УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК G01F23/18 G05D9/12 

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и регулированием жидких сред.

Известно устройство контроля, содержащее датчик уровня жидкости, генератор электрических колебаний, индикатор, детектор (см. авторское свидетельство SU 243872, МПК G01f, кл. 42е, 34 "Компенсационный оптический уровнемер", 14.05.1969).

Такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями из-за отсутствия возможност0и:

1) работы его в режиме наполнения и опорожнения резервуаров жидкостью, а также поддерживать ее уровень на фиксированной высоте, так как такое устройство позволяет осуществлять только контроль уровня жидкости;

2) управления различными видами нагрузок, например, такими как обмотка электромагнитного реле и (или) две обмотки управления электромагнитных пускателей насосных установок;

3) производить горизонтальный или комбинированный (вертикальный монтаж одного и горизонтальный монтаж другого датчика) способы монтажа датчиков уровня жидкости на объекте эксплуатации;

4) производить программирование его функциональных возможностей. Кроме того, такое устройство отличается сложностью конструкции датчика уровня жидкости.

Известно также устройство контроля, содержащее первый и второй датчики уровня жидкости, первый и второй пороговые элементы, регулятор чувствительности (см. Каталог продукции 2004 ПО "Овен" "Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации промышленных предприятий", прибор для управления погружным насосом ОВЕН САУ-М2, с. 110; сайт ПО "Овен" www.owen.ru. "Каталог продукции 2007", версия 7, прибор для управления погружным насосом ОВЕН САУ-М2", с.137). Но такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как:

1) не позволяет работать в режиме контроля и поддержания уровня контролируемой жидкости на заданной фиксированной его высоте в связи с тем, что конструкция такого устройства обеспечивает его работу только в режиме заполнения и опорожнения резервуара с жидкостью;

2) не обеспечивает горизонтальный и комбинированный (вертикальный монтаж одного и горизонтальный монтаж другого датчика) способы монтажа датчиков уровня жидкости на объекте их эксплуатации, потому что конструкция этого устройства обеспечивает только вертикальный способ монтажа его датчиков уровня жидкости;

3) не позволяет осуществлять управление различными видами нагрузок, например, таких как обмотка электромагнитного реле и (или) две обмотки управления электромагнитных пускателей насосных установок;

4) не обладает функциональными возможностями контроля и регулирования жидкостей со взволнованными их поверхностями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство контроля, содержащее мультивибратор, датчик уровня жидкости, триггер, повторитель, инвертор, детектор, первый и второй пороговые элементы, первый и второй регуляторы чувствительности, первый и второй конденсаторы (см. журнал "Радио", № 6, 1991, с.32).

Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как:

1) его конструкция обеспечивает работу только в режиме наполнения и опорожнения резервуара с контролируемой жидкостью и не позволяет работу этого устройства в режиме контроля и поддержания уровня контролируемой жидкости на заданной фиксированной его высоте;

2) не обеспечивает горизонтальный и комбинированный способы монтажа датчика уровня жидкости, потому что конструкция устройства обеспечивает только вертикальный способ их монтажа на объекте эксплуатации;

3) не позволяет производить программирование его функциональных возможностей;

4) позволяет работу только на один вид нагрузки в виде электромагнитного реле и не позволяет, например, его работу одновременно на две обмотки управления электромагнитных пускателей насосных установок;

5) не обладает функциональными возможностями контроля жидкостей со взволнованными их поверхностями, например на подвижных контролируемых объектах или на технологических производственных установках, в которых в соответствии с техпроцессом производится перемешивание жидкости.

Решаемая задача изобретением - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения контроля жидких сред со взволнованной поверхностью и регулирования их уровня на фиксированной высоте с возможностью программирования функциональных возможностей устройства и увеличения номенклатуры управляемых нагрузок и способов его монтажа.

Решаемая задача достигается тем, что в устройство контроля и регулирования уровня жидкости, содержащее первый мультивибратор, первый датчик уровня жидкости, триггер, первый детектор, первый и второй пороговые элементы, первый и второй повторители, первый и второй регуляторы чувствительности, первый и второй конденсаторы, согласно изобретению введены второй датчик уровня жидкости, второй детектор, дифференциатор, вход которого соединен с прямым выходом первого порогового элемента, а его выход является первым выводом программирования, блок установки в исходное состояние, выход которого соединен с S-входом триггера, инверсный и прямой выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами устройства, третий конденсатор, первый вывод которого соединен с инверсным выходом второго порогового элемента, одновибратор, вход которого подключен ко второму выводу третьего конденсатора, а точка соединения его входа и второго вывода является вторым выводом программирования, первый и второй ключи напряжения, первые выводы которых соединены соответственно с К-входом и J-входом триггера, вторые входы - с общей "землей" устройства, входы управления - с выходом одновибратора, первый и второй блоки индикации, входы которых подключены соответственно к инверсному и прямому выходам триггера, второй мультивибратор, при этом первый и второй датчики уровня жидкости выполнены кондуктивными, каждый из которых содержит два токопроводящих электрода, один из которых является сигнальным электродом, другой - общим электродом, выполненным длиннее сигнального электрода и подключенным к общей "земле" устройства, а выходы первого и второго мультивибраторов соединены с первыми выводами соответствующих конденсаторов, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих регуляторов чувствительности, вторые выводы которых соединены со входами соответствующих детекторов, к входам которых подключены сигнальные электроды соответствующих датчиков уровня жидкости, причем прямой выход второго порогового элемента подключен к J-входу триггера, а выходы первого и второго детекторов соединены с входами соответствующих пороговых элементов, инверсные выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго повторителей, выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами устройства, которое конструктивно выполнено в виде двух функциональных узлов, первый из которых включает в себя соединенные последовательно первые мультивибратор, конденсатор, регулятор чувствительности, детектор, пороговый элемент, а также первый повторитель, первый датчик уровня жидкости и дифференциатор с соответствующими их связями, второй узел - остальную часть схемы устройства, а точка соединения К-входа триггера и первого вывода первого ключа напряжения является третьим выводом программирования, при соединении которого с третьим выходом устройства и замыкании между собой первого и второго выводов программирования устройство трансформируется в систему контроля и регулирования уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью с использованием первого и второго выходов устройства, при разомкнутом состоянии первого и второго выводов программирования и замкнутых между собой третьего вывода программирования и третьего выхода устройства - в систему контроля и регулирования уровня жидкости со спокойной ее поверхностью с использованием первого и второго выходов устройства, а при отключенных выводах программирования - в комплект сигнализаторов контроля верхнего и нижнего уровней жидкости, которыми являются соответственно первый и второй функциональные узлы устройства, с использованием соответственно третьего и четвертого выходов устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 - вертикальный и горизонтальный способы монтажа в режиме заполнения и опорожнения резервуара; на фиг.3 - вертикальный и горизонтальный способы монтажа устройства в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте при неограниченном пространстве монтажной зоны; на фиг.4 - вертикальный и горизонтальный способы монтажа устройства в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте при ограниченном пространстве монтажной зоны; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при контроле и регулировании уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью; на фиг.6 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при контроле и регулировании уровня жидкости со спокойной ее поверхностью.

Устройство содержит первый и второй датчики 1, 2 уровня жидкости, первый и второй мультивибраторы 3, 4, первый и второй конденсаторы 5, 6, первые выводы которых подключены к выходам соответственно первого и второго мультивибраторов 3, 4, первый и второй регуляторы 7, 8 чувствительности, первые выводы которых соединены со вторыми выводами соответственно первого и второго конденсаторов 5, 6, первый и второй детекторы 9, 10, входы которых подключены ко вторым выводам соответственно первого и второго регуляторов 7, 8 чувствительности, первый и второй пороговые элементы 11, 12, каждый из которых выполнен, например, по схеме триггера Шмитта, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго детекторов 9, 10, дифференциатор 13, вход которого подключен к прямому выходу порогового элемента 11, клемму 14, соединенную с выходом дифференциатора 13, и являющуюся первым выводом программирования, JK-триггер 15, блок 16 установки в исходное состояние схемы устройства, выход которого соединен с S-входом триггера 15, первый повторитель 17, вход которого подключен к инверсному выходу первого порогового элемента 11, первый и второй блоки 18, 19 индикации, входы которых соединены соответственно с инверсным и прямым выходами RS-триггера 15, первую и вторую выходные клеммы 20 и 21, подключенные соответственно к инверсному и прямому выходам триггера 15, являющимися соответственно первым и вторым выходами устройства, второй повторитель 22, вход которого подключен к инверсному выходу второго порогового элемента 12, третью и четвертую клеммы 23 и 24, соединенные с выходами соответственно первого и второго повторителей 17 и 22 и являющиеся соответственно третьим и четвертым выходами устройства, первый и второй ключи напряжения 25, 26, первые выводы которых соединены соответственно с К-входом и J-входом триггера 15, вторые выводы - с общей клеммой "земли" устройства, одновибратор 27, выход которого подключен к выводам управления ключами 25, 26, третий конденсатор 28, первый вывод которого подключен к инверсному выходу порогового элемента 12, клемму 29, подключенную к точке соединения входа одновибратора 27 и второго вывода третьего конденсатора 28 и являющуюся вторым выводом программирования, клемму 30, соединенную с точкой соединения К-входа триггера 15 и первого вывода первого ключа 25 и являющуюся третьим выводом программирования. При этом прямой выход порогового элемента 12 подключен к J-входу триггера 15. С помощью выводов программирования осуществляется программирование функциональных возможностей устройства.

Каждый датчик 1, 2 уровня жидкости выполнен, например, кондуктивным в виде двух токопроводящих электродов, один из которых является сигнальным электродом 31 (32), а другой - общим электродом 33 (34). Сигнальные электроды 31 и 32 соответственно первого и второго датчиков 1, 2 уровня подключены к входам соответственно первого и второго детекторов 9, 10. Общие электроды 33, 34 обоих датчиков 1, 2 соединены с общей "землей" схемы устройства. Конструктивно общие электроды 33, 34 датчиков 1, 2 выполнены длиннее сигнальных электродов 31, 32 для их идентификации и ориентации устройства при различных способах его монтажа на объекте эксплуатации. Кроме того, такое соотношение длины сигнальных и общих электродов датчиков обеспечивает во всех режимах работы и способах монтажа устройства смывание или осушение общего электрода датчика уровня жидкости всегда первым или одновременно с сигнальным электродом. Это, в свою очередь, всегда обеспечивает в моменты контроля уровня жидкости и его регулирования нахождение контролируемой жидкости под потенциалом общей "земли" устройства или вне контакта ее с электродами датчиков 1, 2.

Сигналами для возбуждения электродов датчиков 1, 2 являются переменные напряжения низкой частоты, подаваемые с выходов соответствующих мультивибраторов 3, 4. Это позволяет исключить поляризацию электродов датчиков 1, 2 и протекания процессов электролиза и, как следствие, потери их чувствительности вследствие осаждения солей, и значительно продлить срок их службы. Сигнальные и общие электроды датчиков 1, 2 выполнены из материала, устойчивого к воздействию контролируемых жидкостей, вызывающих коррозию и разрушение электродов, например из нержавеющей стали или из низкоуглеродистых сталей с хромовым или никелевым покрытиями в зависимости от вида контролируемой жидкости.

Мультивибраторы 3, 4 выполнены, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. Шило В.Л. Линейные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. Радио, 1974, с.175, рис.4.42, а).

Регуляторы 7, 8 чувствительности выполнены, например, на основе резистора с переменным значением сопротивления в виде переменного резистора, включенного по схеме реостата и обеспечивающего плавную настройку чувствительности датчиков 1, 2, или подборного резистора с постоянным значением сопротивления, обеспечивающего ступенчатую настройку чувствительности датчиков 1, 2. Наличие в составе устройства регуляторов 7, 8 чувствительности позволяет адаптировать его к работе с широким диапазоном электропроводности контролируемых жидкостей: водопроводной, загрязненной воды, пищевых растворителей, молока и молочных напитков, слабокислотных и щелочных растворов и пр. путем начальной установки значения сопротивления регуляторов 7, 8.

Детекторы 9, 10, выполнены, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода с выходной нагрузкой в виде параллельной RC-цепи (см. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Сов. радио, 1977, с. 174, рис.4.9, б).

Блок 16 установки в исходное состояние схемы устройства выполнен, например, на основе транзистора n-p-n типа и RC-цепи (см. фиг.1), состоящей из последовательно включенных конденсатора и резистора, точка соединения первых выводов которых подключена к базе транзистора блока 16, а второй вывод резистора и эмиттер транзистора блока 16 соединены с общей "землей" схемы устройства. При этом второй вывод конденсатора подключен к источнику напряжения питания, а коллектор транзистора, являющийся выходом блока 16, соединен с S-входом триггера 15. Блок 16 предназначен для установки схемы устройства в исходное состояние в момент подачи на него напряжения питания.

Блоки индикации 18 и 19 выполнены, например, на основе (см. фиг.1) последовательно соединенных резистора, подключенного первым выводом к инверсному или прямому выходам триггера 15, и светодиода, катод которого подключен к общей "земле" схемы устройства. Блоки 18 и 19 индикации предназначены для визуального контроля подачи на нагрузки (на фиг.1 не показаны) сигналов управления соответственно с инверсного и прямого выходов триггера 15 и контроля исправного состояния устройства.

Повторители 17 и 22 предназначены для согласования выходных сопротивлений соответственно пороговых элементов 11 и 12 и сопротивлений нагрузок, подключаемых к их выходам через выходные клеммы 23 и 24 устройства.

Выходы триггера 15, повторителей 17, 22 выполнены с уровнями нагрузочной способности, обеспечивающими коммутацию управляющих обмоток электромагнитных пускателей и слаботочных электромагнитных реле. Кроме того, их нагрузкой могут быть входы логических элементов цифровых микросхем.

Ключи 25 и 26 предназначены для формирования импульсов отрицательной полярности длительностью, равной длительности выходного импульса одновибратора 16, соответственно на К-входе и J-входе триггера 15 путем замыкания этих выводов на общую "землю" устройства. Ключи 25 и 26 выполнены, например, на основе транзистора n-p-n типа. Первыми выводами ключей 25, 26 являются выводы коллекторов транзисторов, вторыми выводами - выводы их эмиттеров, входами управления ключей 25, 26 являются выводы баз транзисторов.

Одновибратор 27 выполнен, например, по схеме ждущего мультивибратора на основе триггера и времязадающей RC-цепи в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, резистор R которой подключен к источнику питания, а точка соединения их подключена к R-входу триггера, на вход Ā1, являющийся входом одновибратора, подаются запускающие импульсы, на входы Ā2 и В при этом подаются напряжения с уровнями логической "1", а прямой выход триггера является выходом одновибратора 27 (см. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 352 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1111), с.188, рис. 1.136 а, б). Одновибратор 27 предназначен для формирования импульсов напряжений с уровнем логической "1" для коммутации ключей 25, 26, подаваемых на их входы управления, по отрицательным перепадам напряжений на прямом и инверсном выходах пороговых элементов 11 и 12 соответственно. Длительностью импульса, формируемого одновибратором 27, определяется длительность задержки переключений триггера 15 в моменты появления указанных выше перепадов напряжений, появляющихся в моменты смывания сигнального электрода 31 датчика 1 контролируемой жидкостью и осушения сигнального электрода 32 датчика 2 в процессе контроля и регулирования уровня жидкости при взволнованной ее поверхности. Взволнованное состояние уровня контролируемой жидкости имеет место на мобильных и стационарных технологических производственных объектах эксплуатации устройства. При взволнованной контролируемой жидкости, например, могут образовываться ее одиночные или повторяющиеся всплески, брызги или волны с постоянной периодичностью появления, которые могут кратковременно омывать электроды датчиков 1, 2, когда уровень контролируемой жидкости находится вблизи электродов на грани их смывания или осушения соответственно ниже или выше электродов датчиков 1 и 2. Такие случайные смывания или осушения электродов вызывают ложные кратковременные срабатывания датчиков 1, 2 и появление случайных переключений пороговых элементов 11 и 12, вызывающих ложные переключения триггера 15 и появление их на его выходах и выходных клеммах 20, 21 устройства. Для устранения появления ложных срабатываний на выходных клеммах 20 и 21 в устройство введена задержка, длительность которой определяется длительностью выходного импульса одновибратора 27, переключения триггера в моменты появления ложных срабатываний пороговых элементов 11, 12. Длительность этой задержки выбирается такой, чтобы она была больше, чем длительность омывания или осушения электродов датчиков 1, 2 всплесками или волной контролируемой жидкости. В случае наличия постоянных брызг длительность такой задержки выбирается с учетом скорости снижения или подъема контролируемого уровня жидкости. При этом длительность задержки определяется началом ложного омывания или осушения электродов и моментом гарантированного нахождения контролируемого уровня жидкости ниже или выше сигнального электрода датчика 1 или 2 после начала ложного его срабатывания.

Дифференциатор 13 предназначен для формирования импульсов отрицательной полярности по отрицательным перепадам выходных напряжений первого и второго пороговых элементов 11, 12 для запуска одновибратора 27. Дифференциатор 13 выполнен, например, на основе дифференцирующей RC-цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора, первый вывод которого является входом дифференциатора 13, и резистора, параллельно которому включен диод, анод которого подключен к точке соединения первого вывода резистора и второго вывода конденсатора, являющейся выходом дифференциатора. При этом катод диода и второй вывод резистора RC-цепи подключены к источнику напряжения питания (см. фиг.1).

Конструктивно устройство выполнено в виде двух функциональных узлов 35 и 36 (см. фиг.1). Первый узел 35 включает в себя соединенные последовательно мультивибратор 3, конденсатор 5, регулятор 7 чувствительности, детектор 9, пороговый элемент 11, а также датчик 1 уровня жидкости, повторитель 17, выходную клемму 23 и дифференциатор 13 с соответствующими их электрическими связями. Второй узел 36 включает в себя всю остальную часть схемы устройства, не вошедшую в состав первого функционального узла 35. При этом клемма 14, подключенная к выходу дифференциатора 13, клемма 29, подключенная к точке соединения входа одновибратора и второго вывода третьего конденсатора 28, и клемма 30, подключенная к точке соединения К-входа триггера 15 и первого вывода ключа 25, являются соответственно первым, вторым и третьим выводами программирования, используемыми для программирования функциональных возможностей устройства. Когда клемма 14, входящая в состав узла 35, и клемма 29, входящая в состав узла 36, замкнуты между собой, а клемма 30, входящая в состав узла 36, подключена к клемме 23, являющейся третьим выходом устройства и входящей в состав узла 35, устройство трансформируется в систему контроля и регулирования уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью с использованием его первого и второго выходов, которыми являются соответственно выходные клеммы 20 и 21, принадлежащие функциональному узлу 36. При этом конденсатор 28, подключенный к выходу дифференциатора 13, образует с резистором и диодом дифференциатора 13 дифференцирующую цепь, формирующую по отрицательному перепаду выходного напряжения U5 порогового элемента 12 на выходе дифференциатора 13 импульс напряжения U8 с уровнем логического "0" для запуска одновибратора 27. В случае размыкания клемм 14 и 29 и соединения клеммы 30 с клеммой 23 устройство трансформируется в систему контроля и регулирования уровня жидкости со спокойной ее поверхностью с использованием его первого и второго выходов, которыми являются соответственно выходные клеммы 20 и 21. Когда клемма 14 и клемма 29 разомкнуты, а клемма 30 отключена от клеммы 23 устройство трансформируется в комплект сигнализаторов контроля уровня жидкости, состоящий из двух сигнализаторов, один из которых является сигнализатором верхнего уровня жидкости в виде функционального узла 35 устройства, второй - сигнализатором нижнего уровня жидкости в виде функционального узла 36 устройства. В этом случае используется только третий и четвертый выходы устройства, которыми являются выходные клеммы 23 и 24 соответственно, принадлежащие соответственно первому и второму узлам 35 и 36 устройства. Причем программирование функциональных возможностей устройства осуществляется простым способом без изменения его конструкции путем замыкания или размыкания клемм 14 и 29 и подключения клеммы 30 к клемме 23 или отключения ее от клеммы 23 при электромонтаже на объекте эксплуатации. На фиг.1 схема устройства изображена в таком состоянии, при котором его функциональные возможности соответствуют функциональным возможностям сигнализаторов уровня верхнего уровня (узел 35) и нижнего уровня (узел 36), когда выводы программирования 14, 29, 30 находятся в отключенном состоянии.

Для лучшего представления конструкции устройства и особенностей его конструктивного исполнения и применения на объекте эксплуатации, обеспечивающих расширение функциональных возможностей устройства, ниже приводятся некоторые пояснения.

Выше было отмечено, что конструктивно предлагаемое устройство выполнено в виде двух функциональных узлов 35 и 36. При этом каждый из них выполнен, например, в цилиндрическом корпусе. На одном торце корпуса, являющемся рабочим торцом соответствующего функционального узла, установлены сигнальный и общий электроды кондуктивного датчика уровня жидкости 1 или 2. На другом торце корпуса заделан первый конец соединительного кабеля определенной длины, на другом конце которого произведен монтаж кабельного соединителя, например, со штыревыми контактами. Монтаж соединителей устройства, состоящего их двух функциональных узлов 35, 36, производится с помощью двух ответных соединителей (на фиг.2, 3, 4 не показаны) с контактами типа "гнездо", установленных на объекте эксплуатации. С помощью этих соединителей производится сочленение функциональных узлов 35, 36 устройства. На их задних сторонах производится монтаж электрических цепей напряжения питания, монтаж проводов для подключения к выходам устройства нагрузок и клемм 14, 29, 30 программирования.

В случае соединения клемм 14, 29 между собой и подключения клеммы 30 к клемме 23, например, методом пайки на ответных частях соединителей устройства оно функционирует как система контроля и регулирования уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью в двух различных режимах: в режиме контроля уровня, наполнения и опорожнения жидкости или в режиме контроля уровня жидкости и поддержания его на фиксированной высоте. При этом используются клеммы 20 и 21, являющиеся первым и вторым выходами устройства, а клеммы 23 и 24 в качестве третьего и четвертого его выходов для управления нагрузками не задействуются и используются как контрольные выводы для тестирования работы кондуктивных датчиков 1, 2 уровня жидкости функциональных узлов 35 и 36 или для размножения сигналов с выходов повторителей 17 и 22 для нужд других потребителей этих сигналов на объекте эксплуатации. Вместе с тем выходная клемма 23, являющаяся третьим выходом устройства, одновременно используется вместе с клеммой 30, являющейся третьим выводом программирования, для программирования функциональных возможностей устройства.

При разомкнутых клеммах 14, 29 и подключенной клемме 30 к клемме 23 устройство функционирует как система контроля и регулирования уровня жидкости со спокойной ее поверхностью в двух различных режимах: в режиме контроля уровня, наполнения и опорожнения жидкости или в режиме контроля уровня жидкости и поддержания его на фиксированной высоте. При этом используется первый и второй выходы устройства, а выходные клеммы 23 и 24 в качестве третьего и четвертого выходов устройства для управления нагрузками не задействуются и используются как контрольные выводы для тестирования работы кондуктивных датчиков 1, 2 уровня жидкости функциональных узлов 35 и 36 или для размножения сигналов с выходов повторителей 17 и 22 для нужд других потребителей этих сигналов на объекте эксплуатации.

Когда необходимо управлять промышленными насосными установками через электромагнитный пускатель с двумя обмотками управления на его выключение и включение, задействуются одновременно соответственно первый и второй выходы устройства. В случае управления насосной установкой с помощью электромагнитного реле с одной обмоткой управления, то используется для ее управления только второй выход устройства, который включает или выключает электромагнитное реле.

При разомкнутых клеммах 14 и 29 и отключенной клемме 30 от клеммы 23 устройство трансформируется в комплект самостоятельных функциональных узлов 35 и 36 с функциональными возможностями сигнализаторов соответственно верхнего и нижнего уровней жидкости. При необходимости для контроля уровня жидких сред могут использоваться одновременно оба сигнализатора верхнего и нижнего уровней или один из них. При этом могут использоваться только третий и (или) четвертый выходы устройства, которыми являются соответственно выходные клеммы 23 и 24, а первый и второй выходы устройства, которыми являются выходные клеммы 20 и 21, не задействуются.

Рассмотрим работу устройства в пяти различных режимах: в режиме заполнения и опорожнения резервуара со взволнованной поверхностью жидкости, в режиме заполнения и опорожнения резервуара со спокойной поверхностью жидкости, в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте со взволнованной поверхностью жидкости, в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте со спокойной поверхностью жидкости и в режиме сигнализаторов уровня жидкости.

1. Работа устройства в режиме заполнения и опорожнения резервуара со взволнованной поверхностью жидкости

В этом режиме используется вертикальный или горизонтальный способ монтажа устройства в открытых и закрытых резервуарах (см. фиг.2) со стенками, выполненными из проводящего или из диэлектрического материала. При этом узлы 35 и 36 устанавливаются на объекте эксплуатации в вертикальном или в горизонтальном положении. Причем узел 35 устанавливается вверху, а узел 36 - внизу резервуара 37. Клеммы 14 и 29 при этом замкнуты между собой, а клемма 30 подключена к клемме 23. В этом случае используются первый и второй выходы устройства, а его третий и четвертый выходы для управления нагрузками не задействуются.

При подаче в момент времени t₀ на устройство напряжения питания в блоке 16 происходит заряд конденсатора через переход эмиттер-база транзистора n-p-n типа (см. фиг 1). При этом транзистор блока 16 открывается и через его переход коллектор-эмиттер подается на S-вход триггера 15 импульс напряжения U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.5). В результате на выходах триггера 15 и соответственно на первой и второй выходных клеммах 20 и 21 устанавливаются напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1" соответственно. После окончания заряда конденсатора блока 16 его транзистор закрывается и в дальнейшем на работу схемы устройства влияния не оказывает, так как на выходе блока 16 и на S-входе триггера 15 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1". При этом через резистор дифференциатора 13 на его выходе и входе одновибратора 27 устанавливается напряжение U8 с уровнем логической "1". Одновременно на выходе одновибратора 27 устанавливается напряжение U9 с уровнем логического "0". Вместе с тем мультивибраторы 3, 4 переходят в режим генерации электрических колебаний, так как в исходном состоянии в резервуаре 37 контролируемая жидкость 38 отсутствует, и электроды датчиков 1, 2 находятся в осушенном состоянии. Выходные импульсные напряжения мультивибраторов 3 и 4 подаются через конденсаторы 5 и 6, регуляторы 7 и 8 на входы детекторов 9 и 10 соответственно. Амплитудные значения импульсных напряжений с выходов мультивибраторов 3 и 4 преобразуются соответственно детекторами 9 и 10 в постоянные напряжения с уровнями логической "1" и с их выходов подаются на входы пороговых элементов 11 и 12 соответственно. Под действием этих напряжений последние переключаются в такие устойчивые состояния, при которых на их прямых и инверсных выходах устанавливаются напряжения U3, U6 и U2, U5 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0". В результате на выходах повторителей 17 и 22 устанавливаются соответственно напряжения U4 и U7 с уровнями логического "0", а на входе дифференциатора 13 - напряжение U3 с уровнем логической "1". Наряду с этим на J-входе и К-входе триггера 15 с прямого выхода порогового элемента 12 и выхода повторителя 17 устанавливаются напряжения U6 и U4 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0". Такое сочетание логических сигналов на J-входе и К-входе триггера 15 подтверждает его исходное состояние, при котором на его прямом и инверсном входах установлены напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1" соответственно. После чего светодиод блока 18 индикации не светится, а светодиод блока 19 индикации засвечивается. При этом с прямого выхода триггера 15 через выходную клемму 21 подается напряжение U11 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку включения (на фиг.1 она не показана) электромагнитного пускателя насосной установки. После чего начинается заполнение резервуара 37 жидкостью 38, и контролируемый уровень жидкости в резервуаре 37 начинает подниматься вверх.

В момент времени t₁ происходит смывание жидкостью 38 электродов датчика 2. В результате через электроды датчика 2 и контролируемую жидкость 38 вход детектора 10 замыкается на общую "землю" схемы устройства. После чего на выходе детектора 10 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого пороговый элемент 12 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U6 и U5 с уровнями логического "0" и логической "1". Но в момент положительного перепада напряжения U5, подаваемого на первый вывод конденсатора 28, на выходе дифференциатора 13 формирования импульса напряжения U8 с уровнем логического "0" не происходит, так как дифференциатор 13 формирует этот импульс только в момент появления на его входе отрицательного перепада напряжения U5 с выхода порогового элемента 12. Поэтому запуска одновибратора 27, формирования на его выходе импульса напряжения U9 с уровнем логической "1" и замыкания ключей 25, 26 не происходит. При этом на J-входе и К-входе триггера 15 с прямого выхода порогового элемента 12 и выхода повторителя 17 устанавливаются соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0", при которых триггер 15 продолжает сохранять предыдущее состояние. В результате в момент времени t₁ продолжается процесс наполнения резервуара 37 жидкостью 38.

В момент времени t₂ электроды датчика 1 омываются жидкостью 38. В результате через его электроды и контролируемую жидкость вход детектора 9 замыкается на общую "землю" схемы устройства. После чего на выходе детектора 9 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого пороговый элемент 11 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его инверсном выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1", которое подается на вход повторителя 17. При этом в момент отрицательного перепада выходного напряжения U3 порогового элемента 11 (см. фиг.5) на выходе дифференциатора 13 происходит формирование импульса напряжения U8 с уровнем логического "0". Под действием этого импульса одновибратор 27 запускается и на его выходе формируется импульс напряжения U9 с уровнем логической "1", который подается на управляющие входы ключей 25, 26. В результате последние замыкаются на время действия положительного импульса напряжения U9 с выхода одновибратора 27. При этом в течение замкнутого состояния ключа 25 напряжение U4 с уровнем логической "1" на К-вход триггера 15 не проходит и на J-входе, К-входе продолжают присутствовать соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0". В результате триггер 15 продолжает сохранять предыдущее состояние в течение замкнутого состояния ключей 25, 26. По спаду импульса напряжения U9 одновибратора 27 ключи 25, 26 размыкаются и с выхода повторителя 17 на К-вход триггера 15 подается напряжение U4 с уровнем логической "1". Так как на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1", он переключается в такое состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах устанавливаются соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логической "1" и логического "0". После чего светодиод индикатора 19 гаснет, а светодиод индикатора 18 засвечивается. В этот момент с инверсного выхода триггера 15 через выходную клемму 20 подается напряжение U10 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку (на фиг.1 она не показана) выключения электромагнитного пускателя насосной установки. В результате насосная установка отключается, и наполнение резервуара 37 в момент времени t₂ прекращается. После чего схема устройства и положение уровня контролируемой жидкости 38 могут находиться в таком состоянии до тех пор, пока не начнется ее расход.

После момента времени t₂, например, начинается расход контролируемой жидкости 38. Через некоторый промежуток времени в момент t₃ происходит осушение сигнального электрода 31 датчика 1. При этом происходит отключение входа детектора 9 от общей "земли" устройства и с выхода мультивибратора 3 подается на вход детектора 9 импульсное напряжение, под действием которого на выходе детектора 9 и входе порогового элемента 11 устанавливается напряжение с уровнем логической "1". Пороговый элемент 11 переключается в другое состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического "0" и логической "1". Но под действием положительного перепада напряжения U3, подаваемого с прямого выхода порогового элемента 11 на вход дифференциатора 13, формирования на его выходе импульса напряжения U8 с уровнем логического "0" не происходит, так как дифференциатор 13 формирует этот импульс только по отрицательному перепаду входного напряжения U3. Поэтому запуска одновибратора 27 и переключения ключей 25, 26 не происходит. При этом на выходе повторителя 17 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на К-вход триггера 15. Так как на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0", он сохраняет предыдущее состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах установлены соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логической "1" и логического "0". В результате насосная установка продолжает находиться в отключенном состоянии, поэтому в момент времени t₃ расход жидкости 38 продолжается, и ее уровень продолжает опускаться в резервуаре 37 вниз.

Через некоторый промежуток времени в момент t₄ происходит осушение сигнального электрода 32 датчика 2. В результате происходит отключение входа детектора 10 от общей "земли" схемы устройства и на вход детектора 10 подается с выхода мультивибратора 4 импульсное напряжение, под действием которого на его выходе и на входе порогового элемента 12 устанавливается напряжение с уровнем логической "1". Пороговый элемент 12 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются напряжения U6 и U5 с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на J-вход триггера 15 и вход дифференциатора 13. По отрицательному перепаду выходного напряжения U5 порогового элемента 12 на выходе дифференциатора 13 формируется импульс напряжения U8 с уровнем логического "0". Под действием этого импульса происходит запуск одновибратора 27 и формирование на его выходе импульса напряжения U9 с уровнем логической "1", который подается на управляющие входы ключей 25, 26. В результате последние замыкаются на время действия положительного импульса напряжения U9 с выхода одновибратора. При этом в течение замкнутого состояния ключа 25 напряжение U6 с уровнем логической "1" на J-вход триггера 15 не проходит и на J-входе, К-входе устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате триггер 15 сохраняет предыдущее состояние в течение замкнутого состояния ключей 25, 26. По спаду импульса напряжения U9 одновибратора 27 ключи 25, 26 размыкаются и с прямого выхода порогового элемента 12 на J-вход триггера 15 подается напряжение U6 с уровнем логической "1". Так как на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логической "1" и логического "0", он переключается в такое состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах устанавливаются соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1". После чего светодиод индикатора 18 гаснет, а светодиод индикатора 19 засвечивается. В этот момент с выхода триггера 15 через выходную клемму 21 подается напряжение U11 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку (на фиг.1 она не показана) включения электромагнитного пускателя насосной установки. В результате насосная установка включается и начинается наполнение резервуара 37 жидкостью 38.

На этом первый цикл контроля и регулирования уровня жидкости заканчивается и начинается второй цикл работы устройства по алгоритму, описанному выше в первом цикле работы устройства. Второй цикл работы устройства показан на фиг.5, начиная с момента окончания действия импульса напряжения U9, находящегося во временном промежутке t₄-t₅ и до момента окончания импульса напряжения U9, следующего после момента времени t₈ (см. фиг.5).

2. Работа устройства в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте со взволнованной поверхностью жидкости

В этом режиме могут использоваться вертикальный или горизонтальный способы монтажа устройства в открытых и закрытых резервуарах (см. фиг.3, 4), стенки которых могут быть выполнены из токопроводящего или диэлектрического материала. При этом узлы 35 и 36 устанавливаются на объекте эксплуатации в вертикальном или в горизонтальном положении. Причем электроды 31, 33 датчика 1 узла 35 устанавливаются выше, а электроды 32, 34 датчика 2 узла 36 - ниже контролируемого уровня жидкости при горизонтальном способе монтажа. При вертикальном способе монтажа конец сигнального электрода 31 датчика 1 узла 35 устанавливается выше, а конец сигнального электрода 32 датчика 2 узла 36 - ниже контролируемого уровня. Клеммы 14 и 29 при этом замкнуты между собой, а клемма 30 подключена к клемме 23. В этом случае используются первый и второй выходы устройства, а его третий и четвертый выходы для управления нагрузками не задействуются.

Устройство может применяться в этом режиме в условиях неограниченного пространства монтажной зоны (см. фиг.3), когда объектом эксплуатации устройства являются резервуары больших габаритов и монтаж узлов 35 и 36 устройства осуществляется на противоположных стенках резервуара при горизонтальном способе монтажа устройства или вблизи противоположных стенок резервуара при вертикальном способе его монтажа.

При применении устройства в этом режиме при ограниченном пространстве монтажной зоны (см. фиг.4), когда объектом эксплуатации могут быть резервуары как больших, так и малых габаритов, монтаж узлов 35 и 36 производится на одной стенке резервуара 37 вплотную друг к другу горизонтальным или вертикальным способом.

Работа устройства в этом режиме идентична работе его в режиме заполнения и опорожнения резервуара и описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. Отличие этого режима от описанного выше состоит в том, что в этом случае используется более узкий диапазон регулирования уровня контролируемой жидкости, который обеспечивается величиной смещения в вертикальной плоскости осей симметрии сигнальных электродов датчиков 1 и 2 соответственно узлов 35 и 36 при горизонтальном способе их монтажа или концов сигнальных электродов датчиков 1 и 2 узлов 35 и 36 при вертикальном способе их монтажа (см. фиг.3, 4).

Причем величина такого смещения во много раз меньше фиксированной высоты уровня контролируемой жидкости, принимаемой за номинальное ее значение, т.е. номинальное значение высоты контролируемого уровня жидкости, на которой осуществляется поддержание ее с заданной точностью. В свою очередь величиной указанного смещения определяется точность поддержания уровня контролируемой жидкости 38. Чем меньше это смещение, тем с большей точностью осуществляется поддержание уровня жидкости на его фиксированной высоте.

Если величину указанного смещения принять равной ΔL, то точность регулирования уровня жидкости на его фиксированной высоте составит ±ΔL/2 при задании номинального значения уровня жидкости на его фиксированной высоте L в середине смещения ΔL. Так, например, при номинальном заданном значении высоты уровня контролируемой жидкости L=2 м и при смещении ΔL=10 см точность регулирования (поддержания) уровня жидкости на этой высоте составляет 5%. Выбирая в этом режиме величину указанного смещения, можно устанавливать требуемое значение точности регулирования уровня жидкости на выбранной фиксированной его высоте.

3. Работа устройства в режиме заполнения и опорожнения резервуара со спокойной поверхностью жидкости

В этом режиме используется вертикальный или горизонтальный способ монтажа устройства в открытых и закрытых резервуарах (см. фиг.2) со стенками, выполненными из проводящего или из диэлектрического материала. При этом узлы 35 и 36 устанавливаются на объекте эксплуатации в вертикальном или в горизонтальном положении. В этом режиме клеммы 14 и 29 разомкнуты, а клемма 30 подключена к клемме 23. При этом выход дифференциатора 13 отключается от входа одновибратора 27 и от второго вывода третьего конденсатора 28, и на работу устройства в этом режиме дифференциатор 13, конденсатор 28, одновибратор 27, ключи 25, 26 влияния не оказывают. Причем в этом случае используются первый и второй выходы устройства, а его третий и четвертый выходы для управления нагрузками не задействуются.

При подаче в момент времени t₀ на устройство напряжения питания в блоке 16 происходит заряд конденсатора через переход эмиттер-база транзистора n-p-n типа (см. фиг 1). При этом транзистор блока 16 открывается и через его переход коллектор-эмиттер подается на S-вход триггера 15 импульс напряжения U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.6). В результате на выходах триггера 15 и соответственно на первой и второй выходных клеммах 20 и 21 устанавливаются напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1" соответственно. После окончания заряда конденсатора блока 16 его транзистор закрывается и в дальнейшем на работу схемы устройства влияния не оказывает, так как на выходе блока 16 и на S-входе триггера 15 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1". При этом через резистор дифференциатора 13 на его выходе устанавливается напряжение U8 с уровнем логической "1". Одновременно на выходе одновибратора 27 устанавливается напряжение U9 с уровнем логического "0". Вместе с тем мультивибраторы 3, 4 переходят в режим генерации электрических колебаний, так как в исходном состоянии в резервуаре 37 контролируемая жидкость 38 отсутствует, и электроды датчиков 1, 2 находятся в осушенном состоянии. Выходные импульсные напряжения мультивибраторов 3 и 4 подаются через конденсаторы 5 и 6, регуляторы 7 и 8 на входы детекторов 9 и 10 соответственно. Амплитудные значения импульсных напряжений с выходов мультивибраторов 3 и 4 преобразуются соответственно детекторами 9 и 10 в постоянные напряжения с уровнями логической "1" и с их выходов подаются на входы соответственно пороговых элементов 11 и 12. Под действием этих напряжений последние переключаются в такие устойчивые состояния, при которых на их прямых и инверсных выходах устанавливаются напряжения U3, U6 и U2, U5 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0". В результате на выходах повторителей 17 и 22 устанавливаются соответственно напряжения U4 и U7 с уровнями логического "0", а на входе дифференциатора 13 - напряжение U3 с уровнем логической "1". Наряду с этим на J-входе и К-входе триггера 15 с прямого выхода порогового элемента 12 и выхода повторителя 17 устанавливаются напряжения U6 и U4 соответственно с уровнями логической "1" и логического "0". Такое сочетание логических сигналов на J-входе и К-входе триггера 15 подтверждает его исходное состояние, при котором на его прямом и инверсном входах установлены напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1" соответственно. После чего светодиод блока 18 индикации не светится, а светодиод блока 19 индикации засвечивается. При этом с прямого выхода триггера 15 через выходную клемму 21 подается напряжение U11 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку включения (на фиг.1 она не показана) электромагнитного пускателя насосной установки. После чего начинается заполнение резервуара 37 жидкостью 38, и контролируемый уровень жидкости в резервуаре 37 начинает подниматься вверх.

Через некоторый промежуток времени в момент t₁ происходит смывание жидкостью 38 электродов датчика 2. В результате через электроды датчика 2 и контролируемую жидкость 38 вход детектора 10 замыкается на общую "землю" схемы устройства. После чего на выходе детектора 10 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого пороговый элемент 12 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0", которое подается на J-вход триггера 15, а на инверсном выходе и на входе и выходе повторителя 22 - соответственно напряжения U5 и U7 с уровнями логической "1". При этом на J-входе и К-входе триггера 15 с прямого выхода порогового элемента 12 и выхода повторителя 17 устанавливаются напряжения соответственно U6 и U4 с уровнями логического "0", при которых триггер 15 продолжает сохранять предыдущее состояние. В результате в момент времени t₁ продолжается процесс наполнения резервуара 37 жидкостью 38.

В момент времени t₂ электроды датчика 1 омываются жидкостью 38. В результате через его электроды 31, 33 и контролируемую жидкость 38 вход детектора 9 замыкается на общую "землю" схемы устройства. После чего на выходе детектора 9 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого пороговый элемент 11 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его инверсном выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1", которое подается на вход повторителя 17, а на прямом выходе - напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается на вход дифференциатора 13. При этом по отрицательному перепаду напряжения U3 на выходе дифференциатора 13 происходит формирование импульса напряжения U8 с уровнем логического "0", но на вход одновибратора 27 этот импульс не проходит, так как клеммы 14 и 29 находятся в разомкнутом состоянии. Поэтому запуска одновибратора 27 не происходит и на его выходе продолжает присутствовать напряжение U9 с уровнем логического "0". Вместе с тем на выходе повторителя 17 и на К-входе триггера 15 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1". Так как на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0" и логической "1", он переключается в такое состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах устанавливаются соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логической "1" и логического "0". После чего светодиод индикатора 19 гаснет, а светодиод индикатора 18 засвечивается. В этот момент с инверсного выхода триггера 15 через выходную клемму 20 подается напряжение U10 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку (на фиг.1 она не показана) выключения электромагнитного пускателя насосной установки. В результате насосная установка отключается, и наполнение резервуара 37 жидкостью 38 в момент времени t₂ прекращается. После чего схема устройства и положение уровня контролируемой жидкости 38 могут находиться в таком состоянии до тех пор, пока не начнется ее расход.

После момента времени t₂, например, начинается расход контролируемой жидкости 38. Через некоторый промежуток времени в момент t₃ происходит осушение сигнального электрода 31 датчика 1. При этом происходит отключение входа детектора 9 от общей "земли" устройства и с выхода мультивибратора 3 подается на вход порогового элемента 11 импульсное напряжение, под действием которого на выходе детектора 9 и входе порогового элемента 11 устанавливается напряжение с уровнем логической "1". Пороговый элемент 11 переключается в другое состояние, при котором на его инверсном выходе и на входе повторителя 17 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0". В результате на выходе повторителя 17 и на К-входе триггера 15 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0". Так как на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логического "0", он продолжает сохранять предыдущее состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах установлены соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логической "1" и логического "0". В результате расход жидкости 38 продолжается, и ее уровень продолжает опускаться в резервуаре 37 вниз.

Через некоторый промежуток времени в момент t₄ происходит осушение сигнального электрода 32 датчика 2. В результате происходит отключение входа детектора 10 от общей "земли" схемы устройства и на вход детектора 10 подается с выхода мультивибратора 4 импульсное напряжение, под действием которого на его выходе и на входе порогового элемента 12 устанавливается напряжение с уровнем логической "1". После чего пороговый элемент 12 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются соответственно напряжения U6 и U5 с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на J-вход триггера 15 и на первый вывод конденсатора 28, вход повторителя 22, на выходе которого устанавливается напряжение U7 с уровнем логического "0". По отрицательному перепаду выходного напряжения U5 порогового элемента 12 формирования импульса напряжения U8 дифференциатором 13 и, следовательно, запуска одновибратора 27 не происходит, так как клеммы 14 и 29 находятся в разомкнутом состоянии. Поэтому формирования на выходе одновибратора 27 импульса напряжения U9 с уровнем логической "1" не происходит и на его выходе продолжает присутствовать напряжение U9 с уровнем логического "0". Так как при этом на J-входе и К-входе триггера 15 установлены соответственно напряжения U6 и U4 с уровнями логической "1" и логического "0", он переключается в такое состояние, при котором на его инверсном и прямом выходах устанавливаются соответственно напряжения U10 и U11 с уровнями логического "0" и логической "1". После чего светодиод индикатора 18 гаснет, а светодиод индикатора 19 засвечивается. В этот момент с выхода триггера 15 через выходную клемму 21 подается напряжение U11 с уровнем логической "1" на управляющую обмотку (на фиг.1 она не показана) включения электромагнитного пускателя насосной установки. В результате насосная установка включается и начинается наполнение резервуара 37 жидкостью 38.

На этом первый цикл контроля и регулирования уровня жидкости заканчивается и начинается второй цикл работы устройства по алгоритму, описанному выше в первом цикле работы устройства. Второй цикл работы устройства показан на фиг.6, начиная с момента времени t₄ и до момента времени t₈.

4. Работа устройства в режиме поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте со спокойной поверхностью жидкости

В этом режиме могут использоваться вертикальный или горизонтальный способ монтажа устройства в открытых и закрытых резервуарах (см. фиг.3, 4), стенки которых могут быть выполнены из токопроводящего или диэлектрического материала. При этом узлы 35 и 36 устанавливаются на объекте эксплуатации в вертикальном или в горизонтальном положении. Причем при горизонтальном способе монтажа электроды 31, 33 датчика 1 узла 35 устанавливаются выше, а электроды 32, 34 датчика 2 узла 36 - ниже контролируемого уровня жидкости 38. При вертикальном способе монтажа конец сигнального электрода 31 датчика 1 узла 35 устанавливается выше, а конец сигнального электрода 32 датчика 2 узла 36 - ниже контролируемого уровня жидкости 38. В этом режиме клеммы 14 и 29 разомкнуты, а клемма 30 подключена к клемме 23. При этом выход дифференциатора 13 отключается от входа одновибратора 27 и от второго вывода третьего конденсатора 28 и на работу устройства в этом режиме дифференциатор 13, конденсатор 28, одновибратор 27, ключи 25, 26 влияния не оказывают. Причем в этом случае используются первый и второй выходы устройства, а его третий и четвертый выходы для управления нагрузками не задействуются.

Устройство может применяться в этом режиме в условиях неограниченного пространства монтажной зоны (см. фиг.3), когда объектом эксплуатации устройства являются резервуары больших габаритов и монтаж узлов 35 и 36 устройства осуществляется на противоположных стенках резервуара 37 при горизонтальном способе монтажа устройства или вблизи противоположных его стенок при вертикальном способе его монтажа.

При применении устройства в этом режиме при ограниченном пространстве монтажной зоны (см. фиг.4), когда объектом эксплуатации могут быть резервуары как больших, так и малых габаритов, монтаж узлов 35 и 36 производится на одной стенке резервуара вплотную друг к другу горизонтальным или вертикальным способом.

Работа устройства в этом режиме идентична работе его в режиме заполнения и опорожнения резервуара и описывается диаграммами, приведенными на фиг.6. Отличие этого режима от описанного выше состоит в том, что в этом случае используется более узкий диапазон регулирования уровня контролируемой жидкости, который обеспечивается величиной смещения в вертикальной плоскости осей симметрии сигнальных электродов датчиков 1 и 2 соответственно узлов 35 и 36 при горизонтальном способе их монтажа или концов сигнальных электродов датчиков 1 и 2 узлов 35 и 36 при вертикальном способе их монтажа (см. фиг.3, 4).

Причем величина такого смещения во много раз меньше фиксированной высоты уровня контролируемой жидкости 38, принимаемой за номинальное ее значение, т.е. номинальное значение высоты контролируемого уровня жидкости, на которой осуществляется поддержание ее с заданной точностью. В свою очередь величиной указанного смещения определяется точность поддержания уровня контролируемой жидкости 38. Чем меньше это смещение, тем с большей точностью осуществляется поддержание уровня жидкости 38 на его фиксированной высоте.

Если величину указанного смещения принять равной ΔL, то точность регулирования уровня жидкости на его фиксированной высоте составит ±ΔL/2 при задании номинального значения уровня жидкости на его фиксированной высоте L в середине смещения ΔL. Так, например, при номинальном заданном значении высоты уровня контролируемой жидкости L=2 м и при смещении ΔL=5 см точность регулирования (поддержания) уровня жидкости на этой высоте составляет 2,5%. Выбирая в этом режиме величину указанного смещения, можно устанавливать требуемое значение точности регулирования уровня жидкости на выбранной фиксированной его высоте.

5. Работа устройства в режиме сигнализаторов уровня жидкости

В этом режиме клеммы 14, 29 находятся в разомкнутом состоянии, а клемма 30 отключена от клеммы 23, т.е. все выводы программирования находятся в отключенном состоянии. При этом выход дифференциатора 13 отключается от входа одновибратора и от второго вывода третьего конденсатора 28, и на работу устройства в этом режиме дифференциатор 13, конденсатор 28, одновибратор 27, ключи 25, 26, триггер 15 влияния не оказывают. Причем в этом случае используются третий и четвертый выходы устройства, а его первый и второй выходы не задействуются.

Узлы 35 и 36 устройства функционируют как сигнализаторы верхнего и нижнего уровней жидкости соответственно. В этом случае они допускают вертикальный и горизонтальный способы монтажа на объекте эксплуатации.

Работа узла 35 устройства с функциональными возможностями сигнализатора уровня верхнего уровня жидкости описывается диаграммами U2 и U4, приведенными на фиг.6. Работа узла 36 устройства с функциональными возможностями сигнализатора уровня нижнего уровня жидкости описывается диаграммами U5 и U7, приведенными на фиг.6.

Во всех описанных выше режимах работы устройства в случае неограниченного пространства монтажной зоны устройство обеспечивает также комбинированный способ монтажа на объекте эксплуатации, когда монтаж узла 35 (36) производится вертикальным способом, а монтаж узла 36 (35) - горизонтальным способом.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с аналогами имеет ряд преимуществ: выполнение системы контроля и регулирования уровня жидкости в виде двух компактных сигнализаторов верхнего и нижнего уровней жидкости, горизонтальный и комбинированный способы монтажа, возможность контроля и поддержания уровня жидкости на заданной фиксированной его высоте и с заданной точностью регулирования, контроль уровня жидкости со спокойной и взволнованной ее поверхностями, простой способ программирования его функциональных возможностей, расширенная номенклатура управляемых нагрузок, возможность применения на объектах эксплуатации с ограниченным пространством монтажной зоны.

Кроме того, выполнение схемы устройства с применением полупроводниковых и (или) гибридных технологий изготовления микросхем позволяет существенно уменьшить его габаритные размеры, материалоемкость и улучшить эксплуатационные характеристики.

Такой набор функциональных возможностей обеспечивает в сравнении с аналогами гибкость применения предлагаемого устройства на объектах эксплуатации с минимальными стоимостными показателями.

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и регулированием жидких сред. Сущность: устройство конструктивно выполнено в виде двух функциональных узлов и имеет три вывода программирования его функциональных возможностей и четыре выхода. Устройство содержит два датчика уровня, два мультивибратора, конденсаторы, два детектора, два регулятора чувствительности, два пороговых элемента, дифференциатор, JK-триггер, блок установки в исходное состояние, два повторителя, два блока индикации. При замкнутых первом и втором выводах программирования и соединения третьего вывода программирования с третьим выходом устройства оно трансформируется в систему контроля и регулирования уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью с использованием первого и второго выходов устройства, обеспечивающую режим контроля и поддержания уровня жидкости на фиксированной высоте и режим наполнения и опорожнения резервуара. При разомкнутых первом и втором выводах программирования и соединенном третьем выводе программирования с третьим выходом устройства оно трансформируется в систему контроля и регулирования жидкости со спокойной ее поверхностью в режиме контроля и поддержания уровня жидкости на его фиксированной высоте и в режиме наполнения и опорожнения резервуара. Устройство обеспечивает вертикальный, горизонтальный и комбинированный (вертикальный монтаж одного и горизонтальный монтаж другого функционального узла) способы монтажа. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и увеличение номенклатуры управляемых нагрузок и способов его монтажа. 6 ил.

Устройство контроля и регулирования уровня жидкости, содержащее первый мультивибратор, первый датчик уровня жидкости, триггер, первый детектор, первый и второй пороговые элементы, первый и второй повторители, первый и второй регуляторы чувствительности, первый и второй конденсаторы, отличающееся тем, что в него введены второй датчик уровня жидкости, второй детектор, дифференциатор, вход которого соединен с прямым выходом первого порогового элемента, а его выход является первым выводом программирования, блок установки в исходное состояние, выход которого соединен с S-входом триггера, инверсный и прямой выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами устройства, третий конденсатор, первый вывод которого соединен с инверсным выходом второго порогового элемента, одновибратор, вход которого подключен ко второму выводу третьего конденсатора, а точка соединения его входа и второго вывода третьего конденсатора является вторым выводом программирования, первый и второй ключи напряжения, первые выводы которых соединены соответственно с К-входом и J-входом триггера, вторые входы - с общей "землей" устройства, входы управления - с выходом одновибратора, первый и второй блоки индикации, входы которых подключены соответственно к инверсному и прямому выходам триггера, второй мультивибратор, при этом первый и второй датчики уровня жидкости выполнены кондуктивными, каждый из которых содержит два токопроводящих электрода, один из которых является сигнальным электродом, другой - общим электродом, выполненным длиннее сигнального электрода и подключенным к общей "земле" устройства, а выходы первого и второго мультивибраторов соединены с первыми выводами соответствующих конденсаторов, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих регуляторов чувствительности, вторые выводы которых соединены со входами соответствующих детекторов, к входам которых подключены сигнальные электроды соответствующих датчиков уровня жидкости, причем прямой выход второго порогового элемента подключен к J-входу триггера, а выходы первого и второго детекторов соединены с входами соответствующих пороговых элементов, инверсные выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго повторителей, выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами устройства, которое конструктивно выполнено в виде двух функциональных узлов, первый из которых включает в себя соединенные последовательно первые мультивибратор, конденсатор, регулятор чувствительности, детектор, пороговый элемент, а также первый повторитель, первый датчик уровня жидкости и дифференциатор с соответствующими их связями, второй узел - остальную часть схемы устройства, а точка соединения К-входа триггера и первого вывода первого ключа напряжения является третьим выводом программирования, при соединении которого с третьим выходом устройства и замыкании между собой первого и второго выводов программирования устройство трансформируется в систему контроля и регулирования уровня жидкости со взволнованной ее поверхностью с использованием первого и второго выходов устройства, при разомкнутом состоянии первого и второго выводов программирования и замкнутых между собой третьего вывода программирования и третьего выхода устройства - в систему контроля и регулирования уровня жидкости со спокойной ее поверхностью с использованием первого и второго выходов устройства, а при отключенных выводах программирования - в комплект сигнализаторов контроля верхнего и нижнего уровней жидкости, которыми являются соответственно первый и второй функциональные узлы устройства, с использованием соответственно третьего и четвертого выходов устройства.