Сверхрегенеративный измеритель уровня
Владельцы патента RU 2324905:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет-ГОУ ВПО ВГАСУ (RU)
Изобретение относится к области бесконтактного измерения уровня различных физических сред. Сущность: сверхрегенеративный измеритель уровня содержит чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны, подключенной к колебательному контуру. При этом колебательный контур является составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя, а в колебательном контуре с антенной используют сигнал высокой частоты. Получаемая на выходе сверхрегенеративного детектора-преобразователя непрерывная последовательность импульсов низкочастотного сигнала с переменной частотой может подаваться в качестве информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами. 1 ил.
Изобретение относится к бесконтактным средствам измерения уровня различных физических сред и может быть применено в автоматизированных системах управления технологическими процессами.
Известен сигнализатор уровня, содержащий автогенератор, в колебательный контур которого включен емкостный датчик, основанный на явлении срыва колебаний автогенератора при подходе среды к датчику (Авторское свидетельство СССР №360558, кл. G01F 23/26, 1972).
Устройство обладает дискретностью измерения уровня, и, следовательно, имеет ограниченную область применения. Использование в качестве чувствительного элемента емкостного датчика предопределяет малую ширину зоны чувствительности.
Известно также автогенераторное реле уровня воды, содержащее автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным контуром, соединенным с кондуктометрическим чувствительным элементом в виде металлического штыря, расположенного в резервуаре и погруженного в контролируемую среду (Авторское свидетельство СССР №1401287, кл. G01F 23/28, 1988). Один вывод кондуктометрического чувствительного элемента подсоединен к обкладке конденсатора, а второй через воду - к стенке резервуара, электрически соединенной с общей шиной устройства. Выход автогенератора через буферный каскад подсоединен к входам двух реле, включенных параллельно и настроенных на различные частоты срабатывания, которые подключены к входу исполнительного органа.
Действие устройства основано на измерении электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, а именно, активного сопротивления последовательной цепи штырь - корпус резервуара, в зависимости от уровня измеряемой воды. Изменение уровня в резервуаре преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора.
Однако область применения известного уровнемера ограничена непосредственным контактом чувствительного элемента с измеряемой средой. Применение чувствительного элемента, состоящего из металлического штыря, погруженного в контролируемую среду, и токопроводящего корпуса резервуара, делает устройство непригодным для измерения уровня сыпучих материалов.
Наиболее близким по совокупности признаков является высокочастотный уровнемер, состоящий из передающей и приемной части (Патент РФ №2101683, кл. 6 G01F 23/28, 1998). Передающая часть содержит автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, к выходу которого подключена передающая антенна, представляющая собой электрический линейный излучатель. Приемная часть состоит из приемной антенны, подключенной к входу смесителя, ко второму входу которого подключен так же выход кварцевого гетеродина. К выходу смесителя подключен вход фильтра частот, к выходу которого подсоединен вход усилителя низкой частоты, к выходу которого в свою очередь подключается частотомер. При приближении измеряемой среды к передающей антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит изменение электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, которое приводит к изменению резонансной частоты колебаний контура автогенератора, которые излучаются передающей антенной. Сигнал передатчика, принятый приемной антенной, поступает на вход смесителя. Низкочастотная составляющая разности частот полезного сигнала и сигнала кварцевого гетеродина выделяется фильтром нижних частот и усиливается усилителем низкой частоты. В зависимости от расстояния между передающей антенной и измеряемой средой на выходе усилителя формируется сигнал различной частоты, который поступает на вход частотомера. По показаниям частотомера судят об уровне измеряемой среды.
К недостаткам высокочастотного уровнемера следует отнести влияние внутренних шумов приемной части, а также влияние внешних воздействий на контур приемной антенны, обусловленные некоторой относительной сложностью устройства, что приводит к существенному снижению точности измерений.
Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи бесконтактного непрерывного измерения уровня различных физических сред, включая агрессивные и сыпучие, радиоволновым методом, и при его осуществлении достигается непрерывный дистанционный бесконтактный контроль уровня, инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.
Задача решается тем, что в известном высокочастотном уровнемере, содержащем передающую часть, включающую в себя индуктивно-емкостной колебательный контур, к выходу которого подключена передающая антенна, отличительным признаком является то, что он снабжен сверхрегенеративным детектором-преобразователем, причем индуктивно-емкостной колебательный контур является составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя, а непрерывное изменение частоты автосуперизации сверхрегенеративного детектора-преобразователя в виде последовательности импульсов с переменной частотой может подаваться в качестве информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами, или, в упрощенном варианте, на вход частотомера для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, дистанционный непрерывный бесконтактный контроль уровня, инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации, достигается за счет того, что непрерывное измерение информационного сигнала производится минимальным набором устройств, исключающим использование приемного контура, а чувствительный элемент - передающая антенна подключена напрямую к колебательному контуру сверхрегенеративного детектора-преобразователя, причем в колебательном контуре с антенной используют сигнал высокой частоты, а на выходе сверхрегенеративного детектора-преобразователя получают низкочастотный сигнал.
На чертеже изображена структурная схема сверхрегенеративного измерителя уровня. Сверхрегенеративный измеритель уровня состоит из сверхрегенеративного детектора-преобразователя 1, к колебательному контуру которого подключен чувствительный элемент в виде антенны 2, представляющей собой электрический линейный излучатель.
Устройство работает следующим образом. До заполнения зоны действия датчика измеряемой средой частота автосуперизации соответствует некоторому начальному значению по сопротивлению антенны. Частота колебаний при использовании колебательного контура выбирается соответствующей оптимальной длине волны для конкретной высоты подвеса, что дает возможность расширять зону чувствительности, вплоть до измерения усредненного уровня на определенной площади. При приближении измеряемой среды к антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит непрерывное изменение активной составляющей сопротивления антенны, приводящее к непрерывному изменению частоты автосуперизации сверхрегенеративного детектора-преобразователя. Изменение частоты напрямую зависит от расстояния между антенной и измеряемой средой. По частоте судят об уровне измеряемой среды. Последовательность импульсов с переменной частотой может подаваться в качестве непрерывного информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами или, в упрощенном варианте, на вход частотомера для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.
В результате удается осуществить непрерывный дистанционный бесконтактный контроль уровня в труднодоступных для размещения вторичной аппаратуры и проводов местах, инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации с возможностью измерения агрессивных сред и сыпучих материалов, а также расширить захватываемую зоной чувствительности датчика геометрическую поверхность вплоть до контроля усредненного уровня на определенной площади, что дает возможность точного непрерывного измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела.
При создании устройства использован сверхрегенеративный детектор-преобразователь, известный из уровня техники (Сверхрегенераторы / М.К.Белкин, Г.И.Кравченко, Ю.Г.Скоробутов, Б.А.Стрюков - М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.).
Сверхрегенеративный измеритель уровня, содержащий передающую часть, включающую в себя индуктивно-емкостной колебательный контур, к выходу которого подключен чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны, отличающийся тем, что он снабжен сверхрегенеративным детектором-преобразователем, в результате чего может осуществляться непрерывный дистанционный бесконтактный контроль уровня, инвариантный к снижению точности измерений, причем колебательный контур, использующий сигнал высокой частоты, является составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя, а получаемая на выходе сверхрегенеративного детектора-преобразователя непрерывная последовательность импульсов низкочастотного сигнала с переменной частотой может подаваться в качестве информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами.
