УРОВНЕМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01F23/30 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, например при определении уровня нефтепродуктов в емкостях нефтебазовых хозяйств или воды в резервуарах систем водоснабжения.

Известен уровнемер, содержащий поплавок, установленный на трубе, которая ориентирована вдоль направления изменения контролируемого уровня, и сигнальный механизм [1]
Однако данный уровнемер обладает невысокой точностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является уровнемер, содержащий мерный шкив с уравновешивающей пружиной постоянного момента и поплавок с отрицательной плавучестью, связанный с мерным шкивом закрепленным на нем гибким органом [2]
На гибком органе известного уровнемера нанесены деления, по которым определяют пространственное положение поплавка, т.е. недостатком известного уровнемера является отсутствие возможности автоматизации и организации дистанционной передачи значений контролируемого уровня, что снижает оперативность их определения.

Задача изобретения повышение оперативности определения значений контролируемого уровня.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в состав уровнемера, содержащего мерный шкив с уравновешивающей пружиной постоянного момента и поплавок с отрицательной плавучестью, связанный с мерным шкивом закрепленным на нем гибким органом, включен редуктор, на ведущей оси которого установлен шкив нежесткой связи с гибким органом, а на ведомой кодовый элемент считывающего устройства, снабженного двумя парами световодов, подведенных к кодовому элементу с возможностью обеспечения оптического контакта через два ряда информационных меток последнего, выполненных в виде сквозных отверстий. При этом считывающее устройство снабжено источником светового потока и двумя фотопреобразователями, подключенными к электронному блоку формирования и индикации выходного сигнала в составе линии временной задержки, двух вентилей, логического элемента "И", двух логических элементов "ИЛИ", двух электронных ключей и реверсивного счетчика.

На фиг. 1 изображен предлагаемый уровнемер; на фиг. 2 поясняется устройство и работа считывающего устройства; на фиг. 3 показан принцип размещения информационных меток на кодовом элементе; на фиг. 4 приведена схема электронного блока формирования и регистрации выходного сигнала; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока формирования и регистрации выходного сигнала.

Уровнемер монтируется на резервуаре 1 и содержит корпус 2, в котором размещен мерный шкив 3 с уравновешивающей пружиной 4 постоянного момента и редуктор в виде фрикционной или зубчатой передачи 5, на ведущей оси которой установлен шкив 6, а на ведомой кодовый элемент 7 считывающего устройства 8, снабженного держателем 9 пучка 10 световодов (фиг. 1).

Уровнемер снабжен также гибким органом 11, выполненным в виде стальной ленты, жестко связанной с поплавком 12, размещенным в направляющих струнах 13, которые посредством груза 14 удерживаются в натянутом состоянии. На гибком органе 11 нанесены деления 15, а в корпусе 2 предусмотрено смотровое окно 16. Пучок 10 световодов подведен к оптоэлектронному блоку 17, подключенному к электронному блоку 18 формирования и индикации выходного сигнала.

Блок 17 содержит источник 19 светового потока и фотопреобразующее устройство 20, изображенные на фиг. 2, на которой показано, что кодовый элемент может быть выполнен в виде диска 21 или барабана 22, информационные метки на которых сгруппированы в два ряда 23 и 24 (25 и 26). Для обеспечения оптического контакта между двумя парами световодов 27, 28 и 29, 30 (31, 32 и 33, 34) четыре последовательности 35 38 информационных меток выполнены в виде сквозных отверстий (фиг. 3).

Электронный блок 18 содержит диоды 39 и 40, линию 41 временной задержки, вентили 42 и 43, логический элемент "И" 44, логические элементы "ИЛИ" 45 и 46, электронные ключи 47 и 48, и реверсивный счетчик 49 (фиг. 3).

Предлагаемый уровнемер работает следующим образом.

На границе раздела сред в резервуаре 1 находится поплавок 12 с отрицательной плавучестью, вес которого компенсируется выталкивающей силой и усилием пружины 4, момент от которой передается на мерный шкив 3, связанный с поплавком 12 гибким органом 11. В результате, колебания уровня H_x контролируемой в резервуаре 1 жидкости будут дублироваться возвратно-поступательным смещением поплавка 12 вдоль направляющих 13, удерживаемых в натянутом положении грузом 14 (фиг. 1).

Гибкий орган 11 представляет собою стальную ленту с нанесенными на ней делениями 15, по которым через окно 16 можно непосредственно судить о степени заполнения резервуара 1. Кроме того, с целью обеспечения дистанционной передачи значений уровня H_x уровнемер снабжен считывающим устройством 8 и редуктором 5 со шкивом 6 гибкой связи с лентой 11, посредством которого линейные смещения поплавка 12 преобразуются во вращательные кодового элемента 7 считывающего устройства 8. В качестве кодового элемента может быть использован диск 21 или барабан 22 с информационными метками, выполненными в виде двух рядов 23, 24 или 25, 26 сквозных отверстий (фиг. 2).

При вращении кодового элемента 7 информационные метки периодически восстанавливают оптический контакт между соосно размещенными световодами пучка 10, подведенного к держателю 9 считывающего устройства 8 от оптоэлектронного блока 17 (фиг. 1).

Блок 17 включает в себя источник 19 светового потока и фотопреобразователь 20 в составе не показанных на фиг. 2 двух фотоприемников с усилителями фотосигналов. При этом к кодовому элементу 7 (диску 21 или к барабану 22) от источника 19 подведена выходная плоскость "S₁" первой пары световодов 27, 28 (31, 32), а от фотопреобразователя 20 входная плоскость "S₂" второй пары световодов 29, 30 (33, 34) считывающего устройства.

С целью определения направления изменения контролируемого уровня H_x информационные метки кодового элемента 7 распределены вдоль каждого ряда в виде двух последовательностей 35, 36 и 37, 38 с равным периодом T_о и со смещением на треть данного периода между последовательностями 35 и 36, 37 и 38, 35 и 37 (35 и 38) (фиг. 3). При этом апертура информационных меток выбирается равной апертуре световодов, и в исходном состоянии уровнемера, когда уровень H_x не изменяется, возможны три варианта положения кодового элемента 7 относительно световодов: кодовый элемент 7 перекрывает световой поток для одной из двух пар световодов и перекрывает либо устанавливает оптический контакт для обеих пар. Поэтому в исходном состоянии уровнемера возможен случай постоянного и одновременного поступления в его электронный блок 18 фотосигналов 50 и 53 (фиг. 5). Однако ввиду того что входы вентилей 42 и 43 через встречно включенные диоды 39 и 40 и линию 41 временной задержки подключены к своим запирающим входам (фиг. 4), через время "τ₀" задержки после установления исходного состояния выходы вентилей 42, 43 перекроются сигналами 51 и 54, а импульс 52 и импульс 55, прошедшие вентили 42, 43 увеличат либо уменьшат показания реверсивного счетчика 49 в зависимости от направления уровня H_x, предшествующего исходному состоянию (фиг. 4 и 5). В связи с этим при монтаже уровнемера на резервуаре 1 поплавок 12 следует опускать из крайнего верхнего положения к поверхности контролируемой жидкости при предварительной установке показания счетчика 49, соответствующего максимальному значению уровня H_x.

Как показано на фиг. 4, выход каждого из вентилей 42, 43 подключен к одному из входов логического элемента "И" 44 и к одному из входов соответственно первого и второго логического элемента "ИЛИ" 45 и 46, второй вход каждого из которых соединен с выходом логического элемента 44. Поэтому в работу элемент 44 включается при одновременном поступлении на его входы импульсов 52 и 55, а элемент 45 (46) при поступлении на один из его входов импульса 52 (55) и отсутствии на другом его входе импульса 55 (52). Логический элемент 44 подключен к объединенному входу электронных ключей 47, 48 и импульс 57, формируемый на выходе элемента 44 как следствие установления оптического контакта между световодами посредством информационных меток последовательностей 36 и 37 (фиг. 3), поступает через один из ключей (47 или 48) на реверсивный счетчик 49, вследствие чего данный импульс можно назвать информационным. В отличие от него импульсы 56 и 58 с выхода логических элементов 45 и 46 соответственно являются коммутационными, т.е. предназначены для управления работой электронных ключей 47 и 48, запирающий вход одного из которых объединен с отпирающим входом другого и подключен к выходу соответствующего логического элемента 45 или 46 (фиг. 4). Другими словами, электронный коммутатор блока 18 в составе ключей 47 и 48 имеет два рабочих состояния: первое ключ 47 открыт, ключ 48 закрыт, второе ключ 47 закрыт, ключ 48 открыт.

При увеличении уровня H_x первый коммутационный импульс, например импульс 56, формируемый посредством последовательности 35 информационных меток кодового элемента 7, переведет коммутатор блока 18 в первое рабочее состояние, при котором информационный импульс 57 с выхода логического элемента 44 через ключ 47 поступит на первый вход реверсивного счетчика 49, увеличивая показания последнего на единицу.

При дальнейшем увеличении уровня H_x коммутационный импульс 58, формируемый на выходе логического элемента 46 посредством последовательности 38 информационных меток, переведет коммутатор блока 18 во второе рабочее состояние. Однако благодаря тому, что за информационной меткой последовательности 38 следует информационная метка последовательности 35 (фиг.3), ключи 47, 48 перед началом формирования информационного импульса 60 возвратятся в первое рабочее состояние и показания счетчика 49 вновь увеличатся на единицу.

При смене направления изменения уровня H_x первым после информационного импульса 60 сформируется коммутационный импульс 61, который с выхода логического элемента 45 подтвердит первое рабочее состояние коммутатора блока 18. Однако при обратном вращении кодового элемента 7 (21 или 22) вслед за импульсом 61 на выходе элемента 46 сформируется второй коммутационный импульс 62, который переведет электронные ключи 47 и 48 во второе рабочее состояние и информационный импульс 63 через открытый ключ 48 поступит на второй вход реверсивного счетчика 49, вычитая из его показаний единицу.

Конструкция предлагаемого уровнемера позволяет с достаточной точностью контролировать изменение уровня H_x, при этом его разрешающая способность определяется передаточным коэффициентом редуктора 5 и диаметром кодового элемента 7.

Таким образом, предлагаемый уровнемер по сравнению с известным обеспечивает возможность автоматизации и дистанционной передачи значений контролируемого уровня, что повышает оперативность их определения.

Использование: для определения уровня нефтепродуктов в емкостях нефтебазовых хозяйств или воды в резервуарах систем водоснабжения. Сущность изобретения: устройство содержит мерный шкив с уравновешивающей пружиной постоянного момента и поплавок с отрицательной плавучестью, связанный с мерным шкивом закрепленным на нем гибким органом, редуктор, на ведущей оси которого установлен шкив нежесткой связи с гибким органом, а на ведомой - кодовый элемент считывающего устройства, снабженный двумя парами световодов, подведенных к кодовому элементу с возможностью обеспечения оптического контакта через два ряда информационных меток последнего, выполненных в виде сквозных отверстий. При этом считывающее устройство снабжено источником светового потока и двумя фотопреобразователями, подключенными к электронному блоку формирования и индикации выходного сигнала в составе линии временной задержки, двух вентилей, логического элемента И, двух логических элементов ИЛИ, двух электронных ключей и реверсивного счетчика. 5 ил.

Уровнемер, содержащий мерный шкив с уравновешивающей пружиной постоянного момента и поплавок с отрицательной плавучестью, связанный с мерным шкивом, закрепленным на нем гибким органом, отличающийся тем, что в его состав включен редуктор, на ведущей оси которого установлен шкив нежесткой связи с гибким органом, а на ведомой кодовый элемент считывающего устройства, снабженного первой парой световодов, во входной плоскости которой установлен источник светового потока, а выходная подведена к кодовому элементу, и второй парой световодов, в выходной плоскости которой установлено по одному фотоприемнику для каждого световода данной пары, а входная плоскость подведена к кодовому элементу с возможностью обеспечения оптического контакта со светодоводами первой пары через два ряда его информационных меток в виде двух последовательностей сквозных отверстий в каждом ряду, выполненных с одинаковым периодом и со смещением на треть данного периода относительно друг друга и относительно одноименных последовательностей другого ряда, при этом фотоприемники второй пары световодов подключены через усилители фототока к электронному блоку формирования и индикации выходного сигнала, выходным элементом схемы которого является реверсивный счетчик, подключенный своими первым и вторым входами к выходу соответственно первого и второго электронных ключей, а входными элементами первый и второй вентили, объединенные своими входами через два встречно включенных диода и через линию временной задержки соединенные со своими запирающими входами с подключением выхода каждого вентиля к одному из входов логического элемента И и к одному из входов первого и второго логических элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом логического элемента И, подключенному к объединенным входам электронных ключей, запирающий вход первого из которых и отпирающий вход второго соединены с выходом первого логического элемента ИЛИ, а запирающий вход второго и отпирающий вход первого электронных ключей с выходом второго логического элемента ИЛИ.