ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ

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. G 01 F 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. G 01 F 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 G 01 F 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, что приводит к существенному снижению точности измерений.
Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи бесконтактного измерения уровня различных физических сред, включая агрессивные и сыпучие, радиоволновым методом, и при его осуществлении достигается 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 из автогенератора гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным колебательным контуром, к выходу которого подключена передающая антенна, и приемную част, состоящую из приемной антенны, смесителя, кварцевого гетеродина, фильтра нижних частот, усилителя низкой частоты и частотомера, отличительным признаком является то, что он лишен приемной части и снабжен индикатором фазы, подключенным между чувствительным элементом, выполненным в виде передающей антенны и автогенератором гармонических колебаний.
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, дистанционный бесконтактный контроль уровня инвариантный к снижению точности измерений по вине устройств обработки информации, достигается за счет того, что измерение и обработка информации производятся минимальным набором устройств, исключающим использование приемного контура, и подключением индикатора фазы напрямую к чувствительному
элементу - передающей антенне.
На чертеже (Фиг.1) изображена структурная схема высокочастотного измерителя уровня. Высокочастотный измеритель уровня состоит из автогенератора гармонических колебаний 1, индикатора фазы 2 и передающей антенны 3, представляющей собой электрический линейный излучатель.
Устройство работает следующим образом. До заполнения зоны действия датчика измеряемой средой антенный контур настраивается на полное согласование, то есть отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. Частота колебаний при использовании колебательного контура открытого типа 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 излучающей антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит изменение электрических параметров контура антенны, приводящее к сдвигу фаз между током и напряжением на входе индикатора фазы. Сдвиг фаз напрямую зависит от расстояния между передающей антенной и измеряемой средой. По показаниям индикатора фазы судят об уровне измеряемой среды.
В результате удается осуществить 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 измерения уровня сыпучих сред с заметными отклонениями от горизонтальной поверхности раздела.
При создании устройства использован индикатор фазы известный из уровня техники (Л.А.Финкелыптейн, Г.Х.Гиршман Антенные контуры широкодиапазонных коротковолновых передатчиков. Расчет и конструирование. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - С.232).