Датчик уровня диэлектрического вещества

 

Изобретение относится к измерительной Технике и может быть использовано для измерения уровня различных диэлектрических веществ, например нефти и нефтепродуктов . Цель изобретения - повышение точности измерений. В полом цилиндрическим волноводе 1 с помощью элемента 3 возбуждаются электромагнитные колебания типа Но1р. Для генерации электромагнитных колебаний, измерения информативного параметра датчика уровня и его преобразования в выходной сигнал уровнемера служит вторичный преобразователь 5, к которому подключен элемент 3 возбуждения и съема колебаний. Для возбуждения в волноводе колебаний только данного типа по меньшей мере на верхнем торцовом участке волновода размещен отражатель волн только типа Hoi (другой торец может являться например, короткозамкнутым), выполненный в виде концентрических металлических, расположенных внутри волновода колец, закрепленных с помощью диэлектрических элементов 6, которые являются короткозамыкателями .для колебаний данного типа. Круглый волновод может быть выполнен в виде совокупности соосных металлических колец, а также иметь коаксиальную конструкцию. 2 з.п.ф-лы. 5 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gl)s 6 01 F 23/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4484723/10 (22) 05.08.88 (46) 30.03.91. Бюл. ¹ 12 (71) Институт проблем управления (72) Г.Н.Ахобадзе и А.С.Совлуков (53) 551.48.018.1 (088.8) (56) Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.

Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978, с. 111-131.

Stuchly S,S., НатЫ М.А.К. Andres А.

Microwave — surface (eve(monitor. — IEEE

Transactions on Industrla(El3ectronlcs and

ControE1nstrurnentatlon, 1971, чо(. 1ЕС1-18, № 3, р.р.85-92. (54) ДАТЧИК УРОВНЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение относится к измерительной Технике и может быть использовано для измерения уровня различных диэлектрических веществ, например нефти и нефтепродуктов. Цель изобретения — повышение точности измерений, В полом цилиндрическим волноводе 1 с помощью элемента 3

„„Я „„1638558 А1 возбуждаются электромагнитные колебания типа Но1Р. Для генерации электромагнитных колебаний, измерения информативного параметра датчика уровня и его преобразования в выходной сигнал уровнемера служит вторичный преобразователь 5, к которому подключен элемент 3 возбуждения и съема колебаний. Для возбуждения в волноводе колебаний только данного типа по меньшей мере на верхнем торцовом участке волновода размещен отражатель волн только типа Но> (другой торец может являться например, короткозамкнутым), выполненный в виде концентрических металлических, расположенных внутри волновода колец, закрепленных с помощью диэлектрических элементов 6, которые являются короткоэамыкателями,для колебаний данного типа, Круглый волновод может быть выполнен в виде совокупности соосных металлических колец. а также иметь коаксиальную конструкцию, 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1638558

10

20

ДО

40

50

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня различных диэлектрических веществ, например нефти и нефтепродуктов.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведен уровнемер с датчиком уровня; на фиг. 2 — распределение силовых линий электрического Е и магнитного Н полей в поперечном сечении волновода с волнами типа Но1 (а — полого волновода; б — коаксиального волновода); на фиг. 3 — отражатель волн типа Íp1.в виде металлических колец; на фиг. 4 — вариант выполнения уровнемера с волноводом в виде совокупности соосных металлических колец; на фиг, 5 — то же, с волноводом в виде отрезка коаксиального волновода с колебаниЯми типа HP1ð.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 — цилиндрический волноводный резонатор; 2 — контролируемое вещество: 3 — элемент возбуждения и съема колебаний; 4 — торцовая металлическая труба; 5 — вторичный преобразователь; 6— элементы крепления; 7 — металлические кольца торцового отражателя; 8 — металлические кольца, образующие волноводный резонатор; 9 — элементы для скрепления металлических колец резонатора; 10— внутренний проводник коаксиальной ли нии.

Устройство работает следующим образом.

В полом цилиндрическом волноводном резонаторе 1 (фиг. 1), погруженном вертикально в емкость с контролируемым веществом 2, с помощью элемента 3 возбуждаются электромагнитные колебания типа Но1, р = 1, 2,,... Для генерации электромагнитных колебаний, измерения информативного параметра датчика уровня и его преобразования в выходной сигнал уровнемера служит вторичный преобразователь 5, к которому подключен элемент 3 возбуждения и съема колебаний, Для возбуждения в резонаторе колебаний только данного типа в конструкции резонатора предусмотрено размещение по меньшей ! мере в верхней торцовой части отражателя

:волн только типа Но1 (другой торец может являться, например, короткозамкнутым).

Им может служить отрезок металлической трубы 4, расположенный внутри круглого волновода и соосно с ним. При выполнении трубы 4 с соизмеримыми диаметром и длиной данная торцовая часть резонатора выполняет двойную функцию отражателя, т.е., так как цилиндрическая форма трубы 4 совпадает с силовыми линиями электрического поля волн типа Но1 (фиг. 2 а), то, следовательно, эта труба является в данном случае короткозамыкателем; и так как диаметры двух торцовых областей, на которые делит труба 4 цилиндр 1, меньше диаметра этого цилиндра, то эти области являются запредельными волноводами для волн, возбуждаемых в цилиндре 1 и, следовательно, обе торцовые области отражают волны в обратном направлении (вовнутрь цилиндра 1), Соизмеримость диаметра и длины трубы 4 обеспечивает эффективную ее роль в качестве запредельного волновода.

Следовательно, отрезок круглого волновода (цилиндрический резонатор 1) представляет собой высокодоб ротный

РезонатоР только ДлЯ колебаний типа HP1ð, Для волн других, более низких, типов Н11, Ео1 и Н21 труба 4 не создает условий для эффективного отражения вовнутрь, и добротность резонатора нэ этих типах колебаний является пренебрежимо малой величиной по сравнению с добротностью на колебаниях типа Hp1 .

В круглом волноводе волны типов Но1 и

Е11 являются вырожденными, но для последних отражатель 4 не является эффективным, вследствие чего добротность резонатора на колебаниях типа Е11 также мала. Кроме того, для подавления колебаний типовН11р ЕР1р Н21р Е11р в РезонэтоРе

1 могут быть выполнены поперечные щели вплоть до разрыва цилиндра по поперечному сечению.

Другой путь обеспечения высокодобротных колебаний только типа Hp1 — размещение на торце цилиндра 1 решетки из металлических колец 7 (закрепленых с помощью диэлектрических элементов 6), которые являются короткозамыкателями для колебаний только данного типа (фиг. 3). Достаточным может оказаться наличие нескольких таких колец (в экспериментах высокая добротность обеспечивалась с применением 3-7 колец). Кольца целесообразно размещать в центральной части торца, где имеется максимум электрического поля.

С целью подавления колебаний типов

Н11р Е01р Н21р Е11р сопУтствУющих колебаниЯм Рабочего типа HP1ð, отРезок кРУглого волновода 1 может быть выполнен в виде совокупности отдельных соосных металлических колец 8, расположенных в перпендикулярных продольной оси этого волновода плоскостях (фиг. 4). Зазоры между кольцами

1638558 в таком волноводе прерывают линии тока всех сопутствующих волн, вследствие чего эти волны быстро затухают, поскольку через зазоры излучается электромагнитная энер- гия этих волн. Напротив. линии токов волн типа Но> имеют лишь азимутальные составляющие, и наличие указанных зазоров не влияет на распространение этих волн. Такой волновод из металлических колец может иметь гибкую конструкцию. Скрепление металлических колец друг с другом для образования единой конструкции может быть осуществлено с применением металлических или диэлектрических продольных направляющих полос (стержней) 9, расположенных с наружной стороны волновода.

Датчик уровня в виде резонатора с колебаниями типа Н0< может быть реализован и на основе отрезка коаксиальной линИи (фиг, 5), имеющего, как и в случае полого цилиндрического резонатора, такие же торцовые отражатели волн типа Hp<. B данном случае нулевое электрическое поле присутствует как у внутренней поверхности наружного проводника, так и у поверхности его внутреннего. проводника (фиг. 2 б), В коаксиальном волноводе вырожденой с волной типа Но> является волна типа Е0>, Как и в круглом волноводе образование поперечных щелей хотя бы во внешнем проводнике препятствует распространению волн типа

Ео>, а также и волн более низкого типа ТЕМ и Н, Коаксиальный резонатор может быть выполнен, как и цилиндрический резонатор, в виде совокупности отдельных металлических колец (фиг, 4) с разрывом как только наружного так и обоих проводников коаксиальной линии.

Появление на внутренних стенках цилиндрического резонатора 1 каких-либо осаждений в виде диэлектрического слоя не сказывается на характеристиках колебаний типа Н 0< Р, а именно на его собственных частотах и добротности. Это имеет место ввиду того, что электрическое поле на всех внутренних поверхностях резонатора равно нулю при возбуждении колебаний типа Нр>>, 5 В качестве информативного параметра датчика уровня может быть использована собственная (резонансная) частота fp электромагнитных колебаний резонатор 1.

Другим информативным параметро мо-, 10 жет служить число N колебаний типа Hp<ð, р = 1, 2, .„, возбуждаемых при девиации частоты f колебаний генератора в фиксированных известных пределах. Это число

N является однозначной функцией уровня

z. При возрастании частоты спектр колебаний сгущается вследствие наличия частотной дисперсии в круглом волноводе, В качестве отрезка круглого волновода может быть использована, при наличии такой возможности, сама цилиндрическая металлическая емкость, содержащая контролируемое вещество. Отражатель волн типа Но располагается при этом на поверхности (на верхнем торце) такой емко.сти.

Формула изобретения

1. Датчик уровня диэлектрического вещества, содержащий волноводный резонатор, размещенный вертикально в емкости с контролируемым веществом, о т л и ч а ю щ и й, с я тем, что, с целью повышения точности измерений. резонатор выполнен в виде круглого волновода с расположенными внутри волновода по меньшей мере на верхнем торцовом участке отражателями волн, состоящими из концентрических с волноводом и друг с другом металлических колец.

2. Датчик по и. 1, отличающийся

40 тем, что круглый волновод выполнен в виде совокупности соосных металлических колец.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что круглый волновод имеет коаксиаль45 ную конструкцию.. Фиг.З Ри.2

Составитель Л. Васильков

Редактор Т. Парфенова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Заказ 921 Тираж 425 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1638558 Я

6 + 6