Оптический уровнемер Советский патент 1983 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к измерительной -технике/ а именно к устройствам контроля уровня жидкостей.

Известен оптический урЬвнемерг содержавший источник света сканатор в виде зеркала, соединенного с вгшом приводного электродвигателя, объек тив и светочувствительный элемент, связанный.с блоком сравнения, вкшолненным в виде электроннолучевой трубки tl.

Данное устройство обладает невысокой точностью определения уровня изза нелинейноети-его характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический уровнемер, содержащий источник света, сканатор, объектив, светочувствительный элемент, связанный с блоком сравнения, источник опорного напряжения, выходной сигнал которого соответствует выходному сиг нату сканатора, блок сравнения, выполненный в виде преобразователя фазы в ангшоговый сигнал, при этом один из входов блока сравнения соединен с выходом светочувствительного элемента, а другой вход подключен к источнику опорного напряжения 2.

Недостатком известного устройства является изменение интенсивности потока света, падающего на фотоприемник, при изменении уровня, что вызывает изменение сигналов фотоприемника и снижает точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности.

10

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее коллимированный источник света, сканатор источника света, выполненный в виде вращающегося зеркала, соединенного .

15 с валом приводного электродвигателя, блок опорного сигнала, выполненного, например, s виде тахокетрического датчика оборотов, приемник света и 2Q регистрирующую схему, выполненную в виде измерителя разности фаз сигналов от блока опорного сигнала и приемника света, введены дополнительно диафрагма приемника света и сканатор приемника света,. выполненный анало25гично сканатору источника и имеющий общий вал с подвижным элементом блока опорного сигнала, причем частота вращения сканатора приемника отлична от частоты вращения сканатора источ30ника света.

На фиг. 1 представлена схема уровнемера; .на фиг. 2 - опорный на фиг. 3 - сигналы с фотоприемника при разных уровнях.

Уровнемер работает следующим образом. . .

Луч света от коллимированного источника излучения 1 (например, лазера) срезается в диафрагме 2 до толщиныл0,2-0,3 мм, попадает на зеркало 3 сканатора источника излучения, приводимое во вращение с угловой скоростью v электродвигателем. Отражен ный от поверхности жидкости 4, урог вень Н которой определяется, луч света попадает на зеркало 5 сканатора приемника излучения, приводимое во вращение вторым электродвигателем с угловой скоростью ..

В зависимости от уровня J HUKOCTK в сосуде Н (положения поверхности 4) сигнал на приемнике излучения 6 появляется только при однозначных углах падения (отражения) оС t которым должны соответствовать определенные углы р поворота зеркал 3 и 5 относительно горизонта. Из равенства углов падения и отражения легко установить что

Ш

Уровень жидкости Н связан с углом Пс1дения (отражения) соотношением

H--R-tg-ol , (а) , .

где R - полурасстояние между осями

вращения:зеркал 3 и 5.

Через определенный промежуток времени ,, зависящий от начального положения зеркал 3 и 5 (начальных угловых координат Р)О и ) и их угловых скоростей вращения сц и Ш,. зеркала займут такое положение Сс ,угловой координатой р), при котором отраженный от поверхности жидкости 4 луч света, пройдя через диафрагму 7с размером щели равным толщине луча,. попадает-на приемйик света 6.Электрический импульс от приемника света 6 попадает в один из каналов регистрирующего прибора 8 (например, фазометра) . Характер сигнала от приемника излучения 6 для различных величин уровней жидкости HI и Н2 предсхавлен на фиг. 3. Отставание сигнала по, времени для уровня Н2 от сигнала для уровня HI (йГЦ-АТГ) вызвано изменением положения зеркал 3 и 6 от угла f до р и поэтому может являться мерой изменения уровня .

Для автоматизации процесса измерения величин уровня Н применен генератор опорного сигнала, связанный со сканатором зеркала 5 приемника излучения 6 (фиг. 1). он может выполнен, например, в виде тахометрического дaVчикa оборотов, т.е. иметь катушку с сердечником 9 и индукционный диск 10, закрепленный на валу сканатора зеркала 5 приемника излучения 6. Индукционный диск 10 выполнен из немагнитного материала, на периферии диска 10 имеется магнитная вставка 11, закрепленная в плоскости зеркала 5. При прохождении вставки 11 мимо сердечника катушки 9, в последней наводится ЭДС самоиндукции частота следования импульсов которой прямрпропорцио.нальна угловой скорости и/г вращения сканатора 5 (фиг. 2) . Этот сигнал принятый за опорный, подается на второй вход регистрирующей схемы 8, которая по временной разности дТ (разности Фаз ) между опорным сигналом от катушки 9 и сигналом от приемника излучения € определяет уровень жидкости Н.

Время, за которое вставка 11 совершает один оборот и в катушке 8 наводится импульс ЭДС самоиндукции, равно - . Зеркало 5 из положения, при котором в катушке 9 появляется импульс тока, перемещается на угол р,, при котором от фотоприемника 6 появляется сигнал, за время

JL.

С)

ЬТ

e.icWi

или, с учетом выргикения (2)

-.grciynlR ,., 4-1гг(Уа

. Соответственно уровень жидкости может быть определен из соотношения:

H Rt9Urcct;2ut). (5-;

Таким образом, по временной разности АТГ, между опорным сигналом от генератора импульсов 9 и сигналом от. фотоприемника 6 судят об уровне жидкости, а по изменению этой разности за промежуток времени &t и об расходе жидкости.

Предлагаемый уровнемер имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение точности измерения тем, что отраженный от поверхности жидкости поток излучения после центровки в дополнительной диафрагме, попадает на премник излучения нормально к поверхндсти его чувствительного слоя незаВИСИМ9 от величины уровня жидкости.

Формула изобретения

Оптический уровнемер, содержащий .коллимированный источник света, сканатор источника света в виде вращающегося зеркала, соединенного с валом приводного электродвигателя, блок опорного сигнала, выполненного, например, в виде лахометрического датчика оборотов с подвижным элементом, приемник света и регистрирующую схему в виде измерителя разности фаз сигиалов от блока опорногр сигнала и приемиика света, от л и ч а rain и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены Х|иафрагма приемника .света и сканатор приемника света, выполненный аналогично сканатрру источника и имеюций оОщий вал с подвижным элементом блока опорного сигнала, причем частота

вра(аения сканатора приемника отяичм от частоты вра1чвния сканатора источника света.

Источники информации, принятые во внимание при вкспертиа

1.Патент ФРГ 4 946090, кл. 42 е - 34, 1956.

2.Авторское свидетельства ССС I 582460, кл. .G 01 F 23/22, 1977 (прототип).