SU140238A1 - Liquid Level Sensor with Capacitive Sensor - Google Patents

Description

Известны уровнемеры жидкости, использующие эффект изменени  емкости опущ,енного в жидкость изолированного нровода при изменении уровн  жидкости. Изменение емкости определ етс  с помощью специальной схемы, состо щей из автогенератора пр моугольных импульсов, подключенного к емкостному датчику, и индикатора.Liquid level gauges are known that use the effect of a change in the capacity of an insulated isolated fluid that is lowered into a liquid when the liquid level changes. The change in capacitance is determined using a special circuit consisting of a square-wave auto-generator connected to a capacitive sensor and an indicator.

От известных уровнемеров жидкости с емкостным датчиком предлагаемый нрибор отличаетс  своей схемой, позвол ющей производить непосредственную запись осциллограмм регистрируемой величины без применени  промежуточных усилителей и сглаживающих фильтров. Принцип работы схемы состоит в периодическом зар де и разр де измер емой емкости от генератора пр моугольных импульсов через схему коммутации, выполненную на диодах. Измерение емкости производитс  по величине тока разр да емкости через нагрузку, которой может служить щлейфовый осциллограф или стрелочный прибор. Благодар  тому, что частота пр моугольных импульсов выбрана выще резонансной частоты индикаторного прибора, последний измер ет непосредственно посто нную составл ющую пульсирующего разр дного тока без применени  сглаживаюпхих фильтров.From the known liquid level gauges with a capacitive sensor, the proposed device is distinguished by its scheme, which allows direct recording of oscillograms of the recorded value without the use of intermediate amplifiers and smoothing filters. The principle of operation of the circuit consists in periodically charging and discharging the measured capacitance from the square pulse generator through a switching circuit made on diodes. The capacitance is measured by the magnitude of the capacitive discharge current through the load, which can be a loop oscilloscope or a switch instrument. Due to the fact that the frequency of the rectangular pulses is chosen higher than the resonant frequency of the indicator device, the latter measures the direct constant component of the pulsating discharge current without applying a smoothing filter.

На фиг. 1 показан емкостной датчик, опущенный в жидкость, на фиг. 2 - электроимнульсна  схема.FIG. 1 shows a capacitive sensor lowered into a liquid; FIG. 2 - electrically pulsed circuit.

Прибор работает следующим образом.The device works as follows.

Изолированный провод I, опущенный в жидкость с грузом Р на конце,  вл етс  одной из обкладок конденсатора. Другой провод 2, соединенный с землей,  вл етс  второй обкладкой конденсатора. При изменении уровн  жидкости емкость конденсатора С мен етс  согласно формуле:Insulated wire I, lowered into a liquid with a load P at the end, is one of the capacitor plates. The other wire 2 connected to ground is the second capacitor plate. When the liquid level changes, the capacitor capacitance C varies according to the formula:

где /г -- высота уровн  жидкости, а К - посто нный коэффициент, завис щий от жидкости и параметров конструкции конденсатора.where / g is the height of the liquid level, and K is a constant coefficient depending on the liquid and the parameters of the capacitor design.

,,

№ 140238 2 Дл  измерени  этой емкости используетс  электроимпульсна  схема , показанна  на фиг. 2. Пр моугольные импульсы частотой 8500 гц генерируютс  двухтактным генератором на германиевых триодах ЯЯ и ЯЯо. Ко вторичной обмотке генератора присоединены измер ема  емкость Сх и последовательно с ней индикаторный прибор со схемой коммутации на двух германиевых диодах ЯЯз, ЯЯ1. При прохождении тока от генератора в одном направлении открываетс  диод ЯЯз, зар жа  измер емую емкость Сх до некоторого напр жени  IJ и сообща  ей зар д Q, равный Q - CyU. При обратном направлении тока открываетс  диод ЯЯ4 и происходит разр д емкости Су через сопротивление нагрузки R„. .Гок1„ через нагрузку будет равен:No. 140238 2 To measure this capacitance, an electrical pulse circuit is used, shown in FIG. 2. Square-wave pulses with a frequency of 8500 Hz are generated by a push-pull generator on the germanium triodes JJ and HJ. A measured capacitance Cx is connected to the secondary winding of the generator and, in series with it, an indicator device with a switching circuit on two germanium diodes ЯЯЗ, ЯЯ1. With the passage of current from the generator in one direction, an NSN diode opens, charging the measured capacitance Cx to a certain voltage IJ and the common charge Q, equal to Q - CyU. In the reverse direction of the current, the NR4 diode opens and the capacitance of the Su is discharged through the load resistance Rn. "Gok1" through the load will be equal to:

/,f..2.j;M/,f..2.j;M

где / частота следовани  пр моугольных импульсов.where / is the frequency of following rectangular pulses.

Таким образом, при посто нных U, f и К. ток /„ будет пр мо пропорционален изменению уровн  h.Thus, at constant U, f, and K., the current / "will be directly proportional to the change in the level h.

Описанный прибор имеет большой диапазон измерени  уровней (от дес тков сантиметров до дес тков метров). Погрешность при записи на шлейфе -- не более 2%.The described device has a large level measurement range (from tens of centimeters to tens of meters). Error when writing on the loop - no more than 2%.

Прибор сконструирован дл  измерени  уровней верхнего и нижнего бьефов на гидроэлектростанци х, но может примен тьс  и в других отрасл х промышленности, например дл  измерени  уровней воды в скважинах, колодцах и т. д.The device is designed to measure upstream and downstream levels in hydropower plants, but it can also be used in other industries, such as measuring water levels in wells, wells, etc.

Один экземпл р прибора был изготовлен в 1960 г. по заказу кафедры гидроэнергетики МЭИ.One copy of the device was manufactured in 1960 by order of the Department of Hydropower, Moscow Power Engineering Institute.

Предмет изобретени Subject invention

Уровнемер жидкости с емкостным датчиком, подключенным к автогенератору пр моугольных импульсов, выполненному на транзисторах, отл ич а ю щи и с  тем, что, с целью непосредственной записи осциллографом регистрируемой величины без применени  нромежуточных усилителей и фильтров, шлейф осциллографа подключен ко вторичной обмотке трансформатора автогенератора через поворотный ключ, образованный двум  кристаллическими диодами, а генератор настроен на частоту, большую, чем частота собственных колебаний шлейфа.A liquid level meter with a capacitive sensor connected to a square-wave auto-oscillator performed on transistors is distinguished by the fact that, for the purpose of direct recording by an oscilloscope of a recorded value without the use of intermediate amplifiers and filters, the oscilloscope loop is connected to the secondary winding of the auto-oscillator transformer through a rotary key formed by two crystal diodes, and the generator is tuned to a frequency greater than the natural frequency of the loop.

Фие.2Fie.2