Дискретный уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01F23/18 

ШЩ ШШШ$$

-

;; ю Фиг. 6

Ё

О

1ЧЭ

ю

чд

О 4

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения с заданной точностью уровней жидкости различного типа с помощью унифицированных датчиков информации.

Целью изобретения является расширение класса измеряемых жидкостей.

На фиг.1 изображена схема предложенного дискретного уровнемера; на фиг.2 - схема блока обработки информации; на фиг.З - схема кинематической связи между чувствительным элементом датчика давления и контакта блока обработки информации; на фиг.А - схема уровнемера с расположением датчиков информации на верхней поверхности каждой ступени трубы; на фиг.5 - схема чувствительного элемента датчика информации с увеличенной чувствительностью; на фиг.6 - схема чувствительного элемента датчика информации с регулируемой чувствительностью.

Дискретный уровнемер (фиг.1) содержит измерительную трубу 1, нижним коленом соединенную с емкостью ниже минимального значенил уровня измеряемой жидкости, N датчиков 2 информации и блок 3 обработки информации при этом измерительная труба 1 имеет ступенчато - возрастающую форму с N ступенями, причем высота каждой ступени пропорциональна точности измерения уровня (т.е. в общем случае высота каждой ступени трубы может быть различной), датчик 2i () информации расположен на нижней поверхности 1-й ступени трубы 1 под верхней поверхностью i-й ступени трубы 1, выход датчика информации соединен с соответствующим входом блока 3 обработки информации.

Размеры каждой ступени трубы 1 (ширина, высота, длина) выбираются исходя из требований к точности измерений уровня габаритов датчиков информации.

Измерительная труба 1 своим нижним коленом соединена емкостью с жидкостью, уровень которой необходимо измерить.

Если датчик 2 информации имеет электрический выход,сигнал на котором равен логической единице при достижении давления определённой величины (датчик 2 информации - релейного типа), то в качестве блока 3 обработки информации можно использовать аналого-цифровой преобразователь.

Для упрощения уровнемера, уменьшения числа соединительных проводов можно использовать блок 3 обработки информации, изображённый на фиг 2.

Блок 3 обработки информации (фиг.2) содержит узел 4 индикации, N сопротивлений 5, балластное сопротивление 6. источник 7 питания, N ключевых элементов 8 При

этом узел 4 индикации, сопротивления 5, балластное сопротивление 6 соединены последовательно и подключены параллельно выходам источника 7 питания, ключевой элемент 8.I (,N) подключен параллельно

сопротивлению 5.I, управляющий вход 8 ключевого элемента соединен с i-м выходом блока 3 обработки информации (т е. с выходом соответствующего датчика 2.i) При использовании датчика 2 информации релейного типа с электрическим выход- ным сигналом в качестве ключевого элемента может использоваться бесконтактный ключевой элемент

Узел 4 индикации можег быть выполнен

в виде амперметра.

Кпючевой элемент 8 может быть реализован также на базе контактной техники в виде размыкающего контакта. Пример технической реализации схемы соединения

ключевого элемента 8 и датчика 2 информации для данного случая приведён на фиг 3 а Контакт 8 расположен с наружной стороны чувствительного элемента (мембраны) 9. расположенного на нижней поверхности соответствующей ступени измерительной трубы над верхней поверхностью данной ступени Контакт 8 i показан размыкающим, но возможна техническая реализация замыкающего контакта, а также использование в

качестве контакта 8 i несколько размыкающих контактов, кинематически соединенных с чувствительным элементом датчика 2 i информации

В качестве сопротивлений 5 можно использовать активные сопротивления, в качестве источника 7 питания - источник постоянного тока Если точность измерения уровня жидкости одна и та же то значение сопротивления 5 i(.N) R определяется по

формуле

R, К Ri/(1-K) 1. (О К 1)(1)

где RI - значение 1-го сопротивления. Формула (1) получена из условия i

R,/(Ri + X R, )- K const, (,3...N)(2)

i 2

Тогда при срабатывании датчика 2,i (j-2,N) информации ток в блоке 4 информации уменьшится по сравнению с током в цепи с Ri() в (1-К) раз.

В качестве сопротивлений 5 могут быть использованы ёмкостные сопротивления Хс, о качестве балластного сопротивления 6 индуктивное сопротивление XL, а в качестве

источника 7 питания - источник переменного тока варьируемой частоты, в качестве узла 4 индикации - датчик максимума (тока).

Дискретный уровнемер (фиг.4) отличается от дискретного уровнемера (фиг. 1) тем, что датчики 2 информации расположены на верхней поверхности каждой ступени измерительной трубы 1 над нижней поверхностью той же ступени. Выходы датчиков 2 подключены к блоку 3 обработки информации (на фиг.4 блок 3 не показан). В качестве датчика 2 может применяться датчик, изображённый на фиг.З, а также датчик, изображённый на фиг.5, который дополнительно содержит, прикреплённую к чувствительному элементу 9 датчика 2 информации с внут- ренней стороны, гибкую герметичную емкость 10, заполненную веществом с удельным весом меньше удельного веса измеряемой жидкости. В качестве такого вещества может использоваться, например воздух.

Датчик 2 (фиг.6) имеет расположенный внутри герметичной емкости 10 нагревательный элемент 11. Нагревательные элементы 11 могут быть соединены последовательно между собой и подключены параллельно к выходам источника 7 питания через соответствующее регулируемое сопротивление ( на фиг.6 не показано).

Нагревательный элемент 11 .i (|-1 ,N) может также подключаться к выходам источника 7 питания через своё регулируемое сопротивление.

Длина и (или) ширина чувствительного элемента 9 датчика 2 информации могут превосходить высоту ступени трубы 1.

Сопротивления 5 могут быть размещены непосредственно около датчиков 2 информации, что существенно уменьшает длину соединительных проводов,т.-е. сопротивления 5 совместно с необходимыми проводами могут быть установлены на соответствующей ступени измерительной трубы.

Дискретный уровнемер (фиг. 1) работает следующим образом.

Датчики 2.1 (.N) информации выбраны такими, чтобы выдавали сигнал логической единицы в момент времени полного заполнения i-й ступени измерительной трубы 1. Если высоты всех ступеней одинаковы, то датчики 2 информации - однотипны.

Ключевые элементы 8 в исходный момент открыты. Узел 4 измерения показывает максимальное значение.

Предположим, что уровень измеряемой жидкости изменяется и в определённый момент времени заполняет i-ю ступень трубы 1. При этом срабатывает датчик 2.1 информации, выходной сигнал которого, разнял логической единице, подаётся на управляющий вход ключевого элемента 8.1, который при этом закрывется. Тогда ток от источника

7 питания пойдёт через балластное сопротивление 6 и последовательно соединенные сопротивления 5.1, 52, ..., 5.I. Показания узла индикации будут пропорциональны величине уровня жидкости А Ai + Да +.. + Д ,

0 где Д - высота ступени трубы 1,

Если ключевой элемент 8 выполнен так. как показано на фиг.З. то при заполнении жидкостью соответствующей ступени трубы 1, мембрана 9 под действием веса жидкости

5 прогнется и разомкнет контакты 8. При этом на поддержание контактов в разомкнутом состоянии не требуется потребление энергии источника 7, Затем процедура оценки уровня жидкости повторяется.

0Если значения сопротивлений 5 выбраны исходя из формулы (1), то показания узла 4 индикации при срабатывании датчика 2i будут отличаться от показаний узла 4 индикации при срабатывании датчика 2 (i-1) в

5 (1-К) раз (или на величину К %). (При ,1 показания узла 4 на (i-1) и l-м циклах измерения будут отличаться на 10%)

Принцип работы дискретного уровнемера (фиг.4) с датчиками 2 информации ,

0 изображёнными на фиг.З, аналогичен.

Для увеличения чувствительности датчиков 2-информации (особенно, если величина Д меньше размеров мембраны 5) используется гибкая герметичная емкость

5 10 (фиг.6). При заполнении жидкостью соответствующей ступени трубы 1, по закону Архимеда, создаётся дополнительная подъёмная сила. Для регулирования чувствительности

0 датчиков 2 информации при измерении уровня жидкостей с разным удельным весом (бензина, воды, солярки и т.д.) можно варьировать величину силы Архимеда путём подогрева с помощью нагревательно5 го элемента 11 вещества (воздуха) в герметичной емкости 10. Принцип работы уровнемера при этом не изменяется. На фиг.З, 5 показано, что контакт 8 при срабатывании мембраны 9 размыкается. Воз0 можно также использование контактов, которые при срабатывании мембра.ны замыкаются.

Уровнемер для сокращения габаритов может быть расположен непосредственно

5 У боковой стенки шлюза или на воротах шлюза или опускаемым.

В результате применения предложенного устройства

- расширяются функциональные возможности за счёт измерения уровня любых жидкостей (неагрессивных, агрессивных, взрывоопасных, сверхчистых и т.д.) с любой наперёд заданной точностью, причем точность измерения уровня может быть меньше размеров чувствительного элемента информационного датчика;

-повышается надёжность устройства за счёт уменьшения числа соединительных проводов или сложных блоков обработки информации;

-регулирование чувствительности информационных датчиков позволяет расширить функциональные возможности за счёт измерения уровня жидкостей с различными удельными весами одними и теми же унифицированными датчиками;

-точность измерения не зависит от высоты уровня.

-используются типовые (стандартные) датчики информации.

Формула изобретения

1. Дискретный уровнемер, содержащий измерительную трубу с размещёнными на ней с возможностью взаимодействия с контролируемой средой N датчиками информации, выходы которых соединены с соответствующими входами блока обработки информации, отличающийся тем, что, с целью расширения класса измеряемых жидкостей, труба выполнена сгу- пенчатой формы, а датчики информации выполнены в виде датчиков давления, рас0

5

0

5

0

5

положенных на поверхности каждой ступени.

2.Уровнемер по п.1., о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что ступени измерительной трубы выполнены одинаковыми по высоте.

3.Уровнемер поп.1, отличающийся тем, что датчики информации расположены на верхней поверхности каждой ступени.

4.Уровнемер поп п. 1 иЗ, от л ичающий- с я тем, что на чувствительном элементе датчика информации с внутренней стороны закреплена герметичная ёмкость, заполненная веществом, удельный вес которого меньше удельного веса жидкости.

5.Уровнемер по п.4. отличающийся тем, что внутри герметичной емкости расположен нагревательный элемент.

6.Уровнемер поп.1, отличающий- с я тем, что блок обработки информации содержит последовательно соединенные балластное сопротивление, N сопротивлений, источник питания и узел индикации, а параллельно каждому сопротивлению подключен ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с соответствующим входом блока обработки информации.

7.Уровнемер по пп.1 и 6, отличающий- с я тем, что значение 1-го (,N) сопротивления блока обработки определяется по формуле

RI К Ri/(1-K) где RI - значение первого сопротивления: К - коэффициент задания дискретности (0 К 1).

л1- 1

Изобретение отосится к приборострое нию и можег быть исгользовтно для дискретного измерения уровня Цель изобретения - расширение класса измеряемых жидкостей. Жидкость, попадая в трубу 1, замыкает контакты с помощью мембран 9 Полисть 10 с нагревателем 1 позволяет усилить информационное давпение Сигналы поступают на блок обработки информэ- ции 5 з.п.ф-лы, б ил.

М2.3

Чг.ы

V2W-7

ФигЛ

Ш

9

&

&222222 SSS§

V Y////)x

Фиг. 2

9

&

S§

УШЯ

Фиг.з

4в

1

4

ю

Фиг. Ч

ю

(Риг. 5