УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ НАЛИЧИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01F23/22 G01F23/24 A01G25/16 A01C23/00 A01M7/00 

Устройство относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к средствам сигнализации наличия жидкости у поливальных машин, опрыскивателей, машин внесения удобрений, и может быть также использовано и в других средствах контроля наличия жидкости.

Известны устройства для сигнализации наличия жидкости, включающие генератор импульсов, связанный с датчиком для размещения в жидкой среде, ключевой элемент, блок сравнения и блок индикации [1, 2]. Во всех указанных случаях замыкания клемм датчика жидкостью происходит срабатывание ключевого элемента и блока сравнения, после чего сигнал отображается блоком индикации.

Однако в перечисленных случаях сигнал с датчика не имеет определенного перепада напряжения и вследствие значительности временного фронта сигнала его обработка приводит к значительной ошибке и соответственно недостоверности результатов индикации. Наличие гистерезиса в системе обработки сигнала, который обусловлен наличием неоднородности самой жидкости, капель и паров в зоне расположения датчика, существенно снижает точность регистрации. И эти факторы для такого рода устройств являются зачастую непреодолимыми, и даже при существенном усложнении блока обработки невозможно добиться необходимой точности.

Наиболее близким к заявленному является устройство для сигнализации наличия жидкости, включающей генератор импульсов, связанный посредством RC-фильтра с одним электродом контактного датчика, второй электрод которого заземлен, а также с формирователем нормированного сигнала, выход которого подключен к селектору, выполненному в виде усилительной ячейки с инвертирующим и неинвертирующим выходами, между которыми включен конденсатор, буферный усилитель, подключенный к визуальному индикатору, а также формирователь сигнала звуковой индикации, один из входов которого связан с выходом генератора импульсов, а выход подключен к звуковому сигнализатору [3].

При работе данного устройства сигнал с генератором импульсов через фильтр поступает на контактный датчик и формирователь нормированного сигнала, после чего селектируется и при отсутствии контакта датчика с жидкостью выделенный сигнал запускает звуковой сигнализатор и визуальный индикатор. Однако, несмотря на более высокие эксплуатационные характеристики данного устройства, все-таки имеет место довольно значительный гистерезис электронного блока устройства, вызванный описанными выше причинами, в результате чего устройство имеет недостаточную точность, и, следовательно, информативность.

Технической задачей изобретения является повышение точности работы устройства и возможность его настройки на любую конструкцию контактных датчиков.

Указанная техническая задача решается тем, что оно снабжено инвертором уровня отселектированного сигнала с низким входным сопротивлением и выходом с логическими уровнями сигнала, вход которого подключен к неинвертирующему выходу усилительной ячейки селектора, а выход связан со входом буферного усилителя и другим входом формирователя сигнала звуковой индикации.

А также тем, что инвертор уровня отселектированного сигнала выполнен в виде транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, база которого является входом инвертора отселектированного сигнала, а также в виде соответствующего триггера Шмитта, причем коллектор упомянутого транзистора подключен к объединенным входам данного триггера, выход которого является выходом инвертора уровня отселектированного сигнала.

И, кроме того, тем, что снабжено цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно включенных первого электронного ключа, соответствующего триггера Шмитта с объединенными входами и второго электронного ключа, причем вход первого электронного ключа подключен к неинвертирующему выходу буферного усилителя, а выход второго связан с входом буферного усилителя.

Причем инвертор уровня отселектированного сигнала может быть выполнен с возможностью изменения его входного сопротивления.

Поиск, проведенный по патентной и иной технической литературе, показал, что заявленная совокупность неизвестна, т.е. заявленное соответствует условию изобретения "новизна".

Поскольку устройство содержит известные элементы и узлы, а также проверено в работе, то оно соответствует условию изобретения "промышленная применимость".

А так как в результате решается поставленная техническая задача, причем в результате эксплуатации устройства имеется более высокий эффект, достигнутый неочевидным для специалиста образом, то заявленное соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг.2 и 3 - соответственно вид контактного датчика, сбоку и сверху; на фиг.4 - схема подключения контактного датчика и визуального индикатора.

Устройство включает генератор импульсов 1, который может быть выполнен, например, на триггере Шмитта DD1.1 с времязадающей R1C1 цепочкой, T-образный RC-фильтр на конденсаторе C2 и резисторах R2 и R3, формирователь нормированного сигнала 3, который выполнен на транзисторе VT2, включенном по схеме генератора тока и резисторов R5 и R4, селектор 4, который выполнен на основе усилительной ячейки на транзисторе VT1, резистора R6, конденсаторов C3 и C4, причем последний включен между инвертирующим и неинвертирующим выходами транзистора VT1, инвертор уровня отселектированного сигнала 5, выполненного на транзисторе VT3, триггере Шмитта DD1.2 и резисторах R7, R5, причем в данном случае инвертор представляет каскад с низким входным сопротивлением благодаря включению транзистора VT3 по схеме с общим эмиттером. Формирователь сигнала звуковой индикации 6 выполнен на триггере Шмитта DD1.3 и связан со звуковым сигнализатором BA1. Буферный усилитель 7, выполненный на транзисторе VT8, охвачен цепью обратной связи, которая выполнена на последовательно связанных транзисторе VT5, включенном по схеме с общим эмиттером, триггере Шмитта с объединенными входами, а также включенным по схеме с общим эмиттером транзисторе VT4, коллектор которого подключен к базе транзистора VT8, при этом эмиттер последнего подключен к базе транзистора VT5. Коллектор транзистора VT8 связан с выходной клеммой блока K2. Устройство также имеет блок стабилизации напряжения 9, который выполнен на транзисторах VT6, VT7, диоде VD1 и стабилитроне VD2, а также резисторах R11, R14, R15 (фиг.1). При этом вход блока 9 подключен к клемме K3, которая связана непосредственно с одним полюсом источника питания 11, другой полюс которого связан с клеммой K1, а клемма K2 подключена к источнику питания 10 через визуальный индикатор 11, например, лампу. Выход фильтра 2 связан с входом формирователя 3 и клеммой K4, которая подключена к одному из электродов контактного датчика 12, другая клемма которого заземлена. Выходом формирователя 3 является коллектор транзистора VT2, который связан с входом селектора 4, т.е. с базой транзистора VT1, эмиттер последнего является неинвертирующим выходом селектора 4 и посредством резистора R7 подключен к входу инвертора 5, т.е. к базе транзистора VT3. Выход триггера Шмитта DD1.1 связан посредством резистора R9 с входом буферного усилителя 7 и с одним из входов формирователя 6 на триггере DD1.3, ко второму входу которого подключен выход генератора 1. Блок стабилизации напряжения 9 питает посредством выходного транзистора VT7 и конденсатора C5 остальные блоки. Следует отметить, что триггеры Шмитта могут быть заменены на элементы 2 И-НЕ или аналогичные узлы, выполняющие данную логическую функцию со сравнением входных сигналов, по результатам которого осуществляется выбор нуля или единицы с последующей инвертацией.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает прямоугольные сигналы с частотой повторения, расположенной в звуковом диапазоне и определяемой цепочкой R1C1. С выхода генератора 1 импульсы поступают на фильтр 2 и далее на датчик 12 и формирователь 3. При непогруженных в жидкость электродах датчика 12 сигнал на нем фактически соответствует сигналу с генератора 1, при погруженных - фактически имеет вид проинтегрированных прямоугольных импульсов существенно меньшей амплитуды. Эти сигналы преобразуются формирователем 3, который выполнен по схеме генератора тока, что позволяет благодаря нелинейной характеристике р-п переходов транзистора VT2 значительный по амплитуде сигнал ограничивать на заданном уровне, а сигналы с малой амплитудой усиливать в определенных пределах и таким образом достичь относительно стабильного уровня выходного сигнала схемы. Далее сигнал приходит на селектор 4, т.е. на базу транзистора VT1, и при погруженных в жидкость электродах датчика 12, когда сигнал принимает положительные значения, транзистор VT1 открывается и на его инвертирующем и неинвертирующем выходах появляются одинаковые разнополярные сигналы, которые вследствие наличия конденсатора C4 вычитаются (в данном случае это обусловлено подбором емкости конденсатора) и, таким образом, на входе инвертора 5 напряжение практически не отличается от нуля, что соответствует его закрытому состоянию и включенным звуковому сигнализатору BA1 и визуальному индикатору 11. Таким образом, когда электроды датчика 12 погружены в жидкость, устройство не вырабатывает инициирующих сигналов. Если же электрод датчика 12 находится вне жидкости, то влияние жидкости на форму сигнала отсутствует и сигнал с датчика 12 практически повторяет сигнал с выхода генератора 1. Этот сигнал частично ослабляется формирователем 3 и поступает на вход селектора 4. Поскольку в этом случае нарастание положительных фронтов сигнала происходит достаточно быстро, конденсатор C4 также быстро разряжается через практически открытый транзистор VT1, и схема теряет способность вычитать сигналы, появляющиеся у нее на инвертирующем и неинвертирующем выходах, поэтому на последнем, т.е. на резисторе R7, выделяется положительный сигнал. В те моменты времени, когда сигнал с выхода формирователя 3 принимает отрицательные значения, транзистор VT1 заперт и конденсатор C4 медленно заряжается от блока 9 через относительно большое сопротивление резистора R6, т. е. в этом случае конденсатор C4 выполняет свою интегрирующую функцию. В результате на неинвертирующем выходе-эмиттере транзистора VT1 формируется практически постоянное положительное напряжение, которое открывает транзистор VT3 инвертора 5 с низким входным сопротивлением, поскольку он включен по схеме с общим эмиттером. Напряжение насыщения его перехода при токе базы порядка 1 мА величина постоянная и составляет 0,8-0,9 В. Таким образом, в делителе напряжения резистор R6, переход коллектор-эмиттер VT1 и резистор R7 образуется нормированный источник напряжения для поддержания входных характеристик каскадов на VT1 и VT2 при обработке сигналов с датчика, что не удавалось в прототипе, поскольку рабочая точка переключения сигнализатора в прототипе зависела от объема контролируемой жидкости, величины смоченной площади электродов датчика и т.д. В данном же случае удалось на порядок понизить входное сопротивление данного каскада и выбором величины резистора R7 адаптировать устройство под любые конструкции датчиков с установкой необходимого порога срабатывания, что позволяет легко достичь повторяемости параметров устройства. Сигнал с выхода открытого транзистора VT3 открывает усилитель 7 и визуальный индикатор 11 включается. Кроме того, сигналы с выхода генератора 1 и выхода триггера DD1.2 поступают на формирователь 6 - триггер DD1.3, с выхода которого преобразуются в звуковой сигнал сигнализатором BA1. В данном случае триггер DD1.2 позволяет вследствие наличия порога срабатывания и порога отпускания исключить слабое свечение индикатора 11, что имело место в прототипе, и компенсировать девиацию полезного сигнала во входных каскадах. Это позволило исключить влияние капель, брызг, стекания жидкости по электродам и т.д. Для ускорения и более эффективного включения индикатора 12 введена цепь из транзистора VT5, триггера DD1&4 и транзистора VT4, позволяющая более четко определить моменты включения индикатора 12 и исключить влияние канала световой индикации на канал звуковой индикации, что является очень существенным.

Применение заявленного устройства позволяет его использовать не только для контроля наличия жидкости, но и для контроля наличия определенного вида жидкости, например, контроля уровня раздела двух различных жидкостей, причем в данном случае могут контролироваться как слабо-, так и сильноэлектропроводные растворы и т. п. Эффективность данного устройства очень высока при высоких эксплуатационных параметрах.

Источники информации
1. Перспективы развития машин и оборудования для защищенного грунта /Сб. научн. тр. ВИСХОМа, М., 1975.

2. Анализ мировых тенденций развития сельскохозяйственной техники /Сб. научн. тр. ВИСХОМа, М., 1986.

3. Патент Российской Федерации, 2010498. кл. A 01 G 25/16, 1994.

Устройство относится к средствам сигнализации наличия жидкости у поливных машин, опрыскивателей, машин внесения удобрений и может быть также использовано и в других средствах контроля наличия жидкости. Устройство включает генератор импульсов, связанный посредством РС фильтра с одним электродом контактного датчика, второй электрод которого заземлен, а также с формирователем нормированного сигнала, выход которого подключен к селектору, выполненному в виде усилительной ячейки с инвертирующим и неинвертирующим выходами, между которыми включен конденсатор. Буферный усилитель подключен к визуальному индикатору, а формирователь сигнала звуковой индикации связан с выходом генератора импульсов. Его выход подключен к звуковому сигнализатору. Устройство снабжено инвертором уровня отселектированного сигнала с низким входным сопротивлением и выходом с логическими уровнями сигнала, вход которого подключен к неинвертирующему выходу усилительной ячейки селектора, а выход связан со входом буферного усилителя и другим входом формирователя сигнала звуковой индикации. Наличие инвертора позволяет стабилизировать входные характеристики первых каскадов и выбором задающих элементов адаптировать сигнал датчика относительно любой его конструкции. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для сигнализации наличия жидкости, включающее генератор импульсов, связанный посредством RC - фильтра с одним электродом контактного датчика, второй электрод которого заземлен, а также с формирователем нормированного сигнала, выход которого подключен к селектору, выполненному в виде усилительной ячейки с инвертирующим и неинвертирующим выходами, между которыми включен конденсатор, буферный усилитель, подключенный к визуальному индикатору, а также формирователь сигнала звуковой индикации, один из входов которого связан с выходом генератора импульсов, а выход подключен к звуковому сигнализатору, отличающееся тем, что оно снабжено инвертором уровня отселектированного сигнала с низким входным сопротивлением и выходом с логическими уровнями сигнала, вход которого подключен к неинвертирующему выходу усилительной ячейки селектора, а выход связан с входом буферного усилителя и другим входом формирователя сигнала звуковой индикации. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инвертор уровня отселектированного сигнала выполнен в виде транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, база которого является входом инвертора отселектированного сигнала, а также в виде соответствующего триггера Шмитта, причем коллектор упомянутого транзистора подключен к объединенным входам данного триггера, выход которого является выходом инвертора уровня отселектированного сигнала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно включенных первого электронного ключа, соответствующего триггеру Шмитта с объединенными входами, и второго электронного ключа, причем вход первого электронного ключа подключен к неинвертирующему выходу буферного усилителя. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инвертор уровня отселектированного сигнала выполнен с возможностью изменения его входного сопротивления.