ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области измерения уровня жидкости и может быть использована на транспорте для измерения количества топлива в баках, а также глубины погружения тела в жидкость.
Известен датчик для измерения уровня проводящей жидкости, содержащий остеклованный электрод и дополнительный электрод без изоляции (см. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с., стр. 142, рис. 7.9,б).
Изменение емкости датчика пропорционально глубине погружения остеклованного электрода в жидкость.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного датчика, относится возможность измерения уровня только электропроводящих жидкостей и отсутствие экранирования остеклованного электрода.
Наиболее близким датчиком того же назначения к заявленному датчику по совокупности признаков является датчик для измерения уровня жидкости, содержащий электроды, расположенные внутри изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и образующие параллельно соединенные конденсаторы, (см. Патент РФ №2196966, G01F 23/26, Б.И. №2, 2003) и принятый за прототип.
При изменении уровня жидкости изменяется емкость конденсатора, образованного погруженными в жидкость электродами, находящимися внутри изоляционного слоя.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже результата при использовании известного датчика, принятого за прототип, относится повышение абсолютной погрешности измерения уровня жидкости при увеличении диапазона измерения. Так при высоте датчика 10 см, при относительной погрешности емкостной измерительной схемы 1%, абсолютная погрешность измерения уровня жидкости составит 0,1 см, а при высоте датчика 100 см эта погрешность составит 1 см.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка датчика для измерения уровня жидкости.
Технический результат - повышение точности измерения уровня жидкости.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный датчик для измерения уровня жидкости содержит электроды, расположенные внутри изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и образующие параллельно соединенные конденсаторы.
Особенностью является то, что внутри нижней части изоляционного слоя дополнительно установлены аналогичные электроды, образующие многоуровневый измерительный контур.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен продольный разрез датчика.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
1-2
1
1-2
Датчик содержит электроды 1 и 2, расположенные внутри изоляционного слоя 3, заполняющего все межэлектродное пространство. Электроды 1 и 2 образуют плоский конденсатор, емкость C которого определяется высотой h и шириной W электродов, расстоянием d между электродами, толщиной и диэлектрической проницаемостью изоляционного слоя 3, диэлектрической проницаемостью жидкости 4, глубиной X погружения электродов 1 и 2 в жидкость 4.
2
3
4
1-5
1-6
1-7
Внутри нижней части изоляционного слоя 3 дополнительно установлены аналогичные электроды 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7, образующие многоуровневый измерительный контур. Электроды 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7 образуют плоские конденсаторы высотой h, h, h, изменения емкостей С, С, С которых также зависят от их глубины погружения в жидкость 4.
Датчик работает следующим образом.
1
1-2
При подаче на электроды 1, 2 напряжения вокруг них образуется неоднородное электрическое поле, которое зависит от высоты h и ширины W электродов 1, 2, расстояния d между электродами 1, 2, толщины и диэлектрической проницаемости изоляционного слоя 3, диэлектрической проницаемости жидкости 4, а также глубины Х погружения электродов 1, 2 в жидкость 4.
1-2
1-2
1-2
Изменение глубины X погружения электродов 1, 2 в жидкость 4 приводит к изменению напряженности поля и связанной с ней емкостью С конденсатора, образованного электродами 1, 2, изоляционным слоем 3 и погруженной в жидкость 4 на величину X частью электродов 1, 2.
2
3
4
При подаче на аналогичные электроды 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7 напряжения вокруг них также образуется неоднородное электрическое поле, которое зависит от высот h, h, h электродов 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7, их ширины W, расстояния d между ними, толщины и диэлектрической проницаемости изоляционного слоя 3, диэлектрической проницаемости жидкости 4, а также глубины погружения электродов 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7 в жидкость 4.
2
3
4
1-5
1-6
1-7
Если глубина X погружения датчика в жидкость 4 больше суммы высот h, h, h электродов 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7, а толщина и диэлектрическая проницаемость изоляционного слоя 3 и диэлектрическая проницаемость жидкости 4 остаются постоянными, то емкости С, C, С конденсаторов, образованных электродами 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7, также остаются постоянными.
Тогда глубина X погружения датчика в жидкость 4 определится как
1-2
2
3
4
X=X+h+h+h,
2
3
4
1-2
так как h+h+h=const, то погрешность измерения глубина X погружения датчика в жидкость 4 зависит лишь от погрешности измерения Х.
Дополнительно установленные в датчик аналогичные электроды, образующие многоуровневый измерительный контур, позволяют повысить точность измерения уровня жидкости.