Уровнемер Советский патент 1989 года по МПК G01F23/22 G01F23/00 

СД

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении уровня жидких сред. Поплавковый узел с двумя роликами 9,10 при перемещении вместе с границей жидкости обеспечивает перегиб волоконного световода 1. Верхний конец световода согласован с выходом измерителя расстояния 2. Подбором показателей преломления световода и его оболочки, а также радиусов и взаимного расположения роликов добиваются такого положения, в котором луч света от дальномера входит в оболочку световода на участке его перегиба. Наружная поверхность оболочки снабжена светорассеивающими элементами, обуславливающими отражение света в обратном направлении к измерителю расстояния. В качестве измерителя расстояния используется оптический фазовый дальномер. 2 ил.

//

fj

/

00 4

315

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении уровня жидкости

Цель изобретения - исключение вли яяия переменных свойств жидкости на точность измерений.

На фиг„1 представлена схема уровнемера; на фиг, 2 - ги.бкий преобразователь перемещения.

Уровнемер содержит волоконный световод 1, измеритель расстояния 2, который состоит из оптического фазового дальномера 3, светоделительной пластины 4, зеркала 5 и оптического согласующего элемента 6, поплавок 7 и связанное с ним устройство изгиба волокна 8, выполненное на роликах 9 и 10, направляющие поплавка П, нижнее крепление 12, верхнее крепле ние 13 световода.

Волоконный световод 1 состоит из сердцевины 14 с показателем п,, оболочки 5 с показателем преломления п, оболочки 16 с показателем пре- ломления п и второго слоя оболочки 17, содержащей светоотражательные примеси 18, защитной оболочки.

Нижний конец световода сопряжен с моделью абсолютно черного тела 20, которая состоит и прозрачного тела 21, тлеющего светопоглащающее покрытие 22, Модель абсолютно черного тела 20 соединена с торцом световода 1 .

На поверхности жидкости, уровень которой измеряют, находится поплавок 7 При изменении уровня жидкости поплавок 7 перемещается вдоль направляющих щтаиг 11. Между направляю.щими штангами 1 1 , параллельно m-i натянут волоконный световод-1, устройство уплотнения 13 которого сверху емкости зажато фланцами.

Поплавок 7 имеет три отверстия: ; два крайних для прохода направляющих

11и одно центральное для волоконного световода 1. На поплавке установлено устройство изгиба 8 волоконного световода 1,

Нижний конец волоконного световода 1 с помощью устройства крепления

12соединен с натягивающей пружиной. Торец нижнего конца световода 1 ,

отполирован и соединен с прозрачным телом 21 модели абсолютно черног о тела 20. Коэффициент преломления прозрачного тела 2 Г равен коэффициенту преломления сердцевины 14 оптическо

-

10

5 0

5

30 25

0

0

5

14

го волокна. Прозрачное тело 21 покрыто светопоглощающим покрытием 22. Благодаря этому интенсивность отра-, женного от торца световода светового потока минимальна и не влияет на процесс измерения. В качестве светопогг лощающего покрытия 22 может быть использована тонкая пленка иридия.

Показатель преломления оболочки 15 участка волоконного световода 1, используемого в качестве линии связи между емкостью с жидкостью и измерителем уровня 2, имеет значение п,. Показатель преломления серДцевины 14- п,. При этом П2 -in. На участке волоконного световода 1, находящегося в емкости с жидкостью у сердцевины 14 имеется два слоя светопроницаемой оболочки 6 и 17. Показатель преломления оболочки 16 - п, выбран близким к показателю преломления п. сердцеви№1 14, При этом ,. Этим достигается повышение чувствительности оптического волокна к изгибам. Чем ближе показатель преломления Пд оболочки 16 к показателю преломления п сердцевины 14, тем при большем радиусе изгиба волоконногЬ световода 1 световой поток из сердцевины I4 выходит в оболочку 16.

Оболочка 17 изготовлена из того же материала, что и оболочка 16, имеет такой же показатель преломления iij и содержит светоотражающие включения, в качестве которых использованы частицы флурресцентного вещества, например фосфора.

Светоотражающими включениями могут являться также чаетицы алюминия -. или серебра.

Волоконный световод 1 имеет также эластичную защитную светопроницаемую оболочку 19, которая защищает его от механических повреждений.

Уровнемер работает следующим образом.

Световой поток от измерителя 2 уровня направляется в сердцевину 14 волоконного световода5,в который он распространяется до места изгиба роликами 9 и 10 поплавка 7. В изогнутом месте световой поток (частично или весь) выходит из сердцевины в оболочку 16 и достигает отражающих частиц в оболочке 17. Часть отраженного в оболочке 17 светового потока по тому же пути возвращается в сердг, цавину 14 и распространяется в обратном направлении к измерителю уровня 2. Благодаря тому, что оболочка 17 содержит специально введенные эффективно отражающие свет частицы, интенсивность светового потока отраженного в месте изгиба и приходящего к измерителю уровня 2 оказывается больше интенсивности световых потоков отраженных от различных неоднородно стей, неизбежно имеющихся в волоконном световоде 1. Поэтому неод нородности оптического волокна не оказывают влияния на процесс измере- .ния уровня.

Диаметр мерддевины 14 волоконного световода 1 имеет величину, равную диаметру сердцевин одномодовых оптических волокон. Это исключает

отражение светового потока проходяще- 20 с оптическим входом. При этом волого внутри сердцевины 14, от ее поверхности на ровных (не изогнутых) участках волоконного световода 1.

Измеритель уровня 2 выполнен в виде измерителя расстояния проходимого светом.

Уровень жидкости определяют. , по формуле

1

конньш световод 1 подключается не-, посредственно к входу дальномера че рез оптическое согласующее устройст во 6. Светоделительная пластина 4 25 и зеркало 5 в этом случае не исполь зуется .

зоб

Формула

и

р е т ё н и

Уровнемер, содержащий вертикальные направляющие в сосуде с жидкостью, поплавковый узел с двумя роликами, между которыми размещен гибки элемент преобразователя перемещания поплавка, верхний и нижний концы ко торого закреплены в крышке и днище сосуда соответственно, и измеритель длины участков гибкого элемента, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния переменн свойств жи;ткости на точность измере ний в нем, гибкий преобразователь п ремещения поплавка выполнен в вщге волоконного световода с оболочкой, на внешней поверхности которой нане сено светорассеивающее покрытие, из меритель длины участков гибкого эле мента выполнен в виде оптического фазового дальноме ра, согласованного с верхним концом волоконного светов да, а нижний конец световода сопряжен с поглотителем света.

где К - постоянньш коэффициент равный полной длине волоконного световода 1;

1 - измеренное расстояние, проходимое светом от измерителя уровня 2 до места изгиба волоконного световода 1 и обра тно.

Световой поток с выхода оптического фазового дсльномера 3 направлен на светоделительную пластину 4. Эта пластина 4 выполнена таким образом, что световой поток от фазового дальномера 3, проходит через нее на оптический согласующий элемент 6. А световой поток от согласующего элемента 6 отражается от светоделительной пластины 4 на зеркало 5.

Световой поток, идущий с выхода фазового дальномера через светоделиг тельную пластину 4 оптическим согласующим элементом 6 направляется в сердцевину. 14 волоконногр световода 1. Отраженный от места изгиба волоконного световода 1 световой поток оптическим согласующим элементом 6 направляется на светоделительную пласг тину 4. Отражаясь от нее и зеркала 5 световой поток, отраженный от места изгиба, проходит на вход оптического фазового дальномера 3, которьш измеряет путь, пройденньш светом по волоконному световоду 1 до точки отражения в месте изгиба волоконного световода 1, роликами 9 и 10 и обратно,

Б уровнемере может быть использован оптический фазовый дальномер 3, у которого оптический выход совмещен

конньш световод 1 подключается не-, посредственно к входу дальномера через оптическое согласующее устройство 6. Светоделительная пластина 4 5 и зеркало 5 в этом случае не используется .

зоб

Формула

и

р е т ё н и я

Уровнемер, содержащий вертикальные направляющие в сосуде с жидкостью, поплавковый узел с двумя роликами, между которыми размещен гибкий элемент преобразователя перемещания поплавка, верхний и нижний концы которого закреплены в крышке и днище сосуда соответственно, и измеритель длины участков гибкого элемента, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния переменных свойств жи;ткости на точность измерений в нем, гибкий преобразователь перемещения поплавка выполнен в вщге волоконного световода с оболочкой, на внешней поверхности которой нанесено светорассеивающее покрытие, измеритель длины участков гибкого элемента выполнен в виде оптического фазового дальноме ра, согласованного с верхним концом волоконного световода, а нижний конец световода сопряжен с поглотителем света.

(рие.г