[go: up one dir, main page]

RU2113694C1 - Device for measuring the conducting medium level - Google Patents

Device for measuring the conducting medium level Download PDF

Info

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
Application number
RU96109856A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96109856A (en
Inventor
В.А. Климов
В.А. Павлючук
Original Assignee
Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им.Н.Г.Чернышевского
Климов Владимир Александрович
Павлючук Вячеслав Алексеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им.Н.Г.Чернышевского, Климов Владимир Александрович, Павлючук Вячеслав Алексеевич filed Critical Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им.Н.Г.Чернышевского
Priority to RU96109856A priority Critical patent/RU2113694C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2113694C1 publication Critical patent/RU2113694C1/en
Publication of RU96109856A publication Critical patent/RU96109856A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: insulated electrodes are positioned in separate communicating cylindrical vessels of different diameters equidistantly from vessel bottom. Electrodes are connected to capacitive transducers. Adjustable capacitor is connected in parallel to electrode immersed in large-diameter vessel. Vessels are made of conducting material. EFFECT: higher accuracy, extended measurement range. 2 cl, 2 dwg

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 generator 5, the recorder 6, the transducer of the tank 7.

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 X ac +C L-X ac ,
где C L-X ac - электрическая емкость незаполненной части сосуда большего диаметра.
The electrical capacitance of a vessel with a compensation electrode consists of two components:
C ac = c X ac + C Lx ac ,
where c Lx ac - the electric capacity of the unfilled part of the vessel of larger diameter.

C X ac - электрическая емкость заполненной части сосуда большего диаметра,
L - высота сосуда,
X - высота столба жидкости в сосуде.
C X ac - the electrical capacity of the filled part of the vessel of larger diameter,
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

Figure 00000002

где
εoвc - диэлектрические проницаемости вакуума, воздуха и среды (жидкости, заполняющей датчик) соответственно.Using formulas for calculating the capacity of a cylindrical capacitor, we obtain
Figure 00000002

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

Figure 00000003

где
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
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
Figure 00000003

Where
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
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:

Figure 00000006

где
Figure 00000007

Нормированные (т. е. умноженные на заранее известные постоянные коэффициенты) значения этих емкостей равны
Figure 00000008

Разность же нормированных емкостей
Figure 00000009

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:
Figure 00000006

Where
Figure 00000007

The normalized (i.e., multiplied by previously known constant coefficients) values of these capacities are equal
Figure 00000008

The difference is normalized capacities
Figure 00000009

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 generator 5 connected between a common point of capacitors C ac and C sun (vessel body) and a common point of resistance Z1 and Z2. The resistances Z1 and Z2 together with the capacities C ac and C sun represent a classic bridge powered by generator 5. The vessel capacities C ac and C sun form two adjacent shoulders of this bridge, and the other two, the resistances Z1 and Z2, selected from the condition Z1 / Z2 = K2 / K3. In this case, the balance of the bridge should be ensured at zero level, i.e. in the absence of fluid in the vessels. However, in practice, the full balance of the bridge cannot be obtained with this choice of resistances Z1 and Z2 due to the difference in the end capacitances of the measuring and compensation electrodes relative to the bottom of each vessel. This difference can be compensated by connecting an additional trimmer tank C add . With full compensation of the difference in the end capacitance, the change in the output voltage Δ Uout taken from the bridge is proportional to the difference in capacitance (C ac - C sun ), level X, or liquid volume V liquid. , i.e. Δ U out = K4 • (C as - C Sun ) = K5 • X = K6 • V liquid , where K4, K5 and K6 are pre-calculated constants determined by the design of the sensor.

Claims (2)

1. Устройство для измерения уровня электропроводящих сред, содержащее регистратор, электроды, выполненные изолированными, и емкость, выполненную с возможностью подстройки, отличающееся тем, что 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. 1. A device for measuring the level of electrically conductive media, containing a recorder, electrodes made insulated, and a capacitance made with the possibility of adjustment, characterized in that the electrodes are located in separate, interconnected cylindrical vessels of different diameters made of conductive material, and connected to the inputs of the capacitance converter, and the capacitance made with the possibility of adjustment is connected in parallel to the electrode immersed in a vessel of a larger diameter. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды установлены на одинаковом расстоянии от дна сосудов. 2. The device according to p. 1, characterized in that the electrodes are installed at the same distance from the bottom of the vessels.
RU96109856A 1996-05-14 1996-05-14 Device for measuring the conducting medium level RU2113694C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. - М.: Высшая школа, 1991, с.89. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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