Датчик измерения уровня жидкой или сыпучей среды

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОЙ ИЛИ СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Джежора Александр Александрович Рубаник Василий Васильевич Савчук Владимир Кондратьевич Кузьминич Александр Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(57) Датчик измерения уровня жидкой или сыпучей среды, содержащий потенциальные электроды, установленные в изоляционном слое, отличающийся тем, что дополнительно содержит охранные электроды, потенциал которых равен нулю, расположенные в изоляционном слое между потенциальными электродами. Фиг. 1 Изобретение относится к области измерения, в частности к средствам измерения уровня жидких или сыпучих сред, и может быть использовано для измерения количества топлива в баках, а также глубины погружения тела в жидкость. Известен датчик для измерения топлива в баке, содержащий цилиндрический конденсатор с внутренним электродом, покрытым изоляционным слоем, и наружным электродом, в зазоре между которыми находится исследуемая жидкость 1. Изменение емкости датчика пропорционально глубине погружения цилиндрического конденсатора в жидкость. 11930 1 2009.06.30 К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного датчика, относятся низкие эксплуатационные свойства при измерении жидкостей, трудности при измерении уровня движущейся жидкости, сыпучих сред и на поверхности твердого тела, повышенная чувствительность к эффектам налипания и смачивания жидкостью поверхности электродов. 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 низкая чувствительность датчика. Это вызвано тем, что рабочая емкость создается как внутри изоляционного слоя, так и за его пределами. Емкость, созданная в изоляционном слое, велика. В результате приращение емкости контролируемым слоем жидкости мало. Такому датчику присущи и погрешности измерения, вызванные эффектами налипания и смачивания, изоляционного слоя. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание датчика, позволяющего повысить чувствительность датчика и уменьшить погрешности,вызванные влиянием пленки жидкости на поверхности изоляционного слоя. Указанный технический результат достигается тем, что при использовании существенных признаков, характеризующих известный датчик, который содержит потенциальные электроды, установленные в изоляционном слое, в соответствии с изобретением, он дополнительно содержит охранные электроды, потенциал которых равен нулю, расположенные в изоляционном слое между потенциальными электродами. Особенностью является то, что между потенциальными электродами располагаются охранные электроды. 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 жидкость. В данном случае возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата заключается в следующем. Датчик измерения уровня жидких или сыпучих сред (фиг. 1, 2) содержит потенциальные электроды 1 и 2, между которыми располагают охранный электрод 3, потенциал которого равен нулю. Все электроды расположены в изоляционном слое 4. Благодаря этому поле датчика разбивается на две области паразитную и рабочую. Паразитная область создается частью силовых линий, замыкающихся на охранный электрод 3, и исключается из измерения. Вследствие этого достигаются следующие эффекты резко снижается первоначальная емкость датчика область зоны контроля смещается вверх, выходя за пределы изоляционного слоя 4. Граница зоны, с которой начинается контроль , определяется зазором между потенциальными электродами, размером охранного электрода и диэлектрической проницаемостью самого изоляционного слоя 1. 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)10,где 0 - электрическая постоянная,1 - диэлектрическая проницаемость окружающей среды, - длина электродов,А - коэффициент прямой пропорциональности. 2 11930 1 2009.06.30 При заполнении такого датчика жидкостью рабочая емкость изменяется(2) С 0(2 - 1),где х - толщина слоя жидкости,2 - диэлектрическая проницаемость контролируемой жидкости. В силу того что первоначальная рабочая емкость такого датчика 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. Это хорошо видно из экспериментальных кривых, полученных в случае контроля уровня дизельного топлива(фиг. 3). Кривая 1 соответствует прототипу, кривая 2 - заявляемому датчику, содержащему дополнительный охранный электрод. Чувствительность прототипа в два раза меньше. Так как зона контроля начинается за пределами слоя, образованного изоляцией и пленкой жидкости, то тем самым уменьшаются погрешности, вызванные эффектом смачивания и налипания. Датчик работает следующим образом при погружении в жидкость его емкость изменяется 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, расположенными на расстоянии 1 мм друг от друга. График линейной зависимости емкости такого датчика от уровня дизельного топлива представлен на фиг. 3 (кривая 2). Такой датчик может найти применение и при контроле уровня сыпучих сред. На фиг. 3. представлены графики, полученные в случае контроля уровня кварцевого песка. Тот же датчик и тот же прототип засыпались кварцевым песком. Кривая 3 соответствует прототипу, кривая 4 - заявляемому датчику, содержащему дополнительный охранный электрод. Как и в случае контроля уровня дизельного топлива, чувствительность прототипа в два раза меньше. Источники информации 1. Боднер В.А. Авиационные приборы. - М Машиностроение, 1969. - С. 246. 2. Патент РФ 2196966, МПК 01 23/26, 2003. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3