ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАСХОДА И УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01F1/22 G01F23/68 G12B17/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям расхода и уровня жидкости, и может использоваться в фотоэлектронных расходомерах и уровнемерах поплавкового типа.

Известны измерительные устройства расхода и уровня жидкости на основе использования фотодатчика и средств ослабления влияния помеховой засветки на надежность и точность устройств путем, например, внесения изменений в электронную схему, в частности за счет встречно-параллельного включения приемных фотодиодов наряду с применением гальванического режима, в котором они работают как генераторы тока, а также синхронного пропуска импульсного фототока с помощью синхронного детектора в оптическом бесконтактном уровнемере (см. п. РФ № 2000023, G 01 F 23/22, 1993), или путем, например, внесения изменений в оптическую схему, в частности за счет поворота на 90° луча фотодатчика, направляемого в фотоприемник с помощью полупрозрачного зеркала, расположенного под углом 45° к оптической оси источника луча фотодатчика в оптическом сигнализаторе уровня жидкости (см. п. РФ № 1833681, G 01 F 23/22, 1996).

Общими недостатками указанных аналогов, характеризующих уровень техники решения проблемы влияния помеховой засветки на работу фотодатчика в измерительных устройствах расхода и уровня жидкости, являются сохранение возможности ложного срабатывания их регистрирующей схемы в результате незащищенности данных устройств от всплесков (значительных увеличении) внешней помеховой засветки фотоприемников и чувствительность к вибрации и механическим перегрузкам оптических элементов устройств, приводящая к снижению их эксплуатационной надежности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является измерительное устройство расхода и уровня жидкости, содержащее установленный в кожухе стеклянный корпус с размещенным в нем контрольным поплавком, расположенным между смонтированными на кожухе источником и приемником инфракрасного излучения фотодатчика, конструктивно сопряженными, соответственно, с выходным и входным окнами кожуха с выполненным в нем вертикальным смотровым окном - указателем уровня контрольного поплавка и установленными на нем усилителем фототока, регистрирующим блоком и двухуровневой системой компенсации постоянной (фоновой) и импульсной (неравномерной) помеховой засветки на основе конденсатора, модулятора, синхронного детектора и усилителя-интегратора (см. а.с. № 1227956, G 01 F 23/22, 1986).

Однако и в этом устройстве защита от влияния на его работу внешней помеховой засветки не исключает при ее увеличении возникновения в фотоприемнике предельного фототока с вхождением фотодиода в состояние насыщения по этому параметру и отсутствием на его выходе импульсного фототока. Регистрирующий блок при этом не срабатывает, т.е. внешняя помеховая засветка вызывает срыв рабочего режима устройства, снижая его надежность.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности устройства и расширении климатической области его применения за счет обеспечения работоспособности в географических зонах с повышенным солнечным освещением.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерительном устройстве расхода и уровня жидкости, содержащем установленный в кожухе стеклянный корпус с размещенным в нем контрольным поплавком, расположенным между смонтированными на кожухе источником и приемником инфракрасного излучения, входящими в состав фотодатчика и конструктивно сопряженными, соответственно, с выходным и входным окнами кожуха с выполненным в нем вертикальным смотровым окном-указателем уровня контрольного поплавка, а также модулятор, первый выход которого соединен с источником излучения, второй выход подключен к первому входу синхронного детектора, второй вход которого через конденсатор соединен с выходом приемника излучения, а выход синхронного детектора через усилитель фототока и усилитель -интегратор соединен с регистрирующим блоком, смотровое окно заужено и сориентировано с условием прохождения через него внешней помеховой засветки под углом 90° к оптической оси прохождения луча фотодатчика, стеклянный корпус имеет матовые или рифленые стенки, кроме прозрачных участков под смотровое окно, и выходное и входное окна кожуха, а входное окно кожуха выполнено в виде примыкающей к прозрачному участку стеклянной стенки корпуса сквозной двойной конической выемки с сужением по ходу луча фотодатчика, и светопоглощающим покрытием на ее стенке, имеющей скос с зеркальной поверхностью для отражения помеховой засветки на первой части длины выемки и снабженной отражательными кольцевыми диафрагмами на второй части ее длины, при этом на входе в приемник излучения установлен прозрачный к инфракрасному излучению фотохромный фильтр в виде пленки фотохромного материала, уменьшающего свою прозрачность с увеличением интенсивности помеховой засветки.

При повышенной внешней помеховой засветке, в частности в условиях избытка солнечного света, в заявляемом устройстве предусмотрено снабжение смотрового окна съемным средством ослабления внешней помеховой засветки, выполненным в виде, например, расширяющейся от окна светонепроницаемой тонкостенной объемной насадки.

Указанные признаки предлагаемого устройства в заявленной совокупности обеспечивают режим гашения увеличенной внешней помеховой засветки, достаточный для поддержания стабильной работоспособности устройства в жестких условиях воздействия внешней помеховой засветки и таким образом повысить надежность и расширить климатическую область применения устройства.

На фиг.1 приведен общий вид предлагаемого измерительного устройства расхода и уровня жидкости;

на фиг.2 - блок-схема предлагаемого устройства;

на фиг.3 - разрез А-А устройства на фиг.1;

на фиг.4 - вид А (входное окно кожуха) устройства на фиг.2.

Устройство содержит установленный в кожухе 1 стеклянный корпус 2 с размещенным в нем контрольным поплавком 3, расположенным между смонтированными на кожухе 1 источником инфракрасного излучения 4 и приемником излучения 5 (см. фиг.2). Источник излучения 4 конструктивно сопряжен с выходным окном 6 кожуха 1, а приемник излучения 5 - с входным окном 7 кожуха 1.

В кожухе 1 выполнено вертикальное смотровое окно 8 - указатель уровня контрольного поплавка 3, причем смотровое окно 8 заужено (см. фиг.1) и сориентировано с условием прохождения через смотровое окно 8 внешней помеховой засветки под углом 90° к оптической оси прохождения луча фотодатчика (см. фиг.3). Стеклянный корпус 2 имеет наружную рифленую поверхность 9, контактируемую со светопоглащающим покрытием 10 внутренней стенки кожуха 1 (см. фиг.3), кроме участков под смотровое окно 8 и выходное и входное окна 6 и 7 кожуха 1.

Входное окно 7 кожуха 1 выполнено в виде примыкающей к прозрачному участку стеклянного корпуса 2 сквозной двойной конической выемки в стенке кожуха 1 (для упрощения технологии изготовления состоящей из двух вкладышей стенки кожуха - не показаны) со светопоглощающим покрытием 11 на стенке выемки и с размещенным в ней скосом 12 для отражения внешней помеховой засветки с зеркальной поверхностью на первой части длины 13 выемки и отражательными кольцевыми диафрагмами 14 на второй части длины 15 выемки, а на входе в приемник излучения 5 фотодатчика установлен прозрачный к инфракрасному излучению источника излучения 4 фотохромный фильтр 16 (см. фиг.4).

На кожухе 1 установлены усилитель фототока 17, регистрирующий блок 18 и двухуровневая электронная система компенсации помеховой засветки на основе конденсатора 19, модулятора 20, синхронного детектора 21 и усилителя-интегратора 22 (см. фиг 2). При этом источник излучения 4 соединен с первым выходом модулятора 20, второй выход которого подключен к первому входу синхронного детектора 21, второй вход которого соединен через конденсатор 19 с выходом приемника излучения 5, а выход синхронного детектора 21 через усилитель фототока 17 соединен с усилителем-интегратором 22, выход которого соединен с регистрирующим блоком 18.

Кроме того, смотровое окно 8 снабжено съемным средством ослабления внешней помеховой засветки, выполненным в виде, например, расширяющейся от окна светонепроницаемой тонкостенной объемной насадки, имеющей, в частности, в сечении овал пластмассовой конструкции произвольной формы (не показана).

В процессе функционирования предлагаемого устройства на основе инфракрасного фотодатчика и указанных электронных средств компенсации внешней помеховой засветки по прототипу (измерение расхода и уровня жидкости и двухуровневая компенсация внешней помеховой засветки, описаны в а.с. РФ №1227956, G 01 F 23/22, 1986) обусловленный увеличением внешней помеховой засветки приемника излучения 5 выход устройства из рабочего режима в результате насыщения фотодиода приемника излучения 5 по фототоку до предельной величины и невозможности срабатывания фотодатчика из-за отсутствия выхода импульсного фототока (рабочего уровня) с приемника излучения 5 предотвращают следующим образом.

Уменьшенная в результате прохождения через зауженное смотровое окно 8 под оптимальным углом 90° к оптической оси фотодатчика, рассеянная поглощением рифлеными стенками стеклянного корпуса 2 и светопоглощающим покрытием 10 внутренней стенки кожуха 1 внешняя помеховая засветка отражается от зеркального скоса 12 и отражательных диафрагм 14 в двойной конической выемке, ослабляясь и частично поглощаясь светопоглощающим покрытием 11 на стенке выемки на пути к приемнику излучения 5, и остаточная внешняя помеховая засветка гасится авторегулирующимся фотохромным фильтром 16, пропускающим инфракрасный луч источника излучения 4.

Предложенные конструктивные признаки обеспечивают условия эффективного предотвращения попадания в приемник излучения 5 внешней помеховой засветки, выводящей фотодатчик из рабочего режима. Причем, как показали стендовые испытания, каждый из оптических средств недостаточен для решения указанной технической проблемы, а в их эмпирически подобранной совокупности достигается повышение надежности и расширение климатических условий эксплуатации.

В условиях избытка солнечного освещения дополнительным средством улучшения условий контроля уровня поплавка 3 служит съемная светонепроницаемая тонкостенная насадка.

Получение приемлемого угла засветки у (см. фиг.4) в конической выемке 11 от 40° до 90° и условия ее двухкратного отражения за счет подбора геометрических параметров второй части длины 15 выемки, таких как входного диаметра и угла раскрытия при соответствующем количестве отражательных диафрагм 14 и промежуточном расстоянии между ними при условии соблюдения минимальной длины участка 15 выемки, основано на методике расчетов по оптическим средствам борьбы со световыми помехами в оптико-электронных приборах (см. книгу Якушенкова Ю.Г. и др. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах, М., «Радиосвязь», 1981, с.118-127), а подбор фотохромного фильтра 16 - на доступных возможностях оптического арсенала (см. справочник Павлушкина Н.М. Стекло. М., «Стройиздат», 1973, с.414-416).

Изобретение предназначено для использования в фотоэлектронных расходомерах и уровнемерах. Устройство содержит установленный в кожухе стеклянный корпус с размещенным в нем поплавком, расположенным между смонтированными на кожухе, напротив его выходного и входного окон, источником и приемником ИК излучения. В кожухе выполнено вертикальное смотровое окно - указатель уровня поплавка, сориентированное с условием прохождения через него внешней помеховой засветки под углом 90° к оси прохождения луча фотодатчика. Корпус имеет матовые или рифленые стенки, кроме прозрачных участков под окна. Входное окно выполнено в виде сквозной двойной конической выемки со светопоглощающим покрытием на ее стенке, имеющей скос с зеркальной поверхностью и снабженной отражательными кольцевыми диафрагмами. На входе в приемник излучения установлен фотохромный фильтр. Смотровое окно снабжено съемным средством ослабления внешней помеховой засветки. Изобретение имеет повышенную надежность в условиях избытка солнечного освещения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измерительное устройство расхода и уровня жидкости, содержащее установленный в кожухе стеклянный корпус с размещенным в нем контрольным поплавком, расположенным между смонтированными на кожухе источником и приемником инфракрасного излучения, входящими в состав фотодатчика и конструктивно сопряженными соответственно с выходным и входным окнами кожуха с выполненным в нем вертикальным смотровым окном - указателем уровня контрольного поплавка, а также модулятор, первый выход которого соединен с источником излучения, второй выход подключен к первому входу синхронного детектора, второй вход которого через конденсатор соединен с выходом приемника излучения, а выход синхронного детектора через усилитель фототока и усилитель-интегратор соединен с регистрирующим блоком, отличающееся тем, что смотровое окно заужено и сориентировано с условием прохождения через него внешней помеховой засветки под углом 90° к оптической оси прохождения луча фотодатчика, стеклянный корпус имеет матовые или рифленые стенки, кроме прозрачных участков под смотровое окно и выходное и входное окна кожуха, а входное окно кожуха выполнено в виде примыкающей к прозрачному участку стеклянной стенки корпуса сквозной двойной конической выемки с сужением по ходу луча фотодатчика и светопоглощающим покрытием на ее стенке, имеющей скос с зеркальной поверхностью для отражения помеховой засветки на первой части длины выемки и снабженной отражательными кольцевыми диафрагмами на второй части ее длины, при этом на входе в приемник излучения установлен прозрачный к инфракрасному излучению фотохромный фильтр в виде пленки фотохромного материала, уменьшающего свою прозрачность с увеличением интенсивности помеховой засветки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что смотровое окно снабжено съемным средством ослабления внешней помеховой засветки.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство ослабления внешней помеховой засветки выполнено в виде расширяющейся от окна светонепроницаемой тонкостенной объемной насадки.