СЛЕДЯЩИЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах радиоизотопного контроля положения жидких и сыпучих веществ в емкостях различной геометрии.

Прототипом изобретения является следящий уровнеметр, содержащий источник питания, контроллер, три счетчика-накопителя, схему сравнения, индикатор, усилительный блок, две трубы, погруженные в емкость, в которых помещены соответственно подвижный источник излучения и детектор излучения, причем выход детектора связан с входом усилительного блока [1]
Недостатком данного уровнемера является низкая надежность, так как в нем используется целый ряд движущихся механических элементов.

Техническим результатом использования изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции.

Данный результат достигается тем, что в уровнемер введены матричный коммутатор входных сигналов и катушки управления положением подвижного источника излучения, объединенные в секций по М элементов в каждой и соединенные соответственно с выходами N и М матричного коммутатора, усилительный блок состоит из К входных усилителей, схема сравнения выполнена из двух цифровых компараторов, источник питания детектора имеет коммутацию на L-выходы, корпус подвижного источника выполнен из магнитного материала, а детектор излучения является распределенным и состоит из L-секций по K-детекторов в каждой, причем выходы контроллера соединены с входами матричного коммутатора, источника питания, коммутатора входных сигналов и индикатора соответственно, входы контроллера соединены с выходами двух компараторов, первые входы которых соединены с выходами первого и третьего счетчика-накопителя, а вторые входы с выходом второго счетчика-накопителя, при этом входы счетчиков-накопителей соединены с выходами коммутатора входных сигналов, К-разрядный вход которого соединен с выходами К-входных усилителей, цепи питания которых соединены с L-выходами источника питания детектора, а сигнальные выходы параллельно соединены в группы по К детекторов и подключены к входам К входных усилителей.

На фиг. 1 приведена структурная схема следящего уровнемера; на фиг. 2 - возможные варианты конструкции подвижного источника; на фиг. 3, 4 два варианта управления положением подвижного источника с помощью соленоидов и посредством коммутации секций статора; на фиг. 5 примеры использования электромагнитного следящего уровнемера для целей обнаружения газовых или паровых включений (пробок) в трубопроводах сложной конфигурации (5а), определения линии раздела фаз с различными радиационными сопротивлениями, то есть плотностью или атомным весом (5б), измерения уровня в резервуаре сложной формы, например тороидальной, точечным детектором излучения (5в).

Следящий уровнемер содержит подвижный источник излучения 1, детектор излучения 2, катушки управления положением подвижного источника излучения 3, объединенные в N-секций по М-элементов в каждой, входные усилители 4, коммутатор входных сигналов 5, счетчики-накопители 6, 7, 8, коммутаторы 9, 10, контроллер 11, источник питания детектора с коммутацией на L-входы 12, матричный коммутатор 13, индикатора 14.

Следящий уровнемер работает следующим образом.

Если уровень контролируемой жидкости соответствует значению, то катушки управления от LM.N до L 2.2 и детектор излучения от CK.L до C3.1 погружены в нее.

После запуска цикла измерения контроллер 11 генерирует сигналы управления на высоковольтный источник 12, который обеспечивает питание детекторов излучения C1.1 CK.1, на коммутатор 5, который открывает первые три канала измерения, на коммутатор 13, который генерирует серии импульсов на выходах от N до 1 для каждой секции от М до 1.

В результате этого блок источника излучения 1 под действием электромагнитного поля перемещается в трубе вертикально вверх и занимает крайнее верхнее положение, в котором удерживается электромагнитным полем катушки L 1.1. Отметим, что на этом этапе скорость перемещения источника излучения максимальна.

Как указывалось выше управляющая катушка L1.1 находится над уровнем жидкости, поэтому детекторы излучения C1.1 C3.1 на этапе измерения регистрируют, например гамма-кванты от источника излучения, прошедших через воздушный слой между источником излучения и детекторами, а детекторы излучения (C4.1 CK. 1) через воздушный слой жидкости, лежащих между блоком источника излучения и детекторами.

Так как напряжение питания на данном этапе работы уровнемера подано на первую группу детекторов излучения C1.1-CK.1, то электрические импульсы на их выходах полученные в результате преобразования ими зарегистрированных гамма-квантов усиливаются соответствующими входными усилителями 4 по К каналам и далее поступают на входы коммутатора 5, причем первые три канала соединены с выходами коммутатора 5, соединенными с входами счетчиков-накопителей 6, 7, 8. Счетчики 6, 7, 8 в течение фиксированного времени Т_у регистрируют количество электрических импульсов, поступивших на их входы от детекторов C1.1, С2.1, С3.1 соответственно.

Зарегистрированные за время Ту в счетчиках-накопителях 6, 8 электрические сигналы поступают на сигнальные входы I компараторов 9, 10, на входы 2 которых поступают электрический сигнал с выхода счетчика-накопителя 7. Если разность электрических сигналов, поступающих на входы 1 и 2 компараторов 9, 10 не превышает некоторой априорно заданной величины, то на выходах последних будут сохраняться нулевые сигналы, которые, поступив на входы контроллера 11.0, переводят его в режим поиска граница раздела двух сред "газ-жидкость", т.е. поиска положения уровня жидкости в емкости.

В режиме поиска положения уровня жидкости происходит подключение следующей по порядку катушки управления, в рассматриваемом случае L2.1. В результате этого блок источника излучения I под действием электромагнитного поля занимает промежуточное положение между L1.1 и L2.1. После новой установки блока источника повторяется цикл измерения. Если в результате измерения уровня электрические сигналы со счетчиков-накопителей 6, 7, 8 оставляют выходы компараторов 9, 10 в исходном состоянии, то контроллер 11 генерирует сигнал управления на коммутатор 13, который отключает управляющую катушку L1.1, оставив подключенной катушку L2.1. В результате блок источника излучения перемещается в третью в рассматриваемом случае позицию, соответствующую центру катушки L2.1.

Перемещением блока источника излучения вертикально вниз под действием электромагнитного поля путем коммутации групп и секций катушек управление происходит до тех пор, пока не достигнет границы раздела "газ-жидкость". В рассматриваемом случае это соответствует положению блока источника излучения в центре катушки L3.2. При этом пространство между блоком источника излучения и ближним детектором (C4.1) заполнено слоем жидкости, которая более чем на порядок ослабляет излучение источника, регистрируемое детектором по сравнению с эквивалентным по размеру газообразным слоем. Вследствие этого на втором компараторе формируется сигнал, например логическая единица, свидетельствующий о достижении блоком источника излучения положения границы раздела двух сред.

Далее происходит процесс точного измерения положения границы раздела двух сред путем перемещения блока источника излучения под действием электромагнитного поля вертикально вверх и вниз от первоначального положения и определения границы раздела по срабатыванию компараторов 9, 10.

Значение положения уровня жидкости определяется номером одной или двух катушек управления 3, напряжение питания которых обеспечивается матричным коммутатором 13, удерживающим блок источника излучения в положении, при котором появляется максимальная разница электрических сигналов на входах 1 и 2 компараторов 9, 10. Это значение пересчитывается в индикаторе 14 в величину уровня в мм. В рассматриваемом выше случае для регистрации излучения использовалась только одна секция распределенного детектора излучения 2 - C1.1.CK.1. В процессе изменения уровня жидкости в емкости может возникнуть необходимость переключения на следующие секции распределенного детектора излучения. Это переключение жестко определяется номером одной или двух управляющих катушек, удерживающих блок источника излучения на уровне границы раздела двух сред.

Вследствие того, что рассматриваемый следящий уровнемер основан на взаимодействии корпуса блока источника излучения с электромагнитным полем, то указанный корпус должен быть выполнен из магнитного материала. Возможные варианты конструкции источников излучения показаны на фиг.2. Внутри каждого из показанных на фиг. 2 источников излучения находится источник излучения, например цилиндр из нержавеющей стали, наполненный радиоактивным изотопом. Блок источника излучения изготавливается из ферромагнитного материала, например из нержавеющей стали с резьбовым или клеевым (фиг. 2, а, в, г, д) соединением или с завальцовкой (фиг. 2,б). В конструкциях, изображенных на рис. 2, а и 2,г, используется фиксация источника излучения в блоке, основанная на использовании силы притяжения двух постоянных магнитов. В конструкции, изображенной на фин. 2,д, используются вставки из магнитомягкого феррита.

Катушки управления движением блока источника излучения могут быть реализованы в двух вариантах. В первом варианте, изображенном на фиг. 3, катушки представляют собой коммутирующие секции соленоида, имеющего высоту равную диапазону измерения, во втором варианте, изображенном на фиг. 4, катушки имеют вид статора линейного двигателя.

Использование: в системах контроля положения жидких и сыпучих веществ в емкостях различной геометрии. Сущность изобретения: уровнемер содержит две трубы, погруженные в емкость, в которой помещены соответственно подвижный источник излучения и детектир излучения, катушки управления положением подвижного источника излучения, объединенные в N-секций по М-элементов в каждой и соединенные соответственно с выходами N- и М-матричного коммутатора, вход которого соединен с одним из выходов контроллера, остальные три выхода которого соединены с входами коммутатора входных сигналов, источника питания детектора и индикатора соответственно, а два входа соединены с выходами двух компараторов сигналов, первые входы которых соединены с выходами первого и третьего счетчиков-накопителей, а вторые входы - с выходами второго счетчика-накопителя, входы счетчиков-накопителей соединены с выходами коммутатора входных сигналов, К-разрядный вход которого соединен с выходами К входных усилителей, а детектор излучения представляет собой распределенный детектор излучения, состоящий из L-секций по К детекторов в каждой, цепи питания которых соединены с L-выходами источника питания, а сигнальные выходы, параллельно соединенные в группы по К-детекторов, соединены с входами К входных усилителей. 5 ил.

Cледящий уровнемер, содержащий источник питания, контроллер, три счетчика-накопителя, схему сравнения, индикатор, усилительный блок, две трубы, погруженные в емкость, в которых помещены соответственно подвижный источник излучения и детектор излучения, причем выход детектора связан с входом усилительного блока, отличающийся тем, что в него введены матричный коммутатор, коммутатор входных сигналов и катушки управления положением подвижного источника излучения, объединенные в N секций по М элементов в каждой и соединенные соответственно с выходами N и М матричного коммутатора, усилительный блок состоит К входных усилителей, схема сравнения выполнена из двух цифровых компараторов, источник питания детектора имеет коммутацию на L выходов, корпус подвижного источника выполнен из магнитного материала, а детектор излучения является распределенным и состоит из L секций по К детекторов в каждой, причем выходы контроллера соединены с входами матричного коммутатора, источника питания, коммутатора входных сигналов и индикатора соответственно, входы контроллера соединены с выходами двух компараторов, первые входы которых соединены с выходами первого и третьего счетчиков-накопителей, а вторые входы с выходом второго счетчика-накопителя, при этом входы счетчиков-накопителей соединены с выходами коммутатора входных сигналов, К-разрядный вход которого соединен с выходами К входных усилителей, цепи питания которых соединены с L выходами источника питания детектора, а сигнальные выходы параллельно соединены в группы по К детекторов и подключены к входам К входных усилителей.