Следящий уровнемер электропроводных жидкостей Советский патент 1987 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня электропроводных сред с колеблющейся поверхностью, склонных к инкрустации и ценообразованию (например, для измерения уровня щелочных пульп в кор- рекционных бассейнах я мешалках глиноземного производства).

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения уровня за счет исключения зоны нечувствительности и надежности работы уровь емера за счет упрощения схемы и исключения влияния зарастания на работоспособность.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого следящего уровнемера на фиг. 2 - осциллограммы напряжения р узловых точках электрической схе.мы следящего уровнемера; фиг. 3 иллюстрирует отслеживание среднего уровня следящим уровнемером.

Следяни1Й уровнемер состоит из первичного преобразователя 1 с электроконтактным зондом, фазового дискриминатора 2, дифференциальной цепочки 3, блока 4 раз- рен1ения задержки, формирователя 5 задержки, блока 6 управления и иснолнительного .механизма 7, механически соединенного с э;1ектроконтактным зондом.

Первичный преобразователь 1 иредстав- ляет собой мостовую схему, в одно из н.чеч которой 1 к;1ючен чувствительный элемент (зонд), и соедине пый с ней носледовательно усилитель /) 1, предназначенный для усиления си1 нала с моста.

состоит из сопротивлепий R, R2 и R:, и со11)отивления жидкости между зондом и корпусом, причем сонропч1вление R. больп1е сопротпилсния жидкости, но меньше сопротивления среды над поверхностью жидкости (вoздyиJHoнapoвaя смесь, пена). Питание моета осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц через ионижаю- Н1,ий т)ансформатор.

Фазовый дискриминатор 2, соединенный с ьгчодом нервичного нреобразователя ;, представляет собой фазочувствительн1з1Й элемент 8 и соедН}{енный с ним носледова- те. 1ьно че)ез диод 9 усилитель 10, на тируюший вход которого подано положительное смен1ение, определяющее начальное с(;стояние схемы. На второй вход фазового дискриминатора 2 ностунает переменный сигнал от того же источника нитания (иони- жающего трансфор.матора). который питает мост первичного нреобразовате, 1Я. Сигиал1 1 на входах дискриминатора могут либо совпадать но фазе, либо иметь фазы, противоположные но знаку. Других ситуаций ист. Дифференциальная ценочка 3, соединенная с выходом фазового дискриминатора 2, служит для формирования импульсов, необ- ходимых для перевода .э.лектрической схемы следящего уровнемера в состояние задержки Блок 4 разреп1ения задержки представляет собой управляемый онтронный ключ.

0

Q

5

5

О

0 5

5

СОСТОЯП1ИЙ из двух диодных оптронов 11 и 12, у которых излучатели соединены параллельно, а фотоприемники -.встречно, и усилителя 1,3, служащего для усиления выходного сигнала онтронов. Одним входом блок 4 разрешения задержки соединен с выходом дифференциальной цепочки 3, вторым (управляющим) входом - с выходом формирователя 5 задержки. Выход блока 4 соединен с входом формирователя 5 задержки. Блок 4 разрешепия за11ержки дает разрешение на перевод схемы в состояние задержки и осуществляет защиту этого состояния от импульсов, приходянгих на вход схемы и мо- гуш,их из.менить .льность задержки.

Формирователь 5 задержки содержит усилитель 14, к входам которого подсоединены конденсаторы СЗ и С4, определяющие своим временем разряда длительность задержки. На входе формиоователя 5 задержки стоят диоды 15 и 16, служащие для распознавания полярности сигналов для подачи их на соответствующие входы уеилителя 14. На прямой вход усилителя 14, кроме того, подано малое положительное смещение, определяющее выходной сигнал фор.мирова- теля 5 задержки iioc.ie окончания задержки.

К выходу формирователя 5 задержки подключен управляющий вход блока 4 раз- ре1нения задержки и о.тин из входов блока 6 уиравле.ния. Второй вход блока 6 управления подключен к выходу (}эазового .дискриминатора 2.

Блок 6 уг1равле1П1Я можно условно разделить на три капа. ьа. Первый и второй каналы подключены входа.ми к выходу фазового дискриминатора 2 и определяют соответствующие паправлсмшя движения зонда (вверх и.чи вниз). Третий кана;:, входом соединенный с выходом { формирователя 5 задержки, с.чужит для управления включением одного из первых двух каналов после выхода схемы из состоя тя задерж1 и. Первый и третий кана.чь содержат входные диоды 17 и 18, пропускающие управ,:1яюп1ий сигнал по,ло- жительной юлярности, эмиттерные повтори- те;1и на транзисторах 19 и 20, включенные последователы-го с диодами, служашие для усиления тока, поступающего на управляющие электроды симисгоров 21 и 22, ком.му- тирующих обмотки двигателя исполнительного механизма 7. Во втором канале входной диод 23 включен в обратном направлении, а для получения сигнала положительной полярности, иостуг ао1цего на управляющий электрод симистора 24, между диодом 23 и эмиттерным повторителем на транзисторе 25 включен инвертирующий каскад па транзисторе 25.

Исиолнительный механизм 7 представляет собой стандартный реверсивный двигатель, на который поступают управляющие сигналы с блока 6 управления. Он осуществляет перемещение механически связанного с ним зонда (вверх и вниз).

Следящий уровнемер работает следующим образом.

Предположим, что зонд находится в разрыве с поверхностью среды и исполнительный механизм 7 отрабатывает движение вниз (фиг. 2). При этом фазы переменных сигналов на входах фазового дискриминатора 2 отличаются на 180°, а на выходе фазового дискриминатора 2 будет постоянный сигнал отрицательной полярности. Этот сигнал поступает на вход второго канала блока 6 управления и после инверсии транзистором 26 и усиления тока в эмиТтерном повторителе на транзисторе 25 проходит на управляющий электрод тиристора 24.

На выходе дифференциальной цепочки 3 и блока 4 разрешения задержки сигнал равен нулю, а ка выходе формирователя задержки будет положительный сигнал из-за опорного напряжения, поданного на прямой вход усилителя 14. Выходной сигнал формирователя 5 задержки поступает на управляющие электроды оптронов 11 и 12 блока 4 разрешения задержки, поддерживая их в открытом состоянии, и на вход третьего канала блока 6 управления, где после усиления тока в эмиттерном повторителе на транзисторе 20, подается на управляющий электрод симис- тора 21, открывая его. Так как симисторы 21 и 24 открыты, то исполнительный механизм 7 продолжает отрабатывать движение вниз до касания зондом поверхности контролируемой жидкости.

В момент касания зонда поверхности жидкости происходит разбаланс моста первичного преобразователя 1 в противоположную сторону и выходной сигнал первичного преобразователя меняет свою фазу на 180°. При этом на обоих входах фазового дискриминатора 2 будут сигналы одной фазы, а на эмиттере транзистора 8 появляется положительный полупериод сигнала, который через диод 9 поступает на прямой вход усилителя 10. Выходной сигнал фазового дискриминатора 2 становится положительным и поступает на вход первого канала блока 6 управления, где после усиления тока в эмиттерном повторителе на транзисторе 19 поступает на управляющий электрод симисто- ра 22, открывая его. В момент смены полярности выходного сигнала фазового дискриминатора 2 на выходе дифференцирующей цепочки 3 возникает положительный импульс который, пройдя через открытые оптроны 11 и 12 и усилитель 13 блока 4 разрешения задержки, поступает на инверсный вход усилителя 14, одновременно заряжая конденсатор СЗ формирователя 5 задержки. Выходной сигнал формирователя 5 задержки изменяет полярность на отрицательную и будет отрицательным, пока конденсатор СЗ будет разряжаться через входное сопротивление усилителя 14. При этом оптроны 11 и 12 блока 4 разрешения задержки закрываются, и импульсы, возникающие на выходе дифференциальной цепочки, из-за «ряби

на поверхности жидкости не проходят на вход формирователя 5 задержки. Это и есть состояние задержки. В состоянии задержки симистор 21 заперт, так как на его управ- 5 ляющем электроде нулевой потенциал, и исполнительный механизм 7 не перемещает зонд. Состояние задержки длится до тех пор, пока емкость СЗ не разрядится через 1 ходное сопротивление усилителя 14 формировате- JQ ля 5 задержки. После этого выходной сигнал формирователя 5 задержки становится положительным и поступает на вход третьего канала блока 6 управления и после усиления тока в эмиттерном повторителе на транзисторе 20 поступает на управляющий электрод 15 симистора 21, открывая его. Так как симисторы 21 и 22 открыты, то исполнительный .механизм 7 начинает отрабатывать движение зонда вверх. Одновременно с этим выходной сигнал формирователя 5 задержки поступает на управляюнхие выводы оптро нов 11 и 12 блока 4 paзpeиJeния задержки, открывая их, в результате чего следящий уровнемер снова переходит в следующее состояние задержки, которое наступает в момент выхода зонда из жидкости. При раз5 рыве контакта зонд - жидкость происходит разбаланс моста в противоположную сторону и на выходе первичного преобразователя 1 фаза сигнала меняется на 180°. Фазы сигналов на обоих входах фазового дискриминатора отличаются на 180° и транзистор

0 будет закрыт. При это.м на выходе фазового дискриминатора 2 сигнал приобретает отрицательную полярность из-за опорного напряжения, подаваемого на инверсный вход усилителя 10. Этот сигнал поступает на вход второго канала блока 6 управления и от5 крывает симистор 24. Одновременно симистор 22 закрывается, так как закрывается транзистор 19, и на управляющем электроде симистора 22 нулевой потенциал. Симистор 21 при этом также запирается, так как возникающий на выходе дифференциальной

цепочки 3 отрицательный импульс, пройдя через блок 4 разрешения задержки, поступает на прямой вход усилителя 14 формирователя 5 задержки, заряжает емкость С4, в результате чего выходной сигнал форми5 рователя задержки становится отрицательным. Транзистор 20 блока 6 управления закрывается, а значит закрывается и симистор 21. Исполнительный механизм 7 прекращает отрабатывать движение зонда вверх. Оптроны 11 и 12 блока 4 разрешения задерж0 ки также закрываются, и наступает новое состояние задержки, которое длится до тех пор, пока емкость С4 не разрядится через входное сопротивление усилителя Д4 формирователя 5 задержки. После этого выходной сигнал формирователя 5 задержки приобре5 тает положительную полярность, оптроны 11 и 12 открываются, открывается симистор 21, и двигатель начинает отрабатывать движение зонда вниз до касания с поверхностью жидкости. Затем цикл работы следящего

уровнемера повторяется, (осциллограммы напряжений в узловых точках электрической схемы следящего уровнемера изображены на фиг. 2).

Приведенная погрешность измерения уровня не превышает 9,5%. Так как погрешность измерений в случайные моменты времени будет разнознаковой, то можно говорить об отслеживании среднего уровня но отношению к колебаниям поверхности жидкости (фиг. 3). Скорость слежения определяется скоростью движения и минимально допустимым временем между реверсами стандартного исполнительного механизма.

Формула изобретения

1. Следящий уровнемер электропроводных жидкостей, содержащий первичный преобразователь с электроконтактным зондом, подключенный к источнику переменного напряжения, формирователь задержки и исполнительный механизм, соедине}1ные с блоком управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения и повышения надежности устройства, в пего введены фазовый дискриминатор, диффе- ренциру1он1ая цепочка и блок разрешения задержки, при этом первичный преобразо0

5

0

5

ватель выполнен в виде мостовой схемы, выход которой соединен последовательно с фазовым дискриминаторо.м, дифференцирующей цепочкой, блоком разрешения задержки и формирователем задержки, вы.ход фазового дискриминатора соединен с блоком управления, а выход формирователя задержки соединен с управляющим входом блока разрешения задержки, при это.м блок управления иснолнительнь м механиз.мом содержит первый и второй каналы команд «Вверх и «Вниз, соединенные с фазовым дискриминатором, и третий общий канал, соединенный с формирователем задержки, первый и второй каналы имеют на входе прямо и обратно включенные диоды, а третий имеет прямо включенный диод, выходы каждого канала подключены к управляющим электродам соответствуюпщх симисторов, из которых первый и второй имеют подключенный к выходу третьего симистора объединенный вход, а их выходы соединены с исполнительным механизмом.

2. Уровнемер по FI. , отличающийся тем, что блок разрепления задержки выполнен на двух онтронах, у которых фотоприемники включены встречно, а излучатели -- параллельно.

ПоншоктРазры§ контакт

ДЗатет/е онд-среда,.... зонд-среда. Внизicran Q meHueicmon uSufHenue

н

Точки сра5аглы6онил уровнемера

Средний уробень среды / ПоЗерхность /.рХ среды

Изобретение предназначено для измерения уровня электропроводных сред с колеблющейся поверхностью, склонных к инкрустации и пенообразованию. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения уровня за счет исключения зоны нечувствительности и повышение надежности работы за счет упрощения схемы и исключения влияния зарастания на работоспособность. Введение новых элементов и образование новых связей позволяет достичь того, что погрешность измерения уровня не пре- высит 0,5%. Так как погрешность измерений в случайные моменты времени будет разно- знаковой, то происходит отслеживание среднего уровня по отношению к колебаниям поверхности жидкости. Скорость слежения определяется скоростью движения и минимально допустимым временем между реверсами исполнительного механизма 7, на который поступают управляющие сигналы с блока 6 управления. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. е (Л со ю 05 00 о

Фиг.З