close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13036

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13036
(13) C1
(19)
G 01F 23/22
G 01N 27/22
ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ
ЖИДКОЙ СРЕДЫ
(21) Номер заявки: a 20080333
(22) 2008.03.21
(43) 2009.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт технической акустики Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Джежора Александр Александрович; Рубаник Василий Васильевич; Савчук Владимир Кондратьевич;
Кузьминич Александр Викторович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2196966 C2, 2003.
BY 9594 C1, 2007.
RU 95111430 A1, 1997.
SU 136923, 1961.
US 3119266, 1964.
JP 11271134 A, 1999.
BY 13036 C1 2010.04.30
(57)
Датчик измерения уровня электропроводящей жидкой среды, содержащий потенциальные электроды, размещенные в изоляционном слое, отличающийся тем, что дополнительно содержит охранные электроды, расположенные между потенциальными
электродами, и охранные плоские электроды, поверхности которых перпендикулярны
электродам датчика и расположены на его изолированных торцах, причем потенциал охранных и охранных плоских электродов равен нулю.
Фиг. 1
Изобретение относится к области измерения, в частности к средствам измерения уровня электропроводящих сред, и может быть использовано для измерения количества воды,
молока в баках, а также тарировки емкостей.
Известен датчик для измерения уровня проводящей жидкости, содержащий остеклованный электрод и дополнительный электрод без изоляции [1].
BY 13036 C1 2010.04.30
Изменение емкости датчика пропорционально глубине погружения остеклованного
электрода в жидкость.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата
при использовании известного датчика, относятся трудности начала отсчета уровня, возможность измерения уровня только электропроводящих жидкостей.
Наиболее близким по технической сути к изобретению является датчик для измерения
топлива в баке, содержащий электроды, расположенные внутри изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и принятый за прототип [2].
При изменении уровня жидкости изменяется емкость датчика, погруженного в жидкость.
Существенным недостатком данного датчика является погрешность измерения, вызванная краевыми эффектами на торцах электродов. Это связано с тем, что электропроводящие жидкости связаны с землей и имеют эквипотенциальную поверхность.
Приближение электропроводящей жидкости к торцам датчика аналогично приближению
эквипотенциальной поверхности с потенциалом земли, равным нулю. Учитывая, что чувствительность всех электродов по отношению к расстоянию до эквипотенциальной поверхности с потенциалом земли максимальна [3], то возникает трудность в определении
начала отсчета уровня. Датчику присуща и низкая чувствительность. Это вызвано тем, что
емкость создается как внутри изоляционного слоя, так и за его пределами. Емкость, созданная в изоляционном слое, велика. В результате изменение емкости, вызванное контролируемым слоем электропроводящей жидкости, мало.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание
датчика, позволяющего повысить чувствительность датчика и уменьшить погрешности,
вызванные началом отсчета уровня. Указанный технический результат достигается тем,
что при использовании существенных признаков, характеризующих известный датчик,
который содержит потенциальные электроды, размещенные в изоляционном слое, в соответствии с изобретением, он дополнительно содержит охранные электроды, расположенные между потенциальными электродами, и охранные плоские электроды, поверхности
которых перпендикулярны электродам датчика и расположены на его изолированных
торцах, причем потенциал охранных и охранных плоских электродов равен нулю.
Особенностью является то, что на концах датчиков распложены охранные плоские
электроды, поверхности которых перпендикулярны электродам датчика.
Техническая сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, где на фиг. 1
представлен продольный разрез датчика, на фиг. 2 - поперечный разрез, на фиг. 3 - зависимости емкостей датчиков от глубины погружения в электропроводящую жидкость.
В данном случае возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата заключается в следующем.
Датчик измерения уровня электропроводящей жидкой среды (см. фиг. 1, 2) содержит
потенциальные электроды 1 и 2, между которыми располагают охранный электрод 3, потенциал которого равен нулю, и охранные плоские электроды 4, поверхности которых
перпендикулярны электродам датчика и электрически связаны с охранными электродами
3, и имеют потенциал, равный нулю.
Если все электроды расположены в изоляционном слое 5, то поле датчика разбивается
на две области: паразитную и рабочую. Паразитная область создается частью силовых линий, замыкающихся на охранный электрод 3, и исключается из измерения. Так как на торцах датчика находятся охранные плоские электроды, имеющие потенциал, равный нулю,
то они имитируют изначально границу раздела слоев электропроводящая жидкостьвоздух.
Вследствие этого достигаются следующие эффекты:
резко снижается первоначальная емкость датчика;
область зоны контроля смещается, выходя за пределы изоляционного слоя 5;
2
BY 13036 C1 2010.04.30
изначально устанавливается начало отсчета уровня от верхней поверхности охранного
плоского электрода, подъем уровня электропроводящей жидкости повторяет границу раздела эквипотенциальная поверхность плоского охранного электрода-воздух.
Начало отсчета уровня х электропроводящих жидких сред совпадает с верхней поверхностью охранного плоского электрода. Граница чувствительности h к электропроводящей жидкости определяется зазором между потенциальными электродами, размером
охранного электрода и диэлектрической проницаемостью самого изоляционного слоя ε1.
Она может быть уменьшена за счет отдельного исполнения каждого из потенциальных
электродов, когда они не заливаются общим изоляционным слоем.
Уменьшение первоначальной емкости датчика достигается тем, что из контроля исключается максимальный поток силовых линий между потенциальными электродами 1 и
2. Рабочая область поля образуется за пределами изоляционного слоя, непосредственно в
области расположения контролируемой жидкости. Рабочая емкость датчика Ср прямо
пропорциональна длине ленточных электродов:
(1)
Ср = ε1ε0AL,
где ε0 - электрическая постоянная,
ε1 - диэлектрическая проницаемость окружающей среды,
L - длина электродов,
А - коэффициент прямой пропорциональности.
При заполнении такого датчика электропроводящей жидкостью рабочая емкость падает за счет экранирования:
(2)
∆Ср = ε0ε1Ax,
где х - толщина слоя жидкости.
В силу того, что первоначальная рабочая емкость такого датчика Ср уменьшается по
сравнению с рабочей емкостью датчика (прототипа) на величину паразитной емкости, то
чувствительность датчика резко возрастает независимо от геометрических соотношений
размеров потенциальных электродов, в том числе и от их толщины. Если потенциальные
электроды не заливаются общим изоляционным слоем, а покрыты изоляционным слоем и
разделены воздушной прослойкой, то паразитная емкость становится практически равной
нулю. Однако отсутствие охранных плоских электродов, поверхности которых перпендикулярны электродам датчика и расположены на изолированных торцах датчиков, причем
потенциал охранных и охранных плоских электродов равен нулю, приводит к трудности в
определении начала отсчета уровня.
Это хорошо видно из экспериментальных кривых, полученных в случае контроля
уровня электропроводящей жидкости (воды), (см. фиг. 3). Кривая 1 соответствует прототипу, кривая 2 - заявляемому датчику, содержащему дополнительные охранные плоские
электроды. Отсчет нулевого уровня начинается от верхней поверхности охранного плоского электрода. Ему соответствует скачек на графике зависимости емкости датчика от
уровня жидкости, заполнившей рабочее пространство датчика.
Датчик работает следующим образом: при погружении в электропроводящую жидкость (вода), связанную электрически с землей, его емкость начинает изменяться лишь
после того, как уровень жидкости совпадет с верхней границей плоского охранного электрода. Емкость по мере заполнения датчика водой уменьшается по линейному закону, что
позволяет легко определять толщину слоя жидкости.
Предлагаемый датчик выполняется, например, из шлейфа со стабильными диэлектрическими характеристиками, с электродами, выполненными из проволоки одинакового
диаметра 0,5 мм, расположенными на расстоянии 4 мм друг от друга. Толщина охранного
электрода может быть произвольной (от миллиметра до десятков миллиметров). Плоский
охранный электрод был выполнен в виде шайбы толщиной 20 мм. График линейной зависимости емкости такого датчика от воды представлен на фиг. 3 (кривая 2). Из графика хо3
BY 13036 C1 2010.04.30
рошо видна точка начала отсчета уровня жидкости. Изменение емкости началось только с
уровня 20 мм. Такой датчик может найти применение при контроле уровня электропроводящих сред (вода, молоко, спиртосодержащие жидкости).
Источники информации:
1. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 142, рис. 7.9,б.
2. Патент РФ 2196966, МПК G 01F 23/26, 2003.
3. Матис И.Г. К вопросу определения глубины и ширины зоны материала, контролируемого накладным конденсатором. В кн.: Методы и приборы автоматического контроля.Рига, 1973.- Вып. 10.- С. 49-50.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
490 Кб
Теги
by13036, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа