SU1163151A1 - Резонансный уровнемер - Google Patents

Abstract

РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности измерени , он дополнительно снабжен трем  логическими элементами И, двум  реверсивными счетчиками , делителем кодов, программным ком-- мутирующим устройством и двум  клю ..чами, при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа , выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формировател , выход первого элемента И соединен с входом суммировани  первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммиОд ровани  второго реверсивного счетчиСА9 ка, выход второго элемента И соединен с входами вычитани  первого и сл второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делител  кодов.

Description

1 Изобретение относитс  к измерению неэлектрических величин и может быть использовано в высокочастотных резонансных уровнемерах электропров ных сред. Известны одноканальные резонансные уровнемеры, имеющие одноканальный первичный преобразователь, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка длинной линии, и удлинительный эквивалент (понижающий рабочий диапазон частот первичного преобразовател ), выполненный в виде отрезка длинной линии заполненной диэлектриком - диэлектр ческим изол тором (обычно в качеств удлинительного эквивалента используетс  удлинительный коаксиальный радиочастотный кабель) l. Однако эти уровнемеры не обеспечив ют высокую точность измерени  уровн  при температурных воздействи х окруж щей среды и изменении свойств (диэлектрической проницаемости), газовой среды, заполн ющей чувствительный элемент первичного преобразовател , а также при нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю так -как при воздействии температуры вследствие температурного коэффи циента расширени  измен етс  электрическа  длина Еу.э удлинительного эквивалента, а также диэлектрическа  проницаемость бц.д. материала изол тора удлинительного эквивалента вследствие температурного коэффициента диэлектрической проницаемости , что также вызывает изменение электрической длины 6ь g удлинительного эквивалентаЦ.. где 6(р - фактическа  длина удлинительного эквивалента), а изменение свойств газовой среды (изменение ЕС,- ) вызывает изменение электрической длины чувствительного элемента Ер (6 j C 4f p где 2 фактическа  длина чувствительного элемента) первичного преобразовател . Нестабильность параметров внещних цепей приводит к нестабильности эквивалентного удлинени  69 электрической длины первичного преобразовател . Изменение электрической длины первичного преобразовател  при воздействи х температуры окружающей 512 среды и изменение свойств газовой среды и нестабильности параметров внешних цепей, подключаемых к первичному преобразобателю, привод т к изменению резонансной частоты первичного преобразовател  (при отсутствии изменени  уровн  среды), а значит,к погрешности измерени  уровн . Таким образом, эти резонансные уровнемеры инвариантны только к изменению свойств контролируемой среды и не обеспечивают высокой точности измерени  уровн  при температурных воздействи х окружающей среды и изменении свойств газовой среды. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  оДноканальный резонансньй уровнемер электропроводных сред, использующий выходную характеристику первичного преобразовател  типа Т .((Н) (где Т - период колебани  ВЧ-автогенератора ) Н - измер емый уровень), содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичнымпреобразователем, имеющим чувствительный элемент, выполненный в виде отрезка коаксиальной длинной лин й, и удлинительный эквивалент, выполненный в виде отрезка длинной линии, заполненной диэлектрическим изол тором : (удлиненный радиочастотный кабель ) , формирователь и устройство преобразовани  периода колебаний ВЧ-автогенератора в выходной сигнал 2 . Однако известный уровнемер обладает указанными недостатками и погрешностью измерени , св занной с изменение 4 параметров ВЧ-автогенератора .. Цель изобретени  - повьш1ение точности измерени  уровн . Поставленна  цель достигаетс  тем, что резонансный уровнемер, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, дополнительно снабжен трем  логическими элементами И, двум  реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным комму311631

тирующим устройством и двум  ключами , при этом выход генератора счетныХ импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего . j устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, ю выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третье - го элемента И и входом второго ключа 5

выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертьй выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формировател , выход первого элемента И соеди- 20 нен с входом суммировани  первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммировани  второго реверсивного счетчика , выход второго элемента И сое- 25 динен с входами вычитани  первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делител  кодов.30

На чертеже показана блок-схема предлагаемого уровнемера.

Резонансный уровнемер содержит первичный преобразователь, состо щий из чувствительного элемента 1, вы- 35 полненного в виде отрезка коаксиальной длинной линии, и удлинительного эквивалента 2, выполненного в виде отрезка длинной линии,. заполненного диэлектриком, ключи 3 и 4 коммута- 40 ции электрической длины первичного преобразовател , ВЧ-автогенератор 5. формирователь 6, генератор 7 счет- . ных импульсов, программное коммутирующее устройство 8, логические 45 элементы И 9 - 11, реверсивные счетчики 12 и 13 и делитель 14 кодов.

. Выход ключа 3 подключен к первичному преобразователю на стыке чувствительного элемента 1 с удлинитель 50 ным эквивалентом 2, а выход ключа 4- к чувствительному элементу первичного преобразовател  на опорном рассто нии ЕО от стыка удлинительного эквивалента 2 с чувствительным 55 элементом 1. Ключи 3 и 4 осуществл DT короткое замыкание в первичном преобразователе при подачи на них

514

сигналов с программного коммутирующего устройства (ПКУ) 8. (Конструктивно ключи 3 и 4 могут быть выполнены на ВЧ-диодах, на которые через разв зывающие ВЧ-цепи подаетс  управл ющее напр жение смещени . При подаче пр мого напр жейи  смещени  диод открываетс  и замыкает первичный преобразователь, при подаче обратного напр жени  смещени  диод запираетс , и первичный преобразователь размыкаетс . Кон- структивно ключи 3 и 4 также могут быть выполнены на ВЧ-электромагнитных реле, управл емых посто нным током . ) .

Первичный преобразователь уровнемера имеет однородное волновое сопртивление , т.е. волновое сопротивление

чувствительного элемента ц/ -Эгв равно волновомусопротивлению N...

ЭА-ЭК

удлинительного эквивалента и имеет линейные выходные характеристики типа Т Cf(H), где Т - период колебаний на резонансной частоте; Н измер емый уровень (2j().

Уровнемер работает следующим

образом.

Изменение уровн  контролируемой среды вызывает изменение резонансной частоты первичного преобразовател , что, соответственно, вызывает изменение частоты колебаний ВЧ-автогенератора 5. В формирователе 6 производитс  формирование пр моугольных импульсов, длительность которых пропорциональна периоду колебаний ВЧ-автогенератора 5 . С выхода формировател  6 пр моугоЛьные импульсы поступают на вход генератора 7 импульсов и стробируют последовательность счетных импульсов, поступающих через логические элементы И 9 - 11 на реверсивные счетчики 12 и 13.

Управление работой уровнемера осуществл етс  сигналами, подаваемыми с ПКУ 8 на входы логических элементов И 9 - 11 и ключей 3 и 4. Одновременно с управл ющими сигналами с ПКУ 8 подаютс синхронизирующие сигналы на формирователь 6.

Процесс измерени  состоит из трех тактов. B первом такте с ПКУ 8 управл ющий сигнал подаетс  на .вход логического элемента И 9. Ключи 3 и 4 разомкнуты. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 опре дел етс  уравнением ,),(1 где И - коэффициент, равный 4 или 2 при использовании четвертьволнового или полуволнового резонанса первичного преобразовател  . соответственно} скорость распространени  волны в свободном простра стве; . фактическа  длина удлинительного эквивалента , диэлектрическа  проницаемость изол тора удлинительного эквивалента; эквивалентное удлинение первичного преобразовател создаваемое параметрами внешних цепей, подключаемых к первичному преобразователю} опорна  длина чувствитель ного элемента первичного преобразовател ; измер емьй уровень среды диэлектрическа  проницаемость газовой среды, заполн ющей чувствительньй элемент первичного преобразовател . На вход суммировани  первого реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы, число которых N, K-T, ,(о где К - коэффициент пропорциональности , учитывающий количество счетных импульсов, приход щихс  на единицу периода колебаний ВЧ-автогенератора 5. Во втором такте с ПКУ 8 управл ющий сигнал подаетс  на вход логического элемента И 11 и ключ 4. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определ етс  уравнением b4i4- o l и на вход суммировани  второго реверсивного счетчика 13 поступают счетные импульсы, число которых равно . В третьем такте управл ющий сигнал подаетс  на вход логического элемента И 10 и ключ 3. При этом период колебаний ВЧ-автогенератора 5 определ етс  уравнением Tj-fle -ler.e,), и на входы вычитани  реверсивных счетчиков 12 и 13 одновременно посту, пают импульсы в количестве N, k-T3.(6) Таким образом, в третьем такте в счетчиках 12 и 13 осуществл етс  вычитание импульсов, записанных на входы вычитани , из импульсов, записанных на входы суммировани . По окончании третьего такта выходные коды реверсивных счетчиков 12 и 13 соответственно определ ютс  величинами &N , и N,.N,(Ti-T3K ьН,.. М2-Нз КСТг-Т,). В делителе 14 кодов происходит деление выходных кодов bN.j илН2.5 реверсивных счетчиков, и на выходе делител  14 полученна  цифра N оказываетс  пр мо пропорциональной f. к определ етизмер емому уровню с  выражением ъ Кт,-т,1 Таким образом, согласно выражению (9) на выходе уровнемера формирует  код, пр мо пропорциональный змер емому уровню у , который е зависит от длины бд, и диэлектриеской проницаемости Сц.э изол тора длинительного эквивалента, диэлекрической проницаемости fcp среды, аполн ющей чувствительный элемент ервичного преобразовател , и от квивалентного удлинени  Kg , создааемого параметрами внешних цепей, одключаемых к первичному преобразоателю , чем достигаетс  больша  очность измерени  уровн .

Предлагаемый резонансный уровнемер позвол ет повысить точность измерени  уровн  электропроводных сред за счет уменьшени  погрешности измерени , св занной с температурными воздействи ми окружакнцей среды, изменением свойств газовой среды,.заполн ющей.первичный преобразователь, и нестабильностью параметров внешни цепей, подключаемых к первичному преобразова телю .

Claims (1)

1. _г РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ВЧ-автогенератор с включенным в его частотозадающую цепь первичным преобразователем, выполненным в виде отрезка длинной линии, и последовательно соединенные с ним формирователь и генератор счетных импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя логическими элементами И, двумя реверсивными счетчиками, делителем кодов, программным ком-* -мутирующим устройством и двумя ключами, при этом выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами логических элементов И, первый выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом второго элемента И и входом первого ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, третий выход программного коммутирующего устройства соединен с вторым входом третьего элемента И и входом второго ключа, выход которого соединен с первичным преобразователем, четвертый выход программного коммутирующего устройства соединен с входом формирователя, выход первого элемента И соединен с входом суммирования первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И соединен с входом суммирования второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входами вычитания первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами делите* ля кодов.