RU85641U1

RU85641U1 - CAPACITIVE LIQUID METER

Info

Publication number: RU85641U1
Application number: RU2009105632/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Георгиевич Минаев; Дмитрий Геннадьевич Ушкур; Максим Алексеевич Мастепаненко; Владимир Валерьевич Самойленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное объединение "Электроимпульс"
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-08-10

Abstract

Емкостной измеритель уровня жидкости, содержащий металлический защитный экран, одновременно являющийся корпусом и электродом и выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения, две шпильки, установленные поперек металлического защитного экрана по его концам на расстоянии не менее перепада измеряемого уровня, покрытый изоляцией проволочный электрод, уложенный в полости металлического защитного экрана вдоль его оси и закрепленный с помощью двух шпилек, отличающийся тем, что он содержит два идентичных конденсаторных датчика уровня жидкости, один из которых короче другого, не менее чем на 10%, при этом длина более короткого конденсаторного датчика должна быть не менее диапазона изменения уровня контролируемой жидкости.A capacitive liquid level meter containing a metal protective shield, simultaneously being a body and an electrode and made in the form of a metal pipe, mainly of circular cross section, two studs mounted across the metal protective shield at its ends at a distance of no less than the difference in the measured level, insulated with a wire electrode, laid in the cavity of the metal protective shield along its axis and secured with two studs, characterized in that it contains two identical condensate a liquid level sensor, one of which is shorter than the other, by at least 10%, while the length of the shorter capacitor sensor must be at least the range of the level of the controlled liquid.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами.The utility model relates to the field of electrical engineering and is intended to measure the level of dielectric and conductive liquids, and can be used in control systems and technological processes.

Уровень техникиState of the art

Известен емкостной датчик диэлектрических свойств газообразных и жидких сред, содержащий электроды, подключенные к выходным клеммам. Электроды выполнены из гибких металлических одножильных или многожильных проводов, покрытых изоляцией и произвольно уложенных в клубок (см. а.с. СССР 1125530 A, G01N 27/22, опубл. 23.11.1984 г.).Known capacitive sensor of the dielectric properties of gaseous and liquid media, containing electrodes connected to the output terminals. The electrodes are made of flexible metal single-core or stranded wires coated with insulation and randomly laid in a ball (see AS USSR 1125530 A, G01N 27/22, publ. 11/23/1984).

Данный датчик может служить сигнализатором уровня жидких сред на границе раздела «жидкость-воздух» или «жидкость-жидкость». Во втором случае жидкости должны быть несмешиваемые и отличаться между собой значением диэлектрической проницаемости.This sensor can serve as a signaling device for the level of liquid media at the interface “liquid-air” or “liquid-liquid”. In the second case, the liquids must be immiscible and differ in the value of permittivity.

Недостатком указанного датчика является отсутствие возможности непрерывного контроля уровня жидкости, особенно при больших его изменениях.The disadvantage of this sensor is the inability to continuously monitor the liquid level, especially with large changes.

Известен измеритель уровня жидкости, содержащий двухэлектродный емкостной датчик с внешним и внутренним электродами, электрически связанными с электронной схемой. Согласно первому варианту известный емкостной датчик выполнен в виде коаксиального конденсатора. Внутренний электрод датчика выполнен трубчатым и смонтирован внутри фторопластового щупа. Согласно второму варианту внутренний электрод коаксиального конденсатора выполнен трубчатым и дополнительно снабжен защитным экраном. Экран выполнен в виде спиральной пружины из бронзы и электрически соединен с внешним электродом - корпусом коаксиального конденсатора (см. RU 2300742 С2, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 2007.06.10).A known liquid level meter containing a two-electrode capacitive sensor with external and internal electrodes electrically connected to an electronic circuit. According to the first embodiment, the known capacitive sensor is made in the form of a coaxial capacitor. The internal sensor electrode is made tubular and mounted inside the fluoroplastic probe. According to a second embodiment, the inner electrode of the coaxial capacitor is tubular and additionally provided with a protective shield. The screen is made in the form of a spiral spring made of bronze and is electrically connected to an external electrode - the housing of a coaxial capacitor (see RU 2300742 C2, G01F 23/24, G01F 23/26, publ. 2007.06.10).

Недостатками датчика являются: трудоемкость в изготовлении датчика для измерения больших перепадов уровней жидкостей, трудоемкость в изготовлении универсального датчика для различных перепадов измеряемого уровня с возможностью сохранения одинаковой электрической емкости.The disadvantages of the sensor are: the complexity in the manufacture of the sensor for measuring large differences in liquid levels, the complexity in the manufacture of a universal sensor for various differences in the measured level with the possibility of maintaining the same electrical capacitance.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является емкостной двухэлектродный датчик уровня жидкости, содержащий металлический защитный экран, выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения и длинной не менее перепада измеряемого уровня и электроды, выполненные из одножильных или многожильных изолированных проводников, уложенных в виде одно- или многовитковой петли, установлены во внутренней полости защитного экрана вдоль его оси и закреплены с помощью двух шпилек, установленных поперек защитного экрана по его концам. (RU 78929 U1, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 10.12.2008 г.)The closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted by the authors for the prototype is a capacitive two-electrode liquid level sensor containing a metal protective shield made in the form of a metal pipe, mainly circular in length and no less than the difference in the measured level and electrodes made of single-core or multi-core insulated conductors laid in the form of a single or multi-turn loop are installed in the inner cavity of the protective shield along its axis and fixed Lena with two pins mounted across the protective screen at its ends. (RU 78929 U1, G01F 23/24, G01F 23/26, published December 10, 2008)

Недостатком датчика является отсутствие возможности компенсировать погрешность измерений, вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой среды.The disadvantage of the sensor is the inability to compensate for measurement errors caused by changes in the dielectric constant of the controlled medium.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к устранению погрешности измерений, вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to eliminate the measurement error caused by a change in the dielectric constant of the controlled fluid.

Технический результат достигается тем, что емкостной измеритель уровня жидкости содержит металлический защитный экран, выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения, две шпильки, установленных поперек металлического защитного экрана по его концам на расстоянии не менее перепада измеряемого уровня, покрытый изоляцией проволочный электрод, уложенный в полости металлического защитного экрана вдоль его оси и закрепленный с помощью двух шпилек, два идентичных конденсаторных датчика уровня жидкости, один из которых короче другого, не менее чем на 10%, при этом длинна более короткого конденсаторного датчика должна быть не менее диапазона изменения уровня контролируемой жидкости. Электроды хотя бы одним концом подключены к измерительному прибору.The technical result is achieved by the fact that the capacitive liquid level meter contains a metal protective shield made in the form of a metal pipe, mainly of circular cross-section, two studs mounted across the metal protective shield at its ends at a distance of not less than the level difference, coated with an insulated wire electrode, laid in the cavity of the metal protective screen along its axis and fixed with two studs, two identical capacitor sensors for liquid level, one of the cat shorter than the other, not less than 10%, while the length of the shorter capacitor sensor must be at least the range of the level of the controlled fluid. The electrodes are connected at least one end to a measuring device.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. изображен емкостной измеритель уровня жидкости, установленный в резервуаре с контролируемой по уровню жидкостью и подключен к измерительному прибору.In FIG. shows a capacitive liquid level meter installed in a tank with a level-controlled liquid and connected to a measuring device.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Емкостной измеритель уровня жидкости содержит два идентичных конденсаторных датчика 1 и 2 уровня жидкости (см. фиг.). Конденсаторный датчик 1 уровня жидкости содержит металлический защитный экран 3, выполненный в виде металлической трубы преимущественно круглого сечения. Металлический защитный экран 3 одновременно является электродом и корпусом конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и устанавливается вертикально в резервуаре 4, заполняемого жидкостью, уровень которой подлежит измерению.A capacitive liquid level meter contains two identical capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level (see. Fig.). The condenser sensor 1 of the liquid level contains a metal protective screen 3, made in the form of a metal pipe mainly of circular cross section. The metal protective screen 3 is simultaneously the electrode and the housing of the capacitor sensor 1 of the liquid level and is mounted vertically in the tank 4, filled with liquid, the level of which is to be measured.

На одном конце металлического защитного экрана 3 поперек его геометрической оси закреплена шпилька 5. На другом конце металлического защитного экрана 3 установлена шпилька 6.A stud 5 is fixed at one end of the metal shield 3 across its geometric axis. A stud 6 is mounted at the other end of the metal shield 3.

Длина h металлического защитного экрана 3 и, соответственно, расстояние между шпильками 5 и 6 должно быть не менее диапазона измеряемого уровня. Отчет уровня жидкости ведут от верхней отметки не погруженных частей конденсаторных датчиков 1 и 2 уровней жидкости и обозначенный через X. Тогда, погруженная часть конденсаторного датчика 1 уровня жидкости составит h-X.The length h of the metal shield 3 and, accordingly, the distance between the studs 5 and 6 should be not less than the range of the measured level. The liquid level report is conducted from the upper mark of the non-immersed parts of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level and indicated by X. Then, the immersed part of the capacitor sensor 1 of the liquid level will be h-X.

Шпильки 5 и 6 служат фиксаторами для проволочного электрода 7, выполненного из покрытой изоляцией одножильной проволоки.Studs 5 and 6 serve as clamps for the wire electrode 7, made of coated single-core wire.

Конденсаторный датчик 2 уровня жидкости содержит металлический защитный экран 8, выполненный в виде металлической трубы преимущественно круглого сечения. Металлический защитный экран 8 одновременно является электродом и корпусом конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и устанавливается вертикально в резервуаре 4, заполняемого жидкостью, уровень которой подлежит измерению. На одном конце металлического защитного экрана 8 поперек его геометрической оси закреплена шпилька 9. На другом конце металлического защитного экрана 8 установлена шпилька 10.The condenser sensor 2 of the liquid level contains a metal protective screen 8, made in the form of a metal pipe mainly of circular cross section. The metal shield 8 is simultaneously the electrode and the housing of the capacitor sensor 2 of the liquid level and is mounted vertically in the tank 4, filled with liquid, the level of which is to be measured. A stud 9 is fixed at one end of the metal shield 8 across its geometric axis. A stud 10 is mounted at the other end of the metal shield 8.

Длина Н металлического защитного экрана 8 и, соответственно, расстояние между шпильками 9 и 10 больше, не менее чем на 10%, длинны металлического защитного экрана 3 и расстояние между шпильками 5 и 6 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости. Тогда длинна постоянно погруженной части конденсаторного датчика 2 уровня жидкости будет H-h. Чем больше эта разница, тем точнее будет производиться измерение.The length H of the metal shield 8 and, accordingly, the distance between the studs 9 and 10 is longer, not less than 10%, the length of the metal shield 3 and the distance between the studs 5 and 6 of the capacitor sensor 1 of the liquid level. Then the length of the constantly submerged part of the liquid level capacitor sensor 2 will be H-h. The larger this difference, the more accurate the measurement will be.

Шпильки 9 и 10 служат фиксаторами для проволочного электрода 11, выполненного из покрытой изоляцией одножильной проволоки.The studs 9 and 10 serve as clamps for the wire electrode 11, made of coated single-core wire.

Концы электродов конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости подключены к соответствующим входам измерительного прибора 12.The ends of the electrodes of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level are connected to the corresponding inputs of the measuring device 12.

Работает емкостной измеритель уровня жидкости следующим образом.Works capacitive liquid level meter as follows.

Емкостной измеритель уровня жидкости устанавливают в резервуаре 4 с жидкостью, уровень которой необходимо измерять.A capacitive liquid level meter is installed in the tank 4 with the liquid, the level of which must be measured.

Электроды 5 и 6 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и электроды 9 и 10 конденсаторного датчика 2 уровня жидкости образуют два электрических конденсатора, являющиеся чувствительным элементами емкостного измерителя уровня жидкости.The electrodes 5 and 6 of the capacitor sensor 1 of the liquid level and the electrodes 9 and 10 of the capacitor sensor 2 of the liquid level form two electric capacitors, which are sensitive elements of a capacitive liquid level meter.

Известно, что при прочих равных условиях емкость конденсатора пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости вещества, заполняющего межэлектродное пространство. У воздуха диэлектрическая проницаемость практически равна 1, а для различных жидкостей значения диэлектрической проницаемости лежат в пределах от 2 до 30. Вода имеет еще большее значение диэлектрической проницаемости равное 80 (при температуре 20°С). Предложенный емкостной измеритель уровня жидкости представляет собой комплекс из двух электрических конденсаторов с двухслойными диэлектриками.It is known that, ceteris paribus, the capacitance of the capacitor is proportional to the relative dielectric constant of the substance filling the interelectrode space. In air, the dielectric constant is practically equal to 1, and for various liquids the dielectric constant ranges from 2 to 30. Water has an even higher dielectric constant of 80 (at a temperature of 20 ° C). The proposed capacitive liquid level meter is a complex of two electric capacitors with two-layer dielectrics.

Один слой межэлектродного пространства занят изоляционным покрытием проволочных электродов 7 и 11 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости, имеющим постоянное значение диэлектрической проницаемости. Другой же является либо воздухом (при минимальном значении уровня), либо жидкостью (при полном заполнении полости конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости). При чем длинна конденсаторного датчика 1 уровня жидкости короче, не менее чем на 10%, длинны конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, и поэтому один конец конденсаторного датчика 2 уровня жидкости постоянно погружен в контролируемую жидкость, уровень которой не может опускаться ниже этого предела, что позволяет внести компенсации в измерительную схему.One layer of the interelectrode space is occupied by the insulating coating of the wire electrodes 7 and 11 of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level, which has a constant dielectric constant. The other is either air (with a minimum level value) or liquid (when the cavity of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level is completely filled). Moreover, the length of the condenser sensor 1 of the liquid level is shorter, by at least 10%, the length of the capacitor sensor 2 of the liquid level, and therefore one end of the capacitor sensor 2 of the liquid level is constantly immersed in a controlled liquid, the level of which cannot fall below this limit, which allows compensate the measuring circuit.

Измерительный прибор 12, выполненный по любой известной схеме измерения емкости, проградуирован в единицах уровня для конкретных жидкостей. По показаниям измерительного прибора 12 судят о значении уровня в резервуаре 4 и изменении диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, с целью компенсации погрешности измерений.The measuring device 12, made by any known scheme for measuring capacitance, is graduated in units of level for specific liquids. According to the testimony of the measuring device 12 judge the value of the level in the tank 4 and the change in the dielectric constant of the controlled fluid, in order to compensate for the measurement error.

Во время измерения уровня жидкости в резервуаре возможно изменение диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, которая зависит от температуры, состава и свойств жидкости, а в связи с этим возникновение дополнительной погрешности. Этот недостаток позволяет устранить конденсаторный датчик 2 уровня жидкости, конец которого постоянно погружен в жидкость. Одновременно с изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, изменяется общая емкость конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, так как емкость постоянно погруженной части датчика не зависит от изменения уровня жидкости в резервуаре 4, а является функцией только диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и позволяет постоянно следить за изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрической проницаемости, которая зависит от температуры, состава, свойств жидкости.During the measurement of the liquid level in the tank, a change in the dielectric constant of the controlled liquid is possible, which depends on the temperature, composition and properties of the liquid, and in this regard, the occurrence of an additional error. This drawback allows you to eliminate the capacitor sensor 2 of the liquid level, the end of which is constantly immersed in the liquid. Simultaneously with the change in the dielectric constant of the controlled liquid, the total capacity of the capacitor sensor 2 of the liquid level changes, since the capacity of the continuously immersed part of the sensor does not depend on the change in the liquid level in the tank 4, but is a function of only the dielectric constant of the controlled liquid and allows you to constantly monitor the change in dielectric constant controlled fluid and compensate for measurement errors caused by changes in dielectric constant, which Single depends on temperature, composition, fluid properties.

Предлагаемый емкостной измеритель уровня жидкости по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The proposed capacitive liquid level meter in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:

- позволяет компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости;- allows you to compensate for the measurement error caused by changes in the dielectric constant of the controlled fluid;

- имеет возможность использования для больших перепадов уровня контролируемой жидкости.- has the ability to use for large drops in the level of the controlled fluid.

Claims

A capacitive liquid level meter containing a metal protective shield, simultaneously being a body and an electrode and made in the form of a metal pipe, mainly of circular cross section, two studs mounted across the metal protective shield at its ends at a distance of no less than the difference in the measured level, insulated with a wire electrode, laid in the cavity of the metal protective shield along its axis and secured with two studs, characterized in that it contains two identical condensate a liquid level sensor, one of which is shorter than the other, by at least 10%, while the length of the shorter capacitor sensor must be at least the range of the level of the controlled liquid.