Многоканальный сигнализатор уровня жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к устройствам измерения и контроля уровня жидкости и может быть использовано для, бесконтактного контроля и сигнализации наполнения сосудов жидкостью до заданного уровня

Цель изобретения - упрощение сигнализатора и расширение области применения,,

На изображена функциональная схема предлагаемого сигнализатора; на фиг.2 - функциональная схема выносного датчика; на фиг„3 - функциональная схема блока сигнализации; на фиг,4 - временные диаграммы работы сигиализатора

Сигнализатор (фиг.1) содержит выносные датчики 1а-1п и блок 2 сигнализации, который соединен с датчиками 1а-1п двухпроводным кабелем 3. Выносные датчики la-Jn устанавливают на контролируемых сосудах 4а-4п (например, на стеклянных бутылках). . Каждый датчик I содержит емкостный чувствительный элемент 5, преобразователь 6, элемент 7 нагрузки, диодный мост 8. Последовательно с элементом 7 нагрузки может быть включен индикатор 9 (например, светоднод), Емкостный чувствительный элемент 5 содержит - электроды 5а, 56, образующие конденсатор, емкость (Сх) которого изменяется при изменении уровня .жидкости, в частности воды, в сосуде 4. Электрод 6б может отсутствоват при этом изменение емкости электрода 5а происходит за счет изменения электрического поля около него при изменении уровня жидкости в сосуде 4. Электроды 5а, 56 соединены с выводами преобразователя 6., Шины питания

0

5

0

5

0

5

0

5

преобразователя 6 соединены с выходами диодного моста 8, входы которого соединены с жилами 10 и И кабеля 3 связи. Наличие диодного моста позволяет подключать датчики к кабелю связи без соблюдения полярности, что упрощает монтаж системы. Выход преобразователя через элемент 7 нагрузки и индикатор 9 соединен с одним из выводовчпитания преобразователя 6.

Блок 2 сигнализации содержит исполнительный элемент 12, источник 13 постоянного напряжения питания и резистор 14, сл гжащий датчиком тока. Жила 10 кабеля 3 соединена с одним полюсом источника 13 питания, жила i) соединена с входом исполнительного устройства 12 и через резистор 14 с другим полюсом источника 13

Преобразователь (фиг.2) содержит инверторы 15-17, которые совместно с резистором 18 и конденсатором 19 образуют генератор импульсов, инверторы 20 и 23, которые образуют элемент задержки, D-триггер 22 и резистор 23 К вьщоду триггера 22 может быть подключен инвертор 24 (для умо- щения выхода). Между выходами питания преобразователя 6 может быть ВКЛЮЧРН конденсатор 25 фильтра, а на входе инвертора 20 - резистор 26 (для увеличения и регулирования задержки) .

Вход преобразователя 6, соединенный с электродом За, подключен к D-входу триггера 22. Выход инвертора 17, являющийся выходом генератора км пульсов, соединен через элемент задержки на резисторе 26 и инверторах 20 и 21 с С-входом триггера 22

5 I

и через резистор 23 - с D-входом триггера 22 Выводы питания триггера 22 и всех инверторов соединены с выходами диодного моста 8. Выход триггера 22 соединен через элемент 7 нагрузки с одним из выводов питания триггера 22. К одному из выводов питания триггера 22 подключен электрод 56..

Преобразователь 6 может быть выполнен на микросхемах со структурным КМОП серий К176, К561, что обеспечн вает малое потребление тока и хорошее согласование емкостного чувствительного элемента 5 с D-входом триггера 22.

Исполнительное устройства 1 2 (фигоЗ) содержит генератор импульсов звуковой частоты на инверторах 27 и 28, резисторе 29 и конденсаторе 30, транзисторы 31 и 32, динамическую головку 33, резисторы 34 и 35. Вход исполнительного устройства 12 соединен через резистор 35 с базой транзистора 32, эмиттер которого соединен с одним полюсом источника 13, а коллектор соединен с эмиттером транзистора 31, база которого соединена через резистор 34 с выходом генератора импульсов на инверторах 27 и 28, а коллектор соединен через динамическую головку 33 с другим полюсом источника 13.

Сигнализатор работает следующим образом

В исходном состоянии (фиг.4), когда сосуды 4а-4п не заполнены жидкостью (водой), емкость Сх чувствительных элементов 5 мала. Импульсы с выхода инвертора I7 поступают через резистор 23 на D-вход триггера 22, а через резистор 26 и элемент задержки на инверторах 20 и 21 - на С-вход триггера 22. При малой емкости Сх задержка импульсов в цепи D-входа меньше задержки, созданной инверторами 20 и 2 в цепи С-входа, поэтому к моменту прихода на С-вход положительного фронта импульса на D-входе устанавливается уровень 1й, в результате чего триггер 22 включается в состояние 1, При этом через эленент 7 нагрузки и индикатор 9 ток не протекает, т,е. выносной датчик 1 выключен. При малом токе в кабеле 3 связи напряжение на резисторе 14 блока 2 сигнализации мало, поэтому транзистора 32 исполнительного уст492936

ройства 12 закрыт и динамическая головка 33 выключена - звуковой сигнал отсутствует.

, При наполнении одного или несколъ- ких сосудов 4а-4п выше заданного уровня емкость Сх емкостного чувствительного элемента 5 соответствующего выносного датчика 2а-1п возрасIQ тает.

При увеличенной емкости Сх, подключенной к D-входу триггера 22, появление уровня J на D-входе будет задержано по отношению к положи15 тельному фронту импульса на С-входе триггера 22, поэтому триггер 22 переключается в состояние О. При этом через элемент 7 нагрузки и индикатор 9 потечет ток, что вызовет

20 увеличение тока в кабеле 3. При повышенном токе в кабеле 3 связи напряжение на резисторе 14 блока 2 сигнализации достигает такой величины, при которой транзистор 32 нсполни25 тельного устройства 12 открывается.

Импульсы звуковой частоты с генератора на инверторах 27 и 28, поступающие через резистор 34 на базу транзистора 31, переключают послед30 ний и динамическая головка 33 подает звуковой сигнал. По индикаторам 9 соответствующих выносных датчиков la-ln или непосредственно по сосудам 4а-4п определяют, в каких сосудах

« 4а-4п уровень жидкости достиг заданного уровня. Блок 2 сигнализации выключается при удалении наполненного сосуда 4а-4п.

Величина задержки сигнала на D40 входе триггера 22 определяется произведением R23 (Cx-KJo) , где Со - емкость D-входа. При высокоомном D-входе триггера 22 задержка может быть достаточно большой при малых значе45 киях Сх+Со. Это позволяет получить высокую чувствительность выносного датчика 1 при малой площади электродов За, 56 и при неплотном из прилегании к поверхности сосуда 4, что упро50 щает конструкцию и эксплуатацию выносных датчиков la-ln. Чувствительность преобразователя можно отрегулировать при помощи резистора 26, который образует совместно с входной ем55 костью инвертора 20 регулируемую RC-iienb задержки.

Для четкой работы блока 2 сигнализации необходимо, чтобы суммарный о ток, потребляемый в исходном состоя

716

нии всеми выносными датчиками la-In, был меньше тока срабатывания одного датчика. При применении в преобразователе 6 микросхем со структурой КМОП такое соотношение токов легко достижимоо Это позволяет, в частности, подключать к блоку 2 сигнализаци параллельно значительное количество выносных датчиков.

Применение выносных датчиков, сигналами срабатывания которых является увеличение тока в цепях питания, позволяет применить для монтажа сигнализаторов простейший двухпровод кой кабель, разнести датчики один от другого и от блока сигнализации на значительные расстояния, подклю-. чнть к центральному блоку сигнализации большое количество датчиков, исключить влияние емкости линий связи на работу сигналяэатора. Все это упрощает конструкцию сигнализатора, его монтаж на месте эксплуатации, расширяет его эксплуатационные возможности. Исключение влияния емкостей соединительных линий позволяет повысить чувствительность датчиков, в результате чего возникает возможность применять датчики с малыми раз мерами электродов, а также осуществлять контроль уровня жидкости при малых изменениях контролируемой емкости например при контроле уровн дистиллированной воды в стеклянных бутылях, без применения погружаемых в воду электродов, нарушающих чистоту и стерильность воды.

Формула изобретения 40

1.Многоканальный сигнализатор

уровня жидкости, содержащий выносные

датчики с емкостными чувствительными

8

элементами, соединенными через кабель связи с блоком сигнализации, содержащим источник постоянного напряжения питания и исполнительное устройство, подключенное к выходам источника питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения области применения, в блок сигнализации введен резистор- датчик тока, а в каждый выносной дат50 5

0

5

0

чик введены преобразователь, диодный мост, элемент нагрузки, причем входы преобразователя соединены с емкостным чувствительным элементом, входы питания преобразователя включены в диагональ диодного моста, другая диагональ которого подключрна к жилам двухпроводного кабеля, одна из жил которого соединена с первым выходом источника питания блока сигнализации, а другая - с входом исполнительного устройства блока сигнализации и через резистор-датчик тока с вторым выходом источника питания блока сигнализации, при этом выход преобразователя каждого датчика подключен через последовательно соединенные элемент нагрузки и световой индикатор к одному из входов питания преобразователя.

2.Сигнализатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что преобразователь выносного датчика выполнен в виде D-триггера, генератора импульсов, выход которого через элемент задержки подключен к С-входу D-триггера и через резистор - к D-входу D-триггера и к первому электроду емкостного чувствительного элемента, второй электрод которого подключен к входу Ноль питания D-триггера, инверсный выход которого подключен к элементу нагрузки.

5

/s

Н Ь

лиг

Ksei лиг

1

Изобретение может быть использовано для бесконтактного контроля и сигнализации наполнения сосудов жидкостью до заданного уровня. Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностейо Сигнализатор содержит выносные датчики la-In и блок 2 сиг- нализации, который соединен с датчиками 1а-1п двухпроводным кабелем 3« Выносные датчики 1а-1п устанавливают на контролируемых сосудах 4а-4п„ Каждый датчик содержит емкостный чувствительный элемент 5, преобразователь 6, элемент 7 нагрузки, диодный мост

26

М76ТН2

Фиг. 2

Фиг. 3

Ш. И

few (7

Вых. Я

в/- X

8б«22

Ток ЮМ)

Фиг.4

ГП Г