вдоль плоскости магнитопровода 20. Обмотка 19 датчика включена в одно из плеч моста 29, в другое плечо которого для температурной компенсации включена обмотка 30 идентичная обмотке 19 и расположенная на таком же О-образном магнитопроводе (не показан), находящемся на крышке сосуда или вблизи него. В выходную диагональ моста 29 включен индикатор

3 1 уровня. Для балансировки моста 29 имеется подстроечная катушка 32 индуктивности и переменный резистор

33, подключенный к витку 34, охватывающему обмотку 30. С помощью переменного резистора 35 устанавливается ток через обмотку подмагничивания 25.

В данном варианте электрод 22 должен обязательно проходить через внутреннее окно магнитопровода 20 для создания на нем короткозамкнуто 0 витка. Так же, как и в первом ваарианте, электрод 22 выполнен из материала с высоким электрическим сопротивлением. Выполнение одного или обоих электродов из материала с высоким сопротивлением позволяет расширигь диапазон контролиуремых жидкостей в сторону малых значений их проводимостей.

Этот уровнемер работает так же, как уровнемер по первому варианту.

При каком-то уровне жидкости 24 мост 29 с помощью подстроечной катушки 32 индуктивности и переменного резистора 33 балансируется. При изменении уровня контролируемой жидкости изменяется длина короткозамкнутого витка, образованного элек; тродами 21 и 22, конденсатором 28 и жидкостью 24 между электродами 21 и 22, что приводит к изменению вносимых из короткозамкнутого витка в обмотку 19 датчика активного R u вн индуктивного Х „сопротивлений. При этом изменяется и индуктивное сопротивление Х„ самой обмотки 19, так как при изменении уровня жидкости 24 изменяется сопротивление цепи подмаг1237913 ничивания, состоящей из источника

27 тока, обмотки 25, электрода 22, жидкостного промежутка между электродами 22 и 21, электрода 21 и переменного резистора 35, а также ток, проходящий по этой цепи, и степень подмагничивания магнитопровода 20. При повышении уровня жидкости 24 уменьшается длина короткозамкнутого .витка и увеличиваются вносимые индуктивное Х и активное R „

Ви сопротивления. Одновременно увеличивается ток через обмотку 25, увеличивается степень подмагничивания магнитопровода 20, уменьшаются его tS магнитная проницаемость и индуктивность обмотки !9 датчика. В выражении для Z одновременно уменьшается значение индуктивного сопротивления Х„ обмотки 19 датчика и увеличи- 20 вается значение вносимого в обмотку 19 со знаком минус индуктивного сопротивления Х „ . Индуктивность обмотки 19 датчика зависит одновременно от величины сопротивления коротко- замкнутого витка и степени подмагничивания магнитопровода 20.

Одновременно с увеличением изменения выходного сигнала достигается его линеаризация, так как направле- 30 ния изменения скоростей выходного сигнала на выходе моста 29 от изменения длины электродов 21 и 22, образующих короткозамкнутый виток, и длины тех же электродов, образующих цепь подмагничивания обмотки 25, взаимно противоположны при изменении длины погруженных в жидкость частей электродов.

Для уменьшения погрешности от поляризации в качестве. источников

11 и 27 тока использованы генераторы разнополярных импульсов. Длительность импульсов может в десятки и сотни раз превышать период колебаний источника переменного тока, к которому подключены измерительные мосты 12 и 29.

Формула из.обретения

1. Уровнемер для электропроводных жидкостей по авт. св. 9 418738, отличающийся тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измеряемого уровня и йовышения чувствительности, уровнемер снабжен дополнительным электродом, опущенным в сосуд на глубину измеряемого уровня, источником питания и сердечником, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, с обмоткой подмагничивания, одним концом соединенной с дополнительным электродом, а другим подключенной к первой клемме источника питания, вторая клемма которого соединена с общей точкой пары измерительных электродов

2. Уровнемер для электроприводных жидкостей по авт. св. Ф 418738, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от измеряемого уровня и повышения чувствительности, уровнемер снабжен последовательно соединенными источником питания, обмоткой подмагничивания сердечника, магнитное поле которого ориентировано вдоль плоскости магнитопровода, и конден-. сатором, включенным между верхними концами пары измерительных электродов.

3. Уровнемер по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что источник питания выполнен в виде генератора разнополярных импульсов.

i2373)3

1 а

12 79!.3

123/913 фсФ 4

ВНИИПИ Заказ 3278/41 Тираж 705

Подписное

Произв-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4