Уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01F23/42 

Изобретение относится к технике испытаний и измерений и может быть использовано для контроля и регистрации уровней в неглубоких режимных гидрогеологических скважинах

Цель изобретения - повышение надежности регистрации и удобства эксплуатации за счет обеспечения возможности чтения информации при длительных наблюдениях в мелких гидрогеологических скважинах в режиме день-ночь

На фиг 1 изображен уровнемер на фиг 2 - принципиальная электрическая схема времязадающего механизма

Уровнемер (Ьиг 1) содержит установленный с возможностью вертикального перемещения цилиндрический поплавок 1, бесконечный трос 2 который через сквозное отверстие в поплавке 1 подсоединен к нему сверху и снизу. Трос 2 переброшен через блок 3 с противовесом 4 и через блок 5, который связан с преобразователем 6 пе,ремещений, выполненным в виде механического реверсивного счетчика с кодирующими шипами 7

Уровнемер включает регистрирующий механизм в виде связанного с времязадающим механизмом 8 управляемого электромагнита 9, якорь 10 которого выполнен прямоугольного сечения, снабжен индук- тивно-децентрирующей полостью 12 и связан с перфоратором 13 и с механизмом дискретизации причем цилиндрический ди- скретизатор 14 имеет сферическую рабочую поверхность выполнен с возможностью осевого перемещения в якоре 10, снабжен упором 15, ограничителем 16 и разгрузочной пружиной 17 Связанная с дискретиза- тором шестерня 18 дискретизации расположена на валу преобразователя 6 перемещений поплавка

Времязадающее устройство 8 по фиг. 1 содержит фотодатчик (фиг 2), соединенный с токозадающим резистором Ri и триггером

Ё

С N VJ

ГО

VI

4

Шмидта, выполненным на элементах D 1,1, D 1.2 с устройством формирования положительной обратной связи на резисторах Ra и Яз. К.триггеру Шмидта подсоединен инвертор D 1.3. С выходами триггера Шмидта и инвертора связаны идентичные дифференцирующие цепи с постоянной времени г - R) Ci Rg Са 0,15 С подсоединенные к соответствующим входам ждущего мультивибратора D 1.4. К выходу D 1.4 через ограничительный резистор R6 подсоединен ключевой транзистор VTi, связанный с управляемым электромагнитом.

Лентопротяжный механизм уровнемера-(фиг, 1) содержит подающую катушку 19 с лентой 20, направляющие штифты 21, шестерню 22 постоянного шага и приемную катушку 23, причем лента охватывает перечисленные детали. Вал приемной катушки 24 расположен на суппорте 25, который установлен с возможностью продольного перемещения в продольном пазе, образованном закрепленными на корпусе уровнемера уголками 26, и связан с пружиной 27, второй конец которой с помощью штифта 28 закреплен на корпусе уровнемера. Приемная катушка 23 через ленту 20 связана с шестерней 22 постоянного шага, которая соединена с толкателем 29, расположенным на лепестковой пружине 30, связанной с якорем электромагнита 10.

Уровнемер работает следующим образом.

В устройство устанавливают источник постоянного тока и размещают уровнемер в оголовок скважины, который выполнен таким образом, чтобы фотодатчик Л (фиг. 2) инсолировался. Длина троса 2 (фиг. 1) выбирается в два раза большей рабочей глубины скважины. Поплавок 1 под действием противовеса 4 через блок 3 занимает положение, соответствующее актуальному уровню грунтовых вод, При изменении уровня поплавок увлекает за собой трос 2, движение которого по блоку 5 приводит во вращение механический счетчик преобразователя 6 перемещений, показания которого, таким образом, соответствуютуровню в скважине.

Уровень внешней освещенности воздействует на выходное сопротивление фотодиода Vi (фиг. 2), которое при малой инсоляции (ночь) максимально, а при инсоляции (день) минимально.

Резистор RI выбран таким образом, чтобы в дневное время потенциал на левом по схеме выводе резистора Ra был близок к нулю, а в ночное приближался к потенциалу питания. При этом в рассматриваемой точке наблюдается смена уровня потенциала в утренние и вечерние часы. В ночное время потенциал на левом выводе низкий, он передается на вход инвертора D 1.1 в виде логического уровня О, при этом-на выходе

устанавливается высокий потенциал (логический уровень 1). Соответственно на выходе инвертора D 1.2 устанавливается О, который через резистор R3 в виде положительной обратной связи передается на вход

D 1.1. Утром потенциал левого вывода Ra начинает повышаться, однако это не сказывается на состоянии D 1.1, поскольку на его входе удерживается О под действием положительной обратной связи.

Постепенное увеличение потенциала на делителе напряжения RaRa в момент перехода от уровня О к уровню 1 вызывает скачкообразное срабатывание триггера Шмидта за счет дополнительного повышения входного напряжения D 1.1 в момент переключения D 1.2 в состояние 1 На выходе инвертора формируется отрицательный перепад напряжения, который через низкое емкостное сопротивление ко.нденсатора СИ подает на нижний по схеме вход элемента 2И-НЕ (D 1.4) уровень О. На выходе устанавливается уровень 1, через Re открывается транзистор VTi и на электромагнит подается ток, вызывающий его срабатывание, Заряд конденсатора с постоянной времени т d R4 ведет к увеличению его емкостного сопротивления, при этом через экспериментально подобранное время срабатывания 0,15с нижний

по схеме вход D 1.4 приобретает уровень выше 1 и на его выходе установлен О. Транзистор обесточивает электромагнит, диод Va выпрямляет импульс самоиндукции, якорь электромагнита возвращается в исходное состояние.

Процесс при снижении фотодиода V1 от дня к ночи протекает сходным образом за исключением того, что управление элементом D 1.4 осуществляется по спаду триггера

Шмидта через цепь CaRs с постоянной времени TcaRS TC1 R4

При срабатывании электромагнита его якорь преодолевает усилие возвратной пружины 11, подводит дискретизатор 14кшестерне 18 дискретизации, которая проворачивается так, что дискретизатор упирается в основание зуба шестерни 18 дискретизации, причем при попадании дис- кретизатора на вершину зуба надежность

срабатывания обеспечивается эксцентричностью оси дискретизатора и оси вала преобразователя перемещений. Шестерня дискретизации фиксируется в положении, обеспечивающем целочисленность значения младшего разряда кода регистрируемого уровня,

Якорь преодолевает сопротивление разгрузочной пружины 17, подводит перфоратор 13 к преобразователю 6 перемещений, причем перфоратор прижимает ленту 20 к кодирующим шипам 7, которые перфорируют на ней код уровня в скважине. Код может быть двоичным или представляется в виде семисегментно синтезированных из точек арабских цифр в зависимости от выбранного передаточного числа разрядов механического счетчика преобразователя перемещений, причем диаметр блока 5 выбирается соответствующим.

В процессе движения якоря вниз по фиг. 1 скошенная кромка толкателя 29 преодолевает сопротивление лепестковой пру- жины 30, движется вдоль, скошенной кромки зуба шестерни 22 постоянного шага, соскакивает с него вдоль упорной кромки на следующий зуб и продолжает движение, причем в момент перфорации мэжду толкателем 29 и упорной кромкой пройденного зуба шестерни 22 постоянного шага образуется зазор, превышающий высоту кодирующих шипов 7 преобразователя 6 перемещений.

Описанное положение уровнемера сохраняется до момента обесточивания управляемого электромагнита 9, когда возрастная пружина 11 перемещает якорь 10 вверх по фиг. 1 и освобождает ленту от перфоратора, а усилие натяжения ленты за счет подтормаживания катушек 19 и 23 передается на направляющие (штифты) 21 и обеспечивает их освобождение с кодирующих шипов, Одновременно дискретизатор освобождает шестерню дискретизации, причем ограничитель 16 под действием разгрузочной пружины 17 на упор 15 опирается на гнездо в якоре 10.

Затем толкатель 29 входит в соприкосновение с упорной кромкой зуба шестерни 22 постоянного шага и поворачивает ее против часовой стрелки на модуль зуба. Фрикционное усилие от шестерни 22 через прижатую к. ней за счет воздействия пружинь 27 ленту 20 передается нз приемную хатуш- ку 23, которая проворачивается по часовой

стрелке, наматывает ле.нту 2С и смещается вдоль паза из уголков 26 вверх по фиг. , причем на перфорацию поступает чистый участок ленты с подающей катушки 19. Формула изобретения

1. Уровнемер, содержащий цилиндрический поплавок с противовесом,закрепленный на тросе, который перекинут через преобразователь перемещения поплавка, регистрирующее устройство с лентопротяжным механизмом, времйзадающий механизм, соединенный с источником питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регистрации и удобства эксплуатации, регистрирующее

устройство выполнено в виде электромагнита, соединенного с времязадающим механизмом, причем якорь электромагнита с одной стороны связан с введенными механизмом дискретизации и перфоратором, а с

другой - с лентопротяжным механизмом, а шестерня механизма дискретизации и цифровые кодирующие шины регистрирующого устройства расположены на преобразователе перемещения поплавка.

2. Уровнемер по п. 1,отличающий- с я тем, что времязадающий механизм содержит последовательно соединенные фотодатчик, триггер Шмидта и инвертор, а также ждущий мультивибратор, первый и

второй входы котооого соединены через дифференцирующие цепи с выходами триггера Шмидта и инвертора соответственно, а выход ждущего мультивибратора соединен с ключевым транзистором, который соединен с электромагнитом.

3. Уровнемер по п. 1,отличающий- с я тем, что лентопротяжный механизм выполнен в виде шестерни постоянного шага, связанной с приемной катушкой, ось вращения которой подпружинена с возможностью продольного перемещения.

IS

Фиг.1

згз Фиг 2

Изобретение относится к области испы тэний и измерений и может быть использовано для регистрации уровней в неглубоких гидрогеологических скважинах Цель изобретения - повышение надежности регистрации и удобства эксплуатации Уровнемер содержит цилиндрический поплавок с противовесом, закрепленный на тросе, который перекинут через преобразователь перемещения поплавка, регистрирующее устройство, выполненное в виде электромагнита соединенного с времязадающим механизмом Якорь электромагнита с одной стороны связан с механизмом дискретизации и пер форатором, а с другой - с лентопротяжным механизмом Механизм дискретизации и цифровые кодирующие шины регистрирующего устройства связаны с преобразователем перемещения поплавка 2 з п ф-лы 2 ил