Резонансный уровнемер

 

+ ".;о В"-; ;вя ! f !

r ".

Союз Советских

Социалистических

Республик

О Л

ИСАНИЕ

l11! 5917 13.

ИЗОБРЕТЕН H$l

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено17.06.76 (21) 2372719/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.02.7 8. Бюллетень №5

У (51) М. Кл, (у 01 Р 23/28

Государственный rîèíòåò

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК681.128.. 82 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 25.01.78 (72) Авторы изобретения

В. А. Демин, И. В. Пятибратов, А. Ш. Кацнельсон и В. А . Викторов

Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт теплоэнергетического приборостроения (71) Заявитель (54) РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к области измере ния уровня диэлектрических сред с помощью резонансных устройств и может быть использовано в нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Извест.-ч резонансные уровнемеры, включающие частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбуждения электромагнитных колебаний в датчике, генератор 1р запуска, опорный колебательный контур, корректирующий контур, погруженный в измеряе. мую среду, формирующие устройства, триггер 11 . В известных резонансных уровнемерах для компенсации погрешности, обус- 15 ловленной изменениями диэлектрической про ницаемости контролируемой среды, используется информация об этих изменениях, получаемая с помощью корректирующего колебательного контура, помещенного в нижней щ части датчика. В таких уровнемерах не исключается погрешность, вызванная градиен-, том диэлектрической проницаемости по вы» соте, так как корректирующий контур дает информацию об изменениях диэлектрической проницаемости контролируемой среды только в нижней час и датчика.

Известен также резонансный уровнемер, ближайший по технической сущности к предлагаемому уровнемеру и содержащий частотно-модулированный генератор высокой частоты для возбуждения электромагнитных колебаний в датчике, генератор запуска, ! формирующее устройство, триггер, блок синхронизации, ключ и усилитель постоянного тока (2 (.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения уров ня диэлектрических сред.

11ель изобретения - повышение точности измерения уровня диэлектрических сред с изменяющейся в широких пределах диэлектрической проницаемостью.

Для достижения этой цели резонансный уровнемер снабжен решающим устройством, умножителем частоты, включенным между датчиком и частотно-модулированным генератором высокой частоты, логической схемой ИЛИ, входы которой соединены соот ветственно с выходом блока синхронизации.

591711 и выходом генератора запуска, а выход-с одним из раздельных входов триггера, инвертором, вход которого связан с выходом генератора запуска, логической схемой И, входы которой соединены с выходом блока

5 синхронизации и выходом инвертора, а выход — со счетным входом триггера, выход которого через две логические схемы И подключен к последовательно соединенным решающему устройству и усилителю постоян10 ного тока, причем второй вход одной из логических схем И связан та.кже с выходом генератора запуска, а вход другой — с mixe дом инвертора.

На фиг. 1 представлена блок-схема прей-„ лагаемого уровнемера; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Уровнемер содержит датчик 1, представляющий собой отрезок электрической длинной линии, частотно-модулированный генератор высокой частоты 2, умножитель частоты 3, генератор запуска 4, блок синхронизации 5, формирующее устройство 6, инвертор 7, логическую схему 11ЛИ 8, логическую схему

И 9, Tpnl rep 10, логические схемы И 11 и

12, решающее устройство 13, усилитель постоянного тока 14 для выдачи унифицированного сигнала.

Датчик 1 возбуждается на первой и одной из высших нечетных гармоник. Относитель- 0 ные выходные характеристики датчика 1, т.е. зависимости его резонансных частот в относительных единицах от уровня контролируемой среды, на первой (1 и высшей - n 4 1 « об ой(- -"-1 ) гармониках описываются соответст- З (по вее1ЙО выражениями: « ю и

1 по

40 где «(Н), (Н) - функции от величины уров, ня, внд которых определяется характером распределения электромагнитного поля по длине датчика 1 на первой и g -ой гармониках соответственно;

Я - диэлектрическая проницаемость конт50 ролируемой среды;

Н « теку1цее значение уровня; — текущие значения резонансных частот датчика 1 на первой и tT -ой гармониках соответственно; резонансные частоть пустoro датчйка на первой и ц -ой гармониках соответственно. причем (3) ьо где: rt =3, 5, 7, 9

На фиг. 2 приведены отнссительпые выходные характеристики — и дат«А «rr

Ко «ио чика 1, выполненного в виде отрезка одно родной длинной линни, короткозамкнутого на конце.

Для возбуждения датчика 1 на первой гармонике служит частотно-модулированный генератор высокой частоты 2, частота которого изменяется периодически, синхронно с частотой генератора запуска 4 и перекрывает резонансные частоты пустого и заполненного датчика на первой гармонике.

Возбуждение датчика на vl -ной гармо нике осуществляется выходным сигналом умножителя частоты 3, частота которого в ! и раз больше частоты генератора 2 и перекрывает резонансные частоты пустого и заполненного датчика на Vf -ой гармонике.

Относительные частотные характеристики

/ Iran генератора 2 (— 1 и умножителя частоты

1 «1О

3(-» — ) приведены на фиг. 2, где — текущие значепня частот выходных сигналов генератора 2 и умножителя,частоты 3 соответствелпю.

Блок синхронизации 5 предназначен для фиксации нулевого уровня.

Уровнемер работает следующим образом.

Передним фронтом прямоугольных импульсов 1.1 генератора запуска 4, поступающих через логическую схему ИЛИ 8 на раздельный вход а" триггера 10, последний переводится в исходное положение, прп котором на его выходе устанавливается нулевое налряжение(11,. =О).

При равенстве частоты 1,, генератора 2 и резонансной частоты т датчика, погруженного в измеряемую среду, на первой гармонике, а также частоты f умножителя частоты 3 и резонансной частоты т да чика на q -ной гармонике на выходе последнего выделяются вийеоимпульсы U> соответствующие по форме его ал4плитудно-частотным характеристикам на первой и И -ой . гармониках. Видеоимпульсы преобразуются в формирующем устройстве 6 в узкие прямоугольные импульсы Б,р и поступают на раздельный вход "с" триггера 10. Импульс

1 из этой последовательности, соответствующий моменту равенства частот х и т и перебрасывает триггер 10, в результате чего íà его выходе скачкообразно появляется напряжениеЮ,.„= М„. Импульс 2 из этой последовательности,. соответствующий моменТу равенства частот 4 - и «, положение

1" триггера не изменяет.

Из совпадения относительных выходных

«д ф характеристик — - и -Ф- датчика при нулевом значении уровня следует, что моменты равенства частот 5 и f -,f u f совпа- .

10 IIO дают во времени. Г1оэтому для фиксации час5917 тот датчика f, и 5, соответствующих нуле:о ло вому уровню ьо времени, можно использовать равенство любой из них с частотой

Р или 1„cоотвeтcтвeннo. В предлагаемом уровнемере для. фиксации этого момента исполь5 эуются выходные импульсы Ц блока синхрг>с ниэации, появляющиеся при равенстве частот и

Выходные импульсы U блока синхронизации 5 поступают на раздельный вход O !

О триггера 10 через логическую схему ИЛИ 8 и на счетный вход Ь того же триггера че.рез логическую схему И 9, управляемую напряжением U>, инвертора 7 и пропускающую импульсы U на вход триггера только с 15 в положительные полупериоды напряжения и ив

Импульс 1 с выхода блока синхронизации

5, соответствующий моменту равенства частот и f, переводит триггер 10 в исход-20 ное положение. Импульс 2 с выхода блока синхронизации 5, соответствующий моменту равенства частот г и f и поступающий на о г счетный вход Ь триггера 10, перебрасывает его, в результате чего на его выходе скач- 25 кообразно появляется напряжениец = lf . тр о

Импульс 3 с выхода форл ируюшего устройства В, соответствующий моменту равенства частот f< и f, переводит триггер в г исходное положение. В результате на выходе О триггера 10 за один период следования импульсов генератора запуска 4 выделяют ся два прялюугольных импульса напряжения, появляющиеся в разные полупериоды работы генератора запуска 4. 35

Длительности выходных импульсов триггера 10 пропорциональны разнице резонансных "астот Ко <) " (по „)q <»op»e в свою очередь определяются величиной уровня контролируемой среды, значением диэлек- 40 трической проницаемости среды и видом выходных характеристик датчика на первой и гг -ой гармониках.

Таким образом, выходные илгпульсы напряжения триггера 10 несут информацию 45 об иэлгеряелюм уровне и значениях диэлектрической проницаемости среды во всем контролируемом диапазоне.

Посредством 2-х логических схем И 11 и 12 осуществляется пространственное раз- 5о. деление выходных импульсов триггера 10, необходимое для дальнейшей обработки информации в решающем устройстве 13.

На выходах логических схем И 11 и 12, пропускавших импульсы с выхода триггера

11

10 в разные полупериоды работы генерато ра запуска 4, выделяются прямоугольные импульсы, пропорциональные разности резонансных частот Яю- ) и (1„,-1 ) соответко ственно.

Для обеспечения независимости показаний уровнемера от изменений диэлектрической проницаемости среды выходные сиг палы с логических схем И 11 и 12 обрабатываются в решавшем устройстве 13 по определенному алгоритму, например: (,)

Й н) =, —,

Формула изобретения

Резонансный уровнемео содержащий датчик, частотно-модулированный генератор вы« сокой частоты, генератор запуска, блок синхронизации, формирующее устройство, триггер и усилитель постоянного тока, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения уровня диэлектрических сред, он снабжен решающим устройством, умножителем частоты, включенным между датчиком и частотно-модулированным генератором высокой частоты, логической схемой ИЛИ, входы которой соединены соот ветственно с выходом блока синхронизации и выходом генератор запуска, а выходс одним иэ раздельных входов триггера, инвертором,. вход которого связан с выходом генератора запуска, логической схемой И, входы которой соединены с выходом блока синхронизации v выходом иЬвертора, а выходсо счетным входом триггера, выход которого через две логические схемы И подключен к последовательно соединенным решающему устройству и усилителю постоянного тока, причем второй вход одной из логических схем И связан также с выходом генератора запуска, а вход другой ««с выходом инвертора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лвторское свидетельство СССР

¹ 411307, кл. Я 01 F 23/24, 1972.

2. Лвторское свидетельство СССР

¹ 231152, кл. Cz 01 Р 23/28, 1967.

591711 ин5

Составитель Т. Иноземцева

Редактор H. Петрова Техред И. Климко Корректор Л. Небола

Жказ 578/34 Тираж 872 Подписное

Ц!-!ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открьтий

113035, Москва, Ж-35, Рау иская наб., n. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4