RU2113694C1 - Device for measuring the conducting medium level - Google Patents
Device for measuring the conducting medium level Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113694C1 RU2113694C1 RU96109856A RU96109856A RU2113694C1 RU 2113694 C1 RU2113694 C1 RU 2113694C1 RU 96109856 A RU96109856 A RU 96109856A RU 96109856 A RU96109856 A RU 96109856A RU 2113694 C1 RU2113694 C1 RU 2113694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- vessel
- measuring
- capacitance
- vessels
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня электропроводящих сред. The invention relates to instrumentation and measuring equipment, in particular to devices for measuring the level of conductive media.
Известно устройство для определения уровня электропроводящей жидкости в металлическом резервуаре (а.с. СССР N 1719912, кл. G 01 F 24/21), содержащее датчик уровня, выполненный в виде заглушенной с нижнего конца металлической трубки с двумя изолированными электродами, закрепленными на заглушке, источник питания, индикатор, двухполюсный переключатель и электроизмерительный прибор. Электроды выполнены в виде термопары и подключены к входу переключателя. К одному из входов переключателя подключен электроизмерительный прибор, к другому - один из входов индикатора и один из выходов источника питания. Второй вход индикатора и второй выход источника питания соединены с резервуаром. A device for determining the level of electrically conductive liquid in a metal tank (AS USSR N 1719912, class G 01 F 24/21), containing a level sensor made in the form of a plugged from the lower end of a metal tube with two insulated electrodes attached to the plug , power supply, indicator, bipolar switch and electrical meter. The electrodes are made in the form of a thermocouple and are connected to the input of the switch. An electrical measuring device is connected to one of the inputs of the switch, one of the indicator inputs and one of the outputs of the power source are connected to the other. The second input of the indicator and the second output of the power source are connected to the tank.
Однако описанное устройство, предназначенное для контроля определенного, наперед заданного уровня, невозможно применить для измерения любого произвольно меняющегося уровня жидкости. However, the described device, designed to control a certain, predetermined level, cannot be used to measure any arbitrarily changing liquid level.
Известен емкостной компенсационный уровнеметр (а.с. СССР N 1695139, кл. G 01 F 23/26), содержащий измерительный и компенсационный датчики, генератор, два преобразователя емкости в напряжение, каждый из которых включает в себя операционный усилитель и конденсатор, две схемы вычитания, два регулятора масштаба, индикатор, два делителя напряжения, два преобразователя напряжения в частоту и делитель частот. При этом выход генератора через регуляторы масштаба подсоединен к первым входам схем вычитания и входам делителей напряжения, выходы которых подключены к неинверсным входам операционных усилителей преобразователей емкости в напряжение, а выходы последних подсоединены к вторым входам схем вычитания, выходы которых через преобразователи напряжения в частоту подключены к двум входам делителя частот. Третий вход делителя частот подсоединен к выходу генератора, а выход - к входу индикатора. Known capacitive compensation level meter (AS USSR N 1695139, class G 01 F 23/26), containing measuring and compensation sensors, a generator, two capacitance to voltage converters, each of which includes an operational amplifier and capacitor, two circuits subtraction, two scale controls, indicator, two voltage dividers, two voltage to frequency converters and a frequency divider. In this case, the output of the generator through the scale controllers is connected to the first inputs of the subtraction circuits and the inputs of the voltage dividers, the outputs of which are connected to the non-inverse inputs of the operational amplifiers of the capacitors to the voltage, and the outputs of the latter are connected to the second inputs of the subtraction circuits, the outputs of which are connected to the voltage-to-frequency converters to two inputs of the frequency divider. The third input of the frequency divider is connected to the output of the generator, and the output to the input of the indicator.
Недостатком описанного устройства является то, что в нем не учитывается электрическая емкость не заполненной жидкостью части датчика, что приводит к повышению погрешности при малых уровнях жидкости и тем самым сужает динамический диапазон измерений. Так, можно показать, что при заполнении датчика на 10% погрешность устройства составит 12,5%, а при заполнении на 20% - 6,25%. The disadvantage of the described device is that it does not take into account the electric capacitance of the non-liquid part of the sensor, which leads to an increase in error at low liquid levels and thereby narrows the dynamic range of measurements. So, it can be shown that when filling the sensor by 10%, the error of the device will be 12.5%, and when filling by 20% - 6.25%.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения уровней электропроводящих сред (а.с. СССР N 1721442, кл. G 01 F 23/26, 1992, БИ 1992, N 11, с. 142), содержащее усилитель, регистратор и мост, в одно плечо которого включен емкостной датчик, выполненный в виде изолированных электродов, а другое плечо содержит конденсатор переменной емкости. Closest to the proposed is a device for measuring levels of electrically conductive media (AS USSR N 1721442, CL G 01 F 23/26, 1992, BI 1992, N 11, p. 142), containing an amplifier, recorder and bridge, one arm of which includes a capacitive sensor made in the form of insulated electrodes, and the other arm contains a capacitor of variable capacitance.
Однако данное устройство имеет тот же недостаток, что и описанное ранее - в нем не учитывается влияние электрической емкости незаполненной части датчика. However, this device has the same drawback as described previously - it does not take into account the influence of the electric capacitance of the unfilled part of the sensor.
Задачей изобретения является расширение диапазона измерений за счет исключения влияния меняющейся в процессе измерения электрической емкости незаполненной части датчика и повышение точности измерений во всем диапазоне. The objective of the invention is to expand the measurement range by eliminating the influence of the unfilled part of the sensor that changes during the measurement of electric capacity and increasing the accuracy of measurements in the entire range.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для измерения уровня электропроводящих сред, содержащем регистратор, электроды, выполненные изолированными, и емкость, выполненную с возможностью подстройки, электроды расположены в отдельных, сообщающихся между собой цилиндрических сосудах различных диаметров, выполненных из проводящего материала и соединены с входами преобразователя емкости, а емкость, выполненная с возможностью подстройки, подсоединена параллельно к электроду, погруженному в сосуд большего диаметра. The solution to this problem is achieved by the fact that in the device for measuring the level of electrically conductive media containing a recorder, the electrodes made insulated, and the capacitance made with the possibility of adjustment, the electrodes are located in separate cylindrical vessels of various diameters interconnected, made of conductive material and connected with the inputs of the capacitance converter, and the capacity, made with the possibility of adjustment, connected in parallel to the electrode, immersed in a vessel of larger diameter.
Кроме того, электроды установлены на одинаковом расстоянии от дна сосуда. In addition, the electrodes are installed at the same distance from the bottom of the vessel.
На фиг. 1 приведена конструкция устройства; на фиг. 2 - схема его включения. In FIG. 1 shows the design of the device; in FIG. 2 is a diagram of its inclusion.
Позициями на чертежах обозначены: корпус цилиндрических сообщающихся сосудов 1, измерительный электрод 2, компенсационный электрод 3, дополнительная емкость 4, генератор 5, регистратор 6, преобразователь емкости 7. The positions in the drawings indicate: the body of the cylindrical communicating vessels 1, the measuring electrode 2, the compensation electrode 3, the additional capacity 4, the
Устройство содержит корпус 1 в виде двух сообщающихся между собой цилиндрических сосудов различных диаметров, выполненных из проводящего материала, измерительный 2 и компенсационный 3 электроды, один из которых погружен в сосуд большего диаметра, заполненный жидкостью, уровень которой необходимо измерить, а другой - в сосуд меньшего диаметра, заполненный той же жидкостью (по закону сообщающихся сосудов). К электроду, погруженному в сосуд большего диаметра, параллельно подсоединена дополнительная емкость 4, выполненная с возможностью подстройки. Измерительный 2 и компенсационный 3 электроды, выполненные изолированными от сосудов и установленные на одинаковом расстоянии от дна каждого из сосудов, соединены с входами преобразователя емкости. К выходу преобразователя емкости подключен регистратор. The device comprises a housing 1 in the form of two cylindrical vessels of different diameters interconnected, made of conductive material, measuring 2 and compensation 3 electrodes, one of which is immersed in a vessel of a larger diameter, filled with liquid, the level of which must be measured, and the other in a vessel of a smaller diameter filled with the same liquid (according to the law of communicating vessels). To the electrode, immersed in a vessel of a larger diameter, in parallel is connected an additional capacity 4 made with the possibility of adjustment. Measuring 2 and compensation 3 electrodes, made isolated from the vessels and installed at the same distance from the bottom of each vessel, are connected to the inputs of the capacitor transducer. A recorder is connected to the output of the capacitance converter.
Электрическая емкость сосуда с компенсационным электродом состоит из двух составляющих:
Cac= C
где C
C ac = c
where c
C
L - высота сосуда,
X - высота столба жидкости в сосуде.C
L is the height of the vessel,
X is the height of the liquid column in the vessel.
Используя формулы для расчета емкости цилиндрического конденсатора, получим
где
εo,εв,εc - диэлектрические проницаемости вакуума, воздуха и среды (жидкости, заполняющей датчик) соответственно.Using formulas for calculating the capacity of a cylindrical capacitor, we obtain
Where
ε o , ε in , ε c - dielectric constant of vacuum, air and medium (liquid filling the sensor), respectively.
δ - толщина изоляции на электродах. δ is the thickness of the insulation on the electrodes.
Суммарная электрическая емкость Cac сосуда большего радиуса, таким образом, равна
где
,
,
r1 - радиус электродов,
r2, r3 - внутренние радиусы цилиндров сообщающихся сосудов.The total electric capacitance Cac of a vessel of a larger radius is thus equal to
Where
,
,
r 1 is the radius of the electrodes,
r 2 , r 3 - the inner radii of the cylinders of communicating vessels.
По аналогии для сосуда меньшего диаметра получим:
где
Нормированные (т. е. умноженные на заранее известные постоянные коэффициенты) значения этих емкостей равны
Разность же нормированных емкостей
прямо пропорциональна высоте X столба жидкости в сосудах и не зависит от переменной емкости незаполненных объемов сосудов.By analogy for a vessel of smaller diameter we get:
Where
The normalized (i.e., multiplied by previously known constant coefficients) values of these capacities are equal
The difference is normalized capacities
It is directly proportional to the height X of the liquid column in the vessels and does not depend on the variable capacity of the unfilled volumes of the vessels.
Таким образом, в предлагаемом устройстве полностью устраняется погрешность, связанная с влиянием емкости не заполненного жидкостью объема датчика, что позволяет расширить динамический диапазон измерений за счет возможности их проведения при малых (менее 0,1) значениях X/L и повысить точность во всем диапазоне измерений. Thus, in the proposed device, the error associated with the influence of the capacitance of the sensor volume not filled with liquid is completely eliminated, which allows to expand the dynamic range of measurements due to the possibility of taking them at small (less than 0.1) X / L values and to increase accuracy in the entire measurement range .
Преобразователь емкости может быть выполнен, например, в виде делителя на сопротивлениях Z1 и Z2, питаемом от генератора 5, включенного между общей точкой емкостей Cас и Cвс (корпус сосудов) и общей точкой сопротивлений Z1 и Z2. Сопротивления Z1 и Z2 вместе с емкостями Cас и Cвс представляют собой классический мост, питаемый от генератора 5. Емкости сосудов Cас и Cвс образуют два смежных плеча этого моста, а два других - сопротивления Z1 и Z2, выбираемые из условия Z1/Z2 = K2/K3. При этом должен обеспечиваться баланс моста на нулевом уровне, т.е. при отсутствии жидкости в сосудах. Однако на практике полного баланса моста при таком выборе сопротивлений Z1 и Z2 не получается из-за различия торцевых емкостей измерительного и компенсационного электродов относительно дна каждого из сосудов. Это различие может быть скомпенсировано подключением к сосуду большего диаметра дополнительной подстроечной емкости Cдоп. При полной компенсации различия торцевых емкостей изменение выходного напряжения Δ Uвых, снимаемого с моста, пропорционально разности емкостей (Cас - Cвс), уровню X или объему жидкости Vжид., т.е. Δ Uвых = K4 • (Cас - Cвс) = K5 • X = K6 • Vжид., где K4, K5 и K6 - рассчитанные заранее константы, определяемые конструкцией датчика.The capacitance converter can be made, for example, in the form of a divider on the resistances Z1 and Z2, powered by a
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96109856A RU2113694C1 (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Device for measuring the conducting medium level |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96109856A RU2113694C1 (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Device for measuring the conducting medium level |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2113694C1 true RU2113694C1 (en) | 1998-06-20 |
| RU96109856A RU96109856A (en) | 1998-08-10 |
Family
ID=20180683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96109856A RU2113694C1 (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Device for measuring the conducting medium level |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113694C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU175330U1 (en) * | 2017-05-30 | 2017-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | CAPACITIVE SENSOR FOR MEASURING LIQUID LEVEL |
| RU176260U1 (en) * | 2017-07-21 | 2018-01-15 | Евгений Николаевич Коптяев | ELECTROLYTE SENSOR |
| RU190039U1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | SENSOR FOR MEASURING LIQUID LIQUID |
-
1996
- 1996-05-14 RU RU96109856A patent/RU2113694C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. - М.: Высшая школа, 1991, с.89. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU175330U1 (en) * | 2017-05-30 | 2017-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | CAPACITIVE SENSOR FOR MEASURING LIQUID LEVEL |
| RU176260U1 (en) * | 2017-07-21 | 2018-01-15 | Евгений Николаевич Коптяев | ELECTROLYTE SENSOR |
| RU190039U1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | SENSOR FOR MEASURING LIQUID LIQUID |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4641434A (en) | Inclination measuring device | |
| US3935739A (en) | Liquid level gauging apparatus | |
| US3901079A (en) | Two-mode capacitive liquid level sensing system | |
| US4201085A (en) | Apparatus for determining the liquid level in a tank | |
| US4389900A (en) | Capacitance probe sensor device | |
| US4373389A (en) | Device for capacitive level measurement | |
| CN101356424B (en) | Variable frequency charge pump in capacitive level sensor | |
| JPH035863Y2 (en) | ||
| RU2113694C1 (en) | Device for measuring the conducting medium level | |
| JP2607482B2 (en) | Tilt measuring instrument | |
| US3593118A (en) | Apparatus for measuring the electrical conductivity of liquids having dielectric-faced electrodes | |
| Narayana et al. | Design and development of improved linearized network based liquid level transmitter | |
| RU2166736C2 (en) | Capacitive compensation type level meter | |
| RU5025U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF ELECTRIC CONDUCTING MEDIA | |
| Khan et al. | A non-contact capacitance type level transducer for liquid characterization | |
| SU650024A1 (en) | Method of determining charge and electric conductivity of charged dielectric liquid | |
| US3228245A (en) | Liquid quantity gage | |
| RU2706457C1 (en) | Dynamic liquid density sensor | |
| RU2377552C2 (en) | Device for measurement of humidity | |
| SU658503A1 (en) | Device for determining charge and electroconductivity of dielectric charged liquid | |
| US3395581A (en) | Pressure measuring apparatus | |
| RU8470U1 (en) | CAPACITY LEVELER | |
| SU575477A1 (en) | Liquid level gauge | |
| KR100968896B1 (en) | Complex capacitive measuring device | |
| JPH10282032A (en) | Mixture volume ratio measurement sensor |