ТЕРМИСТОРНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к средствам измерения уровня жидкости в промышленных и бытовых резервуарах и используется в качестве первичного измерительного преобразователя в автоматизированных системах контроля и управления.

Известны устройства для контроля уровня жидкости [1-6], содержащие компенсационный и измерительный терморезисторы (или термисторы), мостовую измерительную схему, дифференциальный усилитель, устройство визуального отображения измерительной информации или блок согласования с автоматизированной системой контроля.

Недостатком известных устройств являются низкие чувствительность и достоверность измерений, обусловленные зависимостью процесса измерений от эксплуатационных условий окружающей среды, т.е. всегда необходима значительная разность температур между компенсационным и измерительным термисторами.

Наиболее прогрессивными являются сигнализаторы уровня жидкости, построенные на принципе регистрации резкого изменения электрического сопротивления, вызванного разными коэффициентами теплопроводности термозависимого резистивного элемента в жидкости и газе. Главной отличительной особенностью этих сигнализаторов является эксплуатация термозависимого резистора в нагретом состоянии.

Известно применение термопар для измерения уровня жидкости [7], а также уровня поверхности раздела жидкости и газа при отсутствии какой-либо разности температур между ними. Данное устройство отличается тем, что измерительная термопара в рабочем состоянии всегда нагрета от отдельного источника переменного тока. Термопара, нагретая до 150-200^oС, генерирует постоянный ток, который является основным в измерительной цепи равновесного моста, и фиксируется гальванометром. При соприкосновении нагретой в газовой среде термопары с поверхностью нефти, в силу большой теплоемкости, теплопроводности, а главное, за счет скрытой теплоты парообразования термопара мгновенно теряет тепло и остывает. Остывшая термопара прекращает генерировать ток и стрелка гальванометра показывает нуль. Этот перепад настолько резок, что позволяет достоверно определять границу раздела нефть-газ даже при одинаковой температуре нефти и газа.

Недостатками этого устройства являются зависимость чувствительности от типа термопары и использование для нагревания термопары источника переменного тока, что вызывает нестабильность температуры термопары.

Известен тепловой сигнализатор уровня [8], содержащий термозависимый резистивный мост, включающий три постоянных и один термозависимый резисторы, источник питания, дифференциальный усилитель, компаратор, ключевой элемент и индикатор.

К недостаткам данного теплового сигнализатора уровня относятся ограниченный рабочий диапазон температур, низкие достоверность и быстродействие измерений, отсутствие защиты от воздействия влаги и вибраций, наличие сложной электрической схемы получения, отработки и представления в удобной для пользователя измерительной информации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является терморезисторный уровнемер жидкости [9], содержащий терморезистор на теплоизоляционной подложке, импульсный источник постоянного тока, полосовой фильтр, микроконтроллер и дисплей. Этот уровнемер принят за прототип. Прототипу присущи те же недостатки, что и аналогам: зависимость рабочего диапазона температур от температуры жидкости и терморезистора, ограниченная достоверность, вызванная импульсным характером источника питания, низкие быстродействие и надежность, обусловленные наличием сложной аппаратуры воспроизведения измерительной информации, отсутствие защиты от воздействия влаги и вибраций.

Задачей изобретения является повышение достоверности и быстродействия измерений, расширение рабочего диапазона температур сигнализатора уровня, увеличение надежности, создание возможности эксплуатации сигнализатора в условиях воздействия влаги и вибраций.

Технический результат достигается тем, что в сигнализаторе уровня жидкости, содержащем термозависимый элемент, источник питания, измерительную цепь и индикатор, источник питания выполнен в виде источника постоянного тока, термозависимый элемент представляет собой термистор, температурная зависимость которого от величины протекающего через него тока дается выражением
Т=кI+Т₀,
где Т - температура термистора, ^oС;
I - ток через термистор, А;
к - коэффициент пропорциональности, ^oС/А;
Т₀ - температура окружающей среды, ^oС,
измерительная цепь выполнена в виде электронного реле, а печатная плата с электронной схемой измерительной цепи электрически соединена с термистором и размещена в отдельном корпусе со связующим компонентом.

Изобретение обеспечивает более высокий по сравнению с аналогами и прототипом уровень достоверности и быстродействия измерений, а также обеспечивает широкий диапазон рабочих температур тем, что в сигнализаторе уровня жидкости, содержащем термистор, источник питания постоянного тока, расположенный на печатной плате, печатную плату, электрически соединенную с термистором и размещенную в отдельном корпусе со связующим компонентом, термистор постоянно находиться в нагретом состоянии, причем это состояние является рабочим эксплуатационным состоянием термистора. Температура, до которой разогревается термистор, выбирается и определяется исходя из вышеприведенной температурной характеристики термистора. Надежность сигнализатора обеспечивается простотой измерительной цепи, которая представляет собой электронное реле, работающее в элементарном режиме "да" - "нет". Кроме того, изобретение обеспечивает такую практически важнейшую эксплуатационную характеристику изделия, как устойчивость к воздействию влаги, вибраций и ударных механических нагрузок. Это достигается благодаря созданию монолитного единства между печатной платой, электронными элементами, размещенными на ней, и корпусом сигнализатора, которые скрепляются связующим компонентом.

Термисторный сигнализатор уровня жидкости (см. чертеж) содержит корпус 1, размещенную в корпусе печатную плату 2 с источником постоянного тока 3, термистор 4, находящийся вне корпуса 1 и электрически связанный с электронной платой 2 и источником постоянного тока 3, связующий компонент 5, индикатор 6.

Термисторный сигнализатор уровня жидкости работает следующим образом. При включении источника постоянного тока 3 термистор 4 начинает нагреваться до определенной температуры, при этом горит контрольный светодиод индикатора 6. Термистор выходит в рабочий нагретый режим за время не более 11 сек. Температура нагретого термистора в рабочем режиме равна 150^oС. По достижении этой рабочей температуры сопротивление термистора изменяется настолько, что цепь электронного реле размыкается и переходит в режим "нет", а светодиод индикатора 6 гаснет. В этом состоянии сигнализатор готов к обнаружению уровня жидкости. При касании жидкостью термистора 4, благодаря разным коэффициентам теплопроводности жидкости и газа (изначально окружавшего термистор), последний резко меняет свое сопротивление, электронное реле мгновенно замыкается и переходит в режим "да", о чем свидетельствует вспыхнувший светодиод индикатора 6.

При опускании уровня жидкости термистор 4 в течение 11 сек возвращается в исходное нагретое рабочее состояние и сигнализатор вновь готов к работе.

Термисторный сигнализатор уровня жидкости разработан и создан в ЗАО НТЦ "КУРС", показал высокую эффективность при простоте конструкции, выпускается серийно в течении 2-х лет.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. GВ 1406873, МКИ G 01 F 23/22, 1975 г.

2. А.с. СССР 678312, МКИ G 01 F 23/22, 1977 г.

3. US 4638288, MKИ G 08 B 21/00, 1987 г.

4. RU 2056099, МКИ А 01 G 25/16, 1994 г.

5. US 5910189, МКИ G 09 F 023/24, 1999 г.

6. RU 18200, МКИ G 01 F 23/24, 2001 г.

7. А.с. СССР 78131, МКИ G 01 F 23/22, 1947 г.

8. А.с. СССР 1723449, МКИ G 01 F 23/22, 1989 г.

9. US 6098457, МКИ G 01 F 23/24, 2000 г.

Изобретение относится к средствам измерения уровня жидкости в промышленных и бытовых резервуарах и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя в автоматизированных системах контроля и управления. Устройство содержит корпус, печатную плату с измерительной цепью, источник питания постоянного тока, размещенный на печатной плате, термистор и индикатор. Термистор электрически связан с источником постоянного тока и измерительной цепью. Термистор расположен снаружи, а остальные элементы устройства - внутри корпуса и связаны между собой и корпусом связующим компонентом. Технический результат состоит в повышении достоверности и быстродействия измерений, расширении рабочего диапазона температур сигнализатора уровня, увеличении надежности, возможности эксплуатации сигнализатора в условиях воздействия влаги и вибраций. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Термисторный сигнализатор уровня жидкости, содержащий корпус, источник питания постоянного тока, размещенный на печатной плате, печатную плату с измерительной цепью, термистор, электрически связанный с источником постоянного тока и измерительной цепью, и индикатор, отличающийся тем, что термистор расположен снаружи, а остальные элементы внутри корпуса и связаны между собой и корпусом связующим компонентом.2. Термисторный сигнализатор уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что термистор постоянно нагрет источником постоянного тока до рабочей температуры.3. Термисторный сигнализатор уровня жидкости по п.2, отличающийся тем, что измерительная цепь выполнена в виде электронного реле.