УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01F23/292 

Устройство относится к приборостроению, в частности, к технике бесконтактного измерения уровня с помощью лазера, и может быть использовано, например, для контроля за уровнем топлива в резервуарах, уровнем агрессивной среды в емкостях, применяемых в химической промышленности и т.д.

Известны устройства для измерения уровня жидкости, содержащие источник света и фотоприемник, см. например, проспект фирмы Leica, Heerburg, Schweiz, 1994.

Недостатком таких устройств является то обстоятельство, что источник света и фотоприемник не отделены от среды, уровень которой измеряется. В случае, если среда агрессивна, это может негативно сказаться на работе источника света и фотоприемника и, в конечном счете, привести к выходу их из строя.

Известны устройства для измерения уровня жидкости в емкости, включающие источник света, фотоприемник и оптически прозрачный разделительный элемент, отделяющий жидкость, находящуюся в емкости, от источника света и фотоприемника, см., например авт. св. СССР N 523295 по кл. G 01 F 23/22, N 28, 1976 г.

В этом устройстве источник света и фотоприемник отделены от жидкости, находящейся в емкости, посредством разделительных элементов, в частности, световодов. Благодаря этому исключается контакт паров и конденсата жидкости с источником света и фотоприемником. Данное устройство принято за прототип настоящего изобретения.

Его недостатком является то, что в случае разности температур световодов атмосферного воздуха и жидкости, на торцах световодов, обращенных к источнику света, конденсируются пары атмосферной влаги, а на торцах световодов, обращенных к поверхности жидкости, образуется конденсат ее паров. Это резко снижает оптическую прозрачность световодов, что может обусловить невозможность процесса измерения. Кроме того, капли конденсата жидкости стекают как со световода, сопряженного с фотоприемником, так и с потолка емкости, и падают на поверхность жидкости, вызывая ее возмущение. Это снижает точность измерений уровня жидкости.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания оптического устройства для измерения уровня жидкости в емкости, в котором повышение точности измерений достигалось бы за счет предотвращения образования конденсата на оптически прозрачном разделительном элементе, отделяющем жидкость, находящуюся в емкости, от источника света и фотоприемника, а также за счет предотвращения падения капель конденсата на поверхность жидкости в зоне, где производятся измерения.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для измерения уровня жидкости в емкости, включающем источник света, фотоприемник и оптически прозрачный разделительный элемент, отделяющий жидкость, находящуюся в емкости, от источника света и фотоприемника, оптически прозрачный разделительный элемент снабжен нагревателем ; облучаемая светом поверхность жидкости в емкости отделена от остальной поверхности этой жидкости посредством трубы, в нижней части которой имеются каналы, сообщающие полость трубы с полостью емкости, при этом верхняя часть трубы сопряжена посредством конического патрубка с оптически прозрачным разделительным элементом; конический патрубок может быть выполнен из гибкого гигроскопического материала, например, фетра; конический патрубок при этом может быть снабжен арматурой, прикрепленной к нему по его наружной поверхности.

Заявителем не выявлены какие-либо оптические устройства для измерения уровня жидкости, которые содержали бы признаки, идентичные заявленной совокупности. В связи с этим можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "новизна".

Заявителем не установлены какие-либо источники, в которых содержалась бы информация о технических решениях, адекватных признакам, указанным в качестве отличий настоящего изобретения, т.е. обусловливающих достижение того же технического результата (повышение точности измерений оптического измерительного устройства). Благодаря реализации этих отличий (в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы заявленного изобретения) обеспечивается достижение важных новых свойств объекта:
исключается нарушение оптической прозрачности пути прохождения света;
предотвращается искажение плоской формы поверхности жидкости в зоне измерений.

Указанные соображения, по мнению заявителя, обусловливают соответствие заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - общая схема устройства, продольный разрез;
на фиг. 2 - оптически прозрачный разделительный элемент, вид сверху.

Устройство включает источник света, в конкретном примере лазер 1, фотоприемник 2 и оптически прозрачный разделительный элемент, в конкретном примере, плоскопараллельное стекло 3. Плоскопараллельное стекло 3 снабжено нагревателем 4. Облучаемая светом поверхность 5 жидкости 6 в емкости 7 отделена от остальной поверхности 8 этой жидкости посредством трубы 9, в нижней части которой имеются каналы 10, сообщающие полость трубы 9 с полостью емкости 7. Верхняя часть трубы 9 сопряжена посредством конического патрубка 11 с плоскопараллельным стеклом 3. Конический патрубок 11 выполнен из фетра и снабжен арматурой 12 в виде сетки, прикрепленной к нему по его наружной поверхности.

Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1 проходит через плоскопараллельное стекло 3 и отражается от поверхности 5 жидкости 6 в полости трубы 9. Отраженный луч попадает на фотоприемник 2. С помощью нагревателя 4 поддерживают температуру стекла 3 на 2-3^oC выше, чем температура жидкости 6 в емкости 7. Благодаря этому предотвращается образование конденсата на поверхности стекла 3, обращенной к жидкости 6. Тем самым исключается нарушение оптической прозрачности пути прохождения лазерного луча. Капли жидкости 6 конденсируются на стенках трубы 9 выше уровня жидкости 6 в емкости 7 и стекают вниз, не вызывая возмущений поверхности 5. Кроме того, конденсат жидкости 6 образуется на внутренней поверхности конического патрубка 11. При этом конденсат впитывается гигроскопическим материалом патрубка 11, перемещается по его капиллярам к нижним кромкам патрубка 11 и стекает с них в емкость 7, попадая на поверхность 8 вне полосы трубы 9. Капли конденсата, образующиеся на потолке емкости 7, попадают на наружную поверхность конического патрубка 11 или непосредственно на поверхность 8. Благодаря этому предотвращается их возмущающее воздействие на состояние поверхности 5 жидкости 6 в зоне измерений уровня.

Устройство может быть выполнено из обычных материалов с применением заводского оборудования и соответствует, по мнению заявителя, критерию "промышленная применимость".

Устройство используется для бесконтактного контроля за уровнем топлива в резервуарах, уровнем агрессивной среды в емкостях. Устройство для измерения уровня жидкости в емкости включает источник света, фотоприемник и оптически прозрачный разделительный элемент, отделяющий жидкость, находящуюся в емкости, от источника света и фотоприемника и снабженный нагревателем. Облучаемая светом поверхность жидкости в емкости отделена от остальной поверхности этой жидкости посредством трубы, в нижней части которой имеются каналы, сообщающие полость трубы с полостью емкости, при этом верхняя часть трубы сопряжена посредством конического патрубка с оптически прозрачным разделительным элементом. Обеспечено повышение точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для измерения уровня жидкости в емкости, включающее источник света, фотоприемник и оптически прозрачный разделительный элемент, отделяющий жидкость, находящуюся в емкости, от источника света и фотоприемника, отличающееся тем, что оптически прозрачный разделительный элемент снабжен нагревателем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что облучаемая светом поверхность жидкости в емкости отделена от остальной поверхности этой жидкости посредством трубы, в нижней части которой имеются каналы, сообщающие полость трубы с полостью емкости, при этом верхняя часть трубы сопряжена посредством конического патрубка с оптически прозрачным разделительным элементом. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что конический патрубок выполнен из гибкого гигроскопического материала, например фетра. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что конический патрубок снабжен арматурой, прикрепленной к нему по его наружной поверхности.