Резонансный датчик уровня электропроводных сред

 

РЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СРЕД, выполненный в виде отрезка длинной линии, состоящей из прямолинейных коаксиально расположенных проводников,о т личающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено диэлектриком , ггри этом в заполняющем диэлектрике по всей высоте электродов выполнен канал от внутренней поверхности внешнего электрода до внешней поверхности внутреннего электрода. f (Л 00 4 О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) G 01 Г 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3439891/10 (22) 20, 05. 82 (46) 07.04.84. Вюл. Р 13 (72) Н.Д. Пустовалов; О. И.Мусаев и Г.A.-Дулатин (71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности (53) 681.128.-089.2(088.8) (56) 1. Петров В.H., Викторов В.А,, и др. Принцип инвариантности в измерительной технике. М., Наука

1976, с.56.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 305366 кл. G 01 F 23/28 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

9 510649 . кл. G 01 F 23/28 1973 (прототип) . (54) (57) РЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ

ЗЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СРЕД, выполненный в виде отрезка длинной линии, состоящей из прямолинейных коаксиально расположенных проводников,о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пространство между внутренним и внеш ним проводниками заполнено диэлектриком, при этом в заполняющем диэлектрике по всей высоте электродов выполнен канал от внутренней поверхности внешнего электрода до внешней поверхности внутреннего электрода.

1ОВ4617

Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для измерения уровня электропроводных жидкостей резонансным способом. 5

Известны резонансные датчики уров ня выполненные в виде отрезка длинной линии, состоящей из коаксиально расположенных прямолинейных проводников )1) .

Недостаток датчиков - низкая чувствительность вследствие ограничен,ной возможности конструкции.

Изменение уровня электропроводной среды в датчиках эквивалентно перемещению короткоэамыкающей перемычки между внешним и внутренним проводниками датчика, вследствие чего меняется его электрическая длина и меняется резонансная частота (или период колебаний на резонансной частоте), по которой определяют уровень.

В датчиках период колебаний Т на резонансной частоте f, по которому определяют уровень электропроводкой жидкости, связан с измеряемым уровнем при четнертьнолноном резонансе ныражением

4(6-Н) 4(Е-Н) (1)

Ч с где Н вЂ” измеряемый уроненЫ электрическая длина дат- 35 чика;

V .-- фазоная скорость распространения волны н датчике; с — скорость света.

В датчиках фазоная скорость Vq 40 распространения электромагнитной волны ранна скорости. распространения волны в свободном пространстве (скорости света с/V =c вследствие того, что волна распространяется вдоль 45 прямолинейных проводников датчика, пространство между которыми заполнено воздухом. Конструкция датчиков не позволяет уменьшить скорость распространения волны Ч,„ вдоль датчика, в результате чего они обладают низкой чувствительностью.

Известны резонансные датчики, состоящие иэ коаксиально расположенных прямолинейного полого внешнего и криволинейного (ныполненного, на пример, в виде спирали или ленты, по.краям которой попеременно. вырезаны пазы) внутреннего проводников, обладающие более высокой чувтстви-. тельностью. В этих датчиках повыше- 60 ние чувствительности достигается увеличением длины внутреннего проводника относительно внешнего за счет его кривизны. Так как волна в этом датчике со скоростью с распространяется вдоль криволинейного проводника, то фазовая скорость Ч (скорость распространения нолны вдоль датчика) уменьшается (замедляется) в К раз (K= O„/Р« где — длина криволинейного проводника; g — длина внешнего проводника), т.е. V =c/K (т.е., увеличивается: электрическая длина датчика в К раз, приходящаяся на едн».ицу изменения уровня среды), что и обеспечивает повышение чувствительности $2/ .

Недостатком этих датчиков являютограниченные воэможности поныше,:кя чунстнительности связанные с тем, что датчики с криволинейным ннутренним проводником представляют собой линии с замедленной волной и обладают дисперсией, т.е. зависимостью фазовой скорости волны от частоты, что приводит к изменению электрической длины датчика, приходящейся на единицу фактической длины датчика, при изменении его резонансной частоты в рабочем диапазоне частот, а следовательно, к погрешности измерения уровня.

Известен также резонансный дат-, чик,выполненный в виде отрезка од- нородной коаксиальной линии, н котором внутренний проводник покрыт изолирующей диэлектрической оболочкой по всей его длине (3) .

Однако известный датчик обладает низкой чувствительностью.

В известном датчике при электропроводных измеряемых средах н заполненной его части среда играет роль внешнего проводника датчика, а короткое замыкание в датчике постоянно осуществляется на его конце. При этом волновое сопротивление

И2 заполненной части датчика отличается от волнового сопротивления

W4 незаполненной, а изменение уровня контролируемой среды эквивалентно изменению соотношения электрических длин датчика.

В известном датчике при электропроводных средах в заполненной части датчика среда является внешним проводником датчика. Так как проводимость жидких сред конечна (и значительно ниже, чем у металлов), то возникают активные потери проводимости Н измеряемой среде. Причем потери в датчике возрастают с увеличением уровня среды. Поэтому для многих сред, обладающих невысокой проводимостью, датчик является непригодным для измерений.

Цель изобретения — повышение чувствительности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в резонанс oM датчике уровня электропроводных сред, выполненном н виде отрезка длинной линии, состоящей из прямолинейных

1084617 коаксиально расположенных проводников, пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено диэлектриком, при этом в заполняющем диэлектрике по всей высоте электродов выполнен канал от внутренней поверхности внешнего электрода до внешней поверхности внутреннего электрода.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый датчику на фиг.2 « конкретные конструктивные исполнения датчика.

Резонансный датчик состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 проводников и диэлектрика 3 заполняющего пространство между ними.

Датчик работает следующим образом.

При изменении уровня электропроводной жидкости (что эквивалентно перемещению электропроводной перемычки между проводниками, образуемой электропроводной средой) изменяется электрическая длина дат-. чика, что вызывает изменение его резонансной частоты. По периоду колебаний на резонансной частоте датчика определяют текущее значение уровня.

В предлагаемом датчике пространство между проводниками заполняется диэлектриком, что позволяет увеличить электрическую длину датчика приходящуюся на единицу изменения уровня среды в К = (Е раз (т.е, уменьшить скорость распространения. электромагнитной волны в датчике в К = Я раз), а значит повысить чувствительность датчика в К = Г раэ. Пространство между проводниками датчика заполнено диэлектриком таким образом, чтобы сохранялся электрический контакт среды с проводниками. Это приводит к из- . менению электрической длины датчика (так как электропроводная среда, эакорачивает проводники) при изменении уровня. При этом период колебаний Т на резонансной частоте f связан с измеряемым уровнем для однородного датчика при четвертьволновом резонансе выражением

1 .4И-l4)

T- — - — 1

1 с/, где E yy — эффективная диэлектрическая проницаемость пространства между внутренним и внешним проводниками датчика.

Я у + 1+<(C 1) i (3) где — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняю щего пространство между проводниками. датчика;

" коэффициент заполнения диэлектриком.

q= (4)

2 где Ч, — объем диэлектрика, запол10 няющего пространство между внешним: и внутренним:; проводниками датчиками

V2 - объем пространства ме*ду внутренним и внешним провод15 никами датчика.

Как видно иэ выражения (2), чувствительность предлагаемого датчика в К = Я; раз выше, чем у датчика-прототипа.

Так как в предлагаемом датчике величина q может быть 0,75-0,9, а

E - -большой, то и К<=4Е может быть большим, а значит и повышение чувствительности может быть значительным.

Так, например, для датчика (фиг.2В), для диэлектрика Т - 150

c C 150., =@т"ГT = т ОТТИ:ТТ-а а для диэлектрика Т вЂ” 250 с E = 250 . Тйд. Т - ГГПУ."7Определяют чувствительность пред35 лагаемого датчика для ранее заданных значений = 2 м, д Н = 1 м, 250 и q = 0,87.

S предлагаемого датчика

bT аН

-б с

= 2000 -10 —, где д Т вЂ” приращение периода колебаний на f, вызываемое приращением уровня д H.

Чувствительность предлагаемого

45 датчика в основном зависит от Е диэлектрика, Так как она может быть большой, то и чувствительность предлагаемого датчика может быть значительной.

50 В предлагаемом датчике формадиэлектрика, заполняющего датчик, может быть любой, например, в виде отдельных брусков (фиг.2 g u t ), равномерно расположенных вдоль дат55 чика

Экономический эффект от применения предлагаемого датчика обусловлен увеличением чувствительности при измерении уровня электропроводных сред.

1084617

Составитель A.Kóða÷êèí

Редактор A.Êóðàõ Техред M.Tenep Корректор Г.Реветник

Заказ 1982/35 Тираж 610 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4