СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ УРОВНЕМЕР
SUPERREGENERATIVE LEVEL GAUGE

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. G01F 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. G01F 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 ко входам двух реле, включенных параллельно и настроенных на различные частоты срабатывания, которые подключены ко 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 сверхрегенеративный измеритель уровня, состоящий из сверхрегенеративного детектора-преобразователя, к индуктивно-емкостному колебательному контуру которого подключен чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны (Патент РФ №2324905, кл.6 G01F 23/28, 2008). При приближении измеряемой среды к антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит непрерывное изменение активной составляющей сопротивления антенны, приводящее к непрерывному изменению частоты автосуперизации сверхрегенеративного детектора-преобразователя. Изменение частоты напрямую зависит от расстояния между антенной и измеряемой средой. По частоте судят об уровне измеряемой среды. Последовательность импульсов с переменной частотой может подаваться в качестве непрерывного информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами, или, в упрощенном варианте, на вход частотомера для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.
В качестве недостатка сверхрегенеративного измерителя уровня можно указать то, что изменение электрических параметров антенны при определенных условиях может вызвать некоторую неустойчивость в работе, которая приведет к случайному отклонению частоты колебаний, что отрицательно скажется на точности измерений.
Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи повышения точности бесконтактного непрерывного измерения уровня различных физических сред, включая агрессивные и сыпучие, радиоволновым методом, с исключением возможности снижения точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, и при его осуществлении достигается непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.
Задача решается тем, что в известном сверхрегенеративном измерителе уровня, содержащем передающую часть, включающую в себя чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны, и сверхрегенеративный детектор-преобразователь, причем чувствительный элемент подключен к выходу индуктивно-емкостного колебательного контура, являющегося составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя, отличительными признаками является то, что он снабжен модулятором затухания контура и приемной частью, содержащей приемную антенну и преобразователь принимаемого высокочастотного сигнала, который может определять длительность импульсов, причем модулятор затухания контура является составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя и подсоединен к индуктивно-емкостному колебательному контуру, а приемная антенна подключена ко входу преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала, с выхода которого получают информационный сигнал в виде непрерывной последовательности длительностей импульсов, соответствующий уровню измеряемой среды, в результате чего может осуществляться непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую при определенных условиях может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей, достигается за счет того, что непрерывное измерение уровня производится набором элементов, включающим в себя передающую антенну в качестве чувствительного элемента, подключенную к выходу индуктивно-емкостного колебательного контура, и подсоединенный к колебательному контуру модулятор затухания контура, причем индуктивно-емкостный колебательный контур и модулятор затухания являются составными частями сверхрегенеративного детектора-преобразователя, а также приемную антенну, подключенную к входу преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала, который может определять длительность импульсов, и с выхода которого получают информационный сигнал, в котором информативной является не частота, а длительность импульсов, следующих непрерывной последовательностью.
На чертеже изображена структурная схема сверхрегенеративного уровнемера. Сверхрегенеративный уровнемер состоит из передающей части 1, содержащей чувствительный элемент в виде передающей антенны 2 и сверхрегенеративный детектор-преобразователь 3, составными частями которого являются индуктивно-емкостный колебательный контур 4 и модулятор затухания контура 5, и приемной части 6, включающей в себя приемную антенну 7 и преобразователь принимаемого высокочастотного сигнала 8, с выхода которого получают непрерывный информационный сигнал, соответствующий текущему уровню измеряемой среды.
Устройство работает следующим образом. До заполнения зоны действия уровнемера измеряемой средой активное сопротивление чувствительного элемента (передающей антенны) 2 соответствует некоторому начальному значению по сопротивлению антенны. При приближении измеряемой среды к антенне 2, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит непрерывное изменение активной составляющей сопротивления антенны, приводящее к изменению затухания контура. Последнее влияет на длительность вспышек на индуктивно-емкостном колебательном контуре 4 и, соответственно, длительность импульсов широтно-импульсно-модулированного сигнала, который передается дистанционно с передающей антенны 2, подключенной к колебательному контуру 4, входящему наряду с модулятором затуханий контура 5 в состав сверхрегенеративного детектора-преобразователя 3 передающей части 1, на приемную антенну 7, содержащуюся в приемной части 6, откуда поступает на вход преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала 8, с выхода которого после преобразования в нем (определения длительности импульсов) получают сигнал, где информативной является длительность импульсов, следующих непрерывной последовательностью. По длительности импульсов судят об уровне измеряемой среды. Полученный таким образом непрерывный сигнал может подаваться в качестве информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами, или, в упрощенном варианте, на вход прибора для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.
В результате удается осуществить непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня различных физических сред, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую при определенных условиях может вызвать изменение электрических параметров антенны, с возможностью измерения агрессивных сред и сыпучих материалов.