Устройство для измерения уровня жидкости

 

Сущность изобретения: устройство для измерения уровня жидкости содержит СВЧ-резонатор 1, СВЧ-генератор 2, ФНЧ 3 и частотомер 4. СВЧ-резонатор выполнен в виде линии задержки на отрезке волновода, закороченном на непогруженном конце. СВЧ-генератор выполнен в виде диода, катод которого подключен к стенке резонатора, а анод последовательно соединен с ФНЧ и частотомером. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, судостроении, мелиорации и других областях техники.

Наиболее близким аналогом является устройство, содержащее СВЧ-резонатор, подключенный к СВЧ-генератору, и последовательно соединенные фильтр и частотомер.

Его недостатком является сложность и относительно невысокая (порядка 10% ) точность определения уровня жидкости.

Цель изобретения повышение точности измерения и упрощение устройства.

Для реализации этой цели предлагается устройство для измерения уровня жидкости, содержащее чувствительный элемент на резонаторе сверхвысоких частот (СВЧ), СВЧ-генератор, ФНЧ и частотомер, резонатор СВЧ выполнен на длинной линии, например отрезке волновода, закороченном на непогружаемом конце, СВЧ-генератор установлен внутри волноводного резонатора на расстоянии четверти длины волны от закороченного конца, при этом его катод подключен к стенке волновода, а к аноду последовательно подключены фильтр нижних частот и частотомер. СВЧ-генератор выполнен на лавинопролетном диоде Ганна.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 результаты экспериментальных исследований.

Усилитель (СВЧ-генератор) с длинным волноводным резонатором, закороченным с торцов, причем одну закоротку составляет плоскость жидкости, представляет собой автогенератор с задержанной обратной связью (ЗОС).

Теория систем с ЗОС показывает, что подобные автогенераторы способны генерировать на ряде собственных частот, эквидистантно расположенных через частотные интервалы, где Т_х величина запаздывания волны в резонаторе между закоротками.

Реально подобный автогенератор генерирует периодическую последовательность очень коротких радиоимпульсов (≈ 0,8 нс) с периодом повторения Т_х ≃ 3,6 нс, соответствующего запаздыванию в непогруженной части волноводного резонатора (см.фиг.1).

Таким образом измерение Т_х эквивалентно измерению высоты (длины) l_хнепогруженной части волноводного резонатора, что эквивалентно измерению уровня жидкости.

Теоретически величину задержки (запаздывания) Т_х можно определить известной формулой T_x= где v_гр= c групповая скорость волны в волноводе (волна Н₁₀), имеющем ширину а стенки.

Отсюда следует, что зная а и измерив Ω_x, можно вычислить линейный размер непогруженной части волноводного резонатора l_х, образуемого между плоскостью жидкости и закороткой резонатора.

Экспериментально подтверждено, что прерывистая СВЧ-генерация сопровождается амплитудной модуляцией тока анода СВЧ-генератора с периодом τ_x только значительно на более низкой частоте (видеочастоте), что позволяет относительно легко измерить Ω_x.

Устройство содержит отрезок волновода 1, снабженного закороткой на верхнем конце и образующего совместно с плоскостью жидкости длинный волноводный резонатор, внутри которого от закоротки на удалении установлен твердотельный усилитель (СВЧ-генератор) 2 на диоде Ганна или лавинопролетном диоде, катод которого замкнут на корпус волновода, а к аноду через развязывающий конденсатор последовательно подключены фильтр нижних частот (фильтр гармоник) 3 и частотомер 4. Фильтр нижних частот 3 позволяет выделить первую гармонику видеопоследовательности тока анода Ω_x= Устройство работает следующим образом.

Открытый конец волновода 1 помещают в жидкость и в зависимости от текущего положения жидкости длина резонатора l_х принимает различные величины (сообщающиеся сосуды).

При этом генератор 2, размещаемый в резонаторе длиной l_х, генерирует периодическую последовательность радиоимпульсов с периодом Т_х.

С анода генератора 2 снимается продетектированная видеопоследовательность импульсов, период которых Т_х пропорционален текущему положению l_х.

С помощью ФНЧ 3 выделяют первую гармонику Ω₁видеопоследовательности, частота которой равна Ω₁= Ω_x= .

С помощью частотомера 4 измеряется частота Ω_x.

По измеренному значению Ω_x и известным значениям а обратным пересчетом рассчитывается τ_x и l_х, а следовательно, и уровень жидкости.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ, содержащее СВЧ-резонатор, подключенный к СВЧ-генератору, и последовательно соединенные фильтр и частотомер, отличающееся тем, что СВЧ-резонатор выполнен в виде линии задержки на отрезке волновода, закороченном на непогруженном конце, а СВЧ-генератор в виде полупроводникового диода, катод которого соединен со стенкой резонатора, а анод подключен к входу фильтра, выполненного в виде фильтра низких частот, причем рабочая частота частотомера Ω = 1/2τ_з, где τ_з величина запаздывания сигнала в резонаторе между закороченным концом волновода и поверхностью жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что СВЧ-генератор выполнен на лавинопролетном диоде или диоде Ганна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2