Высокочастотный уровнемер

 

Союз Советских

Соцмвлистических

Ресттублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕИЛЕСТВУ

<1ц830130 (6 I ) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 1708.79 (21) 2811383/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетОпубликовано. 150581,Бюллетень №18 (51)М. К .з

G D1 F 23/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК681. 128.

083.2 (088. 8) Дата опубликования описания 15.0581 (72) Авторы изобретения

Р. 3. Гумиров, А. С. Ульянов, В. A Äåìèí, В. В. Плотников, A,Ä.ÑåâåðèHoâ, Б.В.Лункин и Б.К.Полетаев

Научно-исследовательский и конструктора технологический институт теплоэнергетичфкого (71) Заявитель приборостроения.(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к- измерению уровня диэлектрических сред с. помощью резонансных устройств и может быть использовано в криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известны двухкананьные резонансные уровнемеры, включающие два генератора высокой частоты, два первичных1О преобразовтеля, длийа которых равна диапазону измерения, делители частоты, вычислительное устройство (1).

Однако эти уровнемеры не могут быть применены для решения задач, требующих постоянной величины абсолютной погрешности измерения, не зависящей от величины диапазона измерения (высоты емкости), Кроме того, характеристика двухканальных уровнемеров существенно нелинейна, и начальный участок диапазона имеет низкую чувствительность. Линеаризация характеристики уровнемера связана с дополнительными аппаратурными затратами и появлением дополнительных источников погрешностей. Все это затрудняет создание высокочастотного уровнемера с независимой от диапазона измерения абсолютной погрешностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является резонансный уровнемер, содержащий датчик, корректирующий контур, вычислительное устройство, соединенное с выходами двух преобразователей для выделения информативных параметров из выходных сигналов датчиков и корректирующего контура (2).

Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью.

Цель изобретения — повьыение точности измерения уровня диэлектрических сред посредством обеспечения независимости абсолютной погрешности измерения от диапазона измерения и снижения методической погрешности йзза наличия градиента диэлектрической проницаемости среды по высоте емкости.

Цель достигается тем, что уровнемер снабжен дополнительными датчиками, количество которых равно

Е (Н,ак ) — 1, E(H „. д ) - целая часть числа

"иаФ . д I

Н вЂ” максимальное з начеVtlOIII, ние Измеряемого . уровня, м

830130

Д вЂ” приведенная относительная погрешность измерения каждого датчика;

» — требуемая величина абсолютной погрешности измерения, м, установленными вертикально друг эа другом над основным датчиком, устройством управления, вход которого соединен с одним из выходов вычислительного устройства, а ныход — с цепями управления коммутатора, соединяющего выходы датчиков и корректирующего контура со входами преобразователей, выход одного иэ которых соединен с входами основного и всех четных дополнительных датчиков, а. выход друго= го соединен со входами корректирующего контура и всех нечетных дополнительных датчиков.

Кроме того нижний конец основного 2О датчика совмещен с нулевой отметкой диапазона измерения, а длина каждого датчика равна

Н1иох Ю

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого уровнемера. 30 уров немер содержит и датчиков

11. ° .1, резонансные частоты которых равны между собой, корректирующий контур 1о, настроенный на резонансную частоту пустого датчика, коммутатор 2, преобразователи 3 и 4, устройство 5 управления синхрониэирующее работу всего уровнемера, и вычислительное устройство б, обрабатывающее преобразованные сигналы датчиков по определенному алгоритму. Каждый иэ 40 датчиков представляет собой отрезок неоднородной электрической длинной линии с линейной выходной характеристикой (зависимость резонансной частоты от уровня среды) .Датчики 1„...1„и 45 корректирующий контур 1о возбуждаются одновременно выходными сигналами частотно-модулированных генераторов высокой частоты, входящих в состав преобразователей 3 и 4. При этом кор- 50 ректирующий контур 1 и все четные датчики 1 „. (1 - 1,2. ° . ) возбуждаются генератором преобразователя 3, а все нечетные датчики 1», „- генератором преобразователя 4. Выходные сигналы преобразователей 3 и 4 несут информацию о резонансной частоте корректирукцеГо контура и датчиков в виде, удобном для дальнейшей обработки. В зависимости от используемого в преобразователе способа вы- 60 деления информативного параметра он может быть построен по развертывающей или следящей схемам.

Уровнемер работает следукщим образом. 65

Изменение уровня среды вызывает изменение резонансной частоты частично заполненного датчика, а изменение диэлектрической проницаемости среды — изменение резонансной час оты корректирующего контура и всех полностью заполненных датчиков. При равенстве частоты колебаний генератора, входящего в состав преобразователя 3 или 4, с резонансной частотой возбуждаемого им датчика или корректирукщего контура на выходе последних выделяется видеоимпульс, который через коммутатор 2 подается на вход преобразователя. В последнем он преобразуется н вид, удобный для дальнейшей обработки в вычислительном устройстве б. Выходным сигналом устройства 5 управления коммутатор

2 устанавливается в исходное положение, при котором ко входу преобраэонателя 4 подключен выход корректирующего контура 1, а ко входу преобразователя 3 — выход основного датчика 1 . Выходные сигналы преобразователей 3 и 4, несущие информацию о резонансных частотах датчика 1„ и корректирующего контура 1, поступают на вход вычислительного устрой-. ства б. В вычислительном устройстве выходные сигналы преобразователей обрабатываются по алгоритму, исключающему зависимость результата преобразования от изменений диэлектрической проницаемости среды, и осуществляется оценка состояния датчика и корректирующего контура. При этом возможны следующие ситуации: корректирующий контур и датчик. пусты, корректирующий контур заполнен частично, датчик пуст, корректирующий контур заполнен полностью, датчик заполнен частично; корректирующий контур и датчик заполнены полностью, Если корректирующий контур пуст или наполнен частично, то выходной сигнал прибора соответствует нулевому значению уровня. Если корректирующий контур заполнен полностью, а основной датчик частично, то устройство. управления остается в исходном состоянии, Й измеряемый уровень

Н„ равен уровню h„ жидкостФ в .основном датчике. В случае, если корректирующий контур и основной датчик заполнены полностью, выходной сигнал вычислительного устройства б через устройство 5 управления устанавлинает коммутатор 2 в состояние, при котором к преббразователю 4 подключен основной датчик 1, а к преобразователю 3 — следующий за основным датчик 1 . После К(1< K n-1) измерительных тактов прибор устанавливается в окончательное для данного измерительного цикла состояние, при котором к преобразователю 4 подключен высший из полностью заполненных датчиков, а к преобразователю 3 — частич830130 (G вс л

Нп а д но заполненный или низший иэ пустых датчиков, Если к преобразователю 3 подключе н пустой датчик, то и з меря емый уровень равен

Н

ФШ

Н„

1 где i — номер высшего полностью заполненного датчика.

Если к преобразователю 3 подключен частично заполненный датчик с номером i + 1, то измеряемый уровнь

Нх определяется выражением

tI мах

Н вЂ” i ------ + х х и где h — величина уровня в частично заполненном датчике, Вид алгоритма преобразования выходных сигналов f> и f4 преобразователей 3 и 4 соответственно в вычислительном устройстве б определяется кон-ГО струкцией датчика и требуемой точностью измерения. Наибольшую точность, равную + 0,4Ъ от длины датчика ("— ) при изменении диэлектрической пронйцаемости среды E в диапазоне 1, 2- g5

1, б, об ес печи в ает алгоритм вида

O o < ) .— <

И l )-4 где f, f — выходные сигналы преЗО

Зо 4о образ ователей 3 и 4, соответствующие пустым датчикам.

С целью обеспечения высокой точности и простоты реализации более предпочтительным является алгоритм т4 эо! 4) Ъ (40!У4)

40 который при изменении в диапазоне

1, 2-1, б обеспечивает погрешность не более т.0 5% от длины датчика (и " )

Кроме того, использование в качестве входного сигнала преобразователя 4 сигналов самого верхнего из полностью 3 аполненных датчиков позволяет уменьшить методическую погрешность измерения, обусловленную градиентом Я по высоте емкости.

Формула изобретения

Высокочастотный уровнемер содержа щий датчик, корректирующий контур вычислительное устройство, соединенное с выходами двух преобразователей для выделения информативных параметров из выходных сигналов датчиков и корректирующего контура, о т л и чающий с ятем, что, сцелью повышения точности и получения не зависимой от диапазона измерения абсолютной погрешности измерения, он снабжен дополнительными датчиками, число которых -равно

Е (Н„„к)- 1, где Е (H, — ) — целая часть числа 9 д б еаа Д hIQL Д

Н вЂ” максимальное значение измеряемого уровня,м; приведенная относительная погрешность измерения каждого датчика

Д вЂ” требуемая величина абсолютной погрешности измерения, м, устайовленными вертикально друг з а другом над основным датчиком, устpoHcTHQ управления, вход которого соединен с одним из выходов вычислительного устройства, а выход — с цепями управления дополнительно введенного коммутатора, -соединяющего выходы датчиков и корректирующего контура со

:входами преобразователей, выход одного иэ которых соединен с входами основного и всех четных дополнительных датчиков, а выход другого соеди-. нен с входами корректирующего контура и всех нечетных дополнительных датчиков.

2. уровнемер по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что нижний конец основного датчика совмещен с нулевой отметкой диапазона измерения, а длина каждого датчика равна

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петров Б. Н. и др. Принцип инвариантности в измерительной технике. "Наука", 1976, с. 188.

Авторское свидетельство СССР

P. 463868, G 01 F 23/28, 1974 (прототип).

830130

Составитель Т.Иноземцева

Редактор Л. Копецкая Техред З. фанта

Корректор Г. Решет ник

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород. ул. Проектная, 4

Заказ 3786/85 Тираж 702

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Pаушская наб., д. 4/5