Трехпозиционный датчик уровня Советский патент 1991 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля уровня жидких и сыпучих материалов, обладающих даже незначительной электропроводностью.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, расширение номенклатуры измеряемых жидких и сыпучих материалов с различающейся электропроводностью и обеспечение возможности питания от источника как постоянного, так и переменного тока.

На чертеже показана схема трехпози- ционного датчика уровня.

Датчик содержит общий электрод 1, соединенный с первой входной клеммой 2, электрод 3 нижнего уровня и .электрод 4 верхнего уровня, соединенные соответственно через первый 5 и второй 6 резисторы с торой входной клеммой 7, первый 8 и второй 9 элементы НЕ, электрод 10 аварийного уровня, третий резистор 11. одним выводом подключенное к электроду 10 аварийного уровня, а другим к второй входной клемме 7, четвертый диод 12, анодом подключенный к входной клемме 7, первый диод 13. анодом подключенный к электроду 3 нижнего уровня, а катодом к входу первого элемента НЕ 8, второй диод 14, анодом подключенный к электроду 4 верхнего уровня, а катодом к входу второго элемента НЕ 9, третий диод 15, анодом подключенный к электроду 10 аварийного уровня третий элемент НЕ 16, входом подключенный к выходу элемента НЕ 8, четвертый элемент НЕ 17, входом подключенный к выходу элемента НЕ 9, пятый элемент НЕ 18, входом подключенный к катоду диода 15. шестой элемент НЕ 19, входом подключенный к выходу элемента НЕ 18. четвертый резистор 20, одним выводом подключенный к выходу элемента НЕ 8, а другим к первой выходной клемме 21, пятый резистор 22, одним выводом подключенный к выходу элемента НЕ 16, а другим - к второй выходной клемме 23, шестой резистор 24, одним выводом под ключенный к выходу элемента НЕ 9, а другим к третьей выходной клемме 25, седьмой резистор 26, одним выводом подключенный к выходу элемента НЕ 17, а другим к четвертой выходной клемме 27, восьмой резистор 28, одним выводом подключенный к выходу элемента НЕ 18, а другим к пятой выходной клемме 29, девятый резистор 30. одним выводом подключенный к выходу элемента НЕ 19, а другим к шестой выходной клемме 31. Все шесть элементов НЕ составляют КМОП-микросхему D, вывод Un которой соединен с катодом диода 12, а общий вывод соединен с первой входной клеммой 2

Трехпоэиционныи датчик уровня рябо тает следующим образом.

В исходном состоянии, когда в электропроводную контролируемую среду погружен только общий электрод 1. а входные клеммы 2 и 7 подключены к источнику переменного тока напряжением 2,5..10 В (например, к вторичной обмотке трансформатора), микросхема D зэпитыва- ется только положительной полуволной от источника переменного тока через вторую входную клемму 7 и диод 12. При этом поло5 жительная полуволна через резистор 5 и диод 13, резистор 6 и диод 11, резистор 11 и диод 15 поступает соотетственно на входы первого 8, второго 9 и пятого 18 элементов НЕ. т.е. на яходах этих элементов

0 присутствует CHI нал логической единицы (2.5...10 В), а на выходах - сигнал логического нуля (0...0.4 В) и далее на выходах элементов НЕ 16. 17. 19 присутствует сигнал логической единицы.

5По достижении контролируемой средой

электрода 3 возникает делитесь напряжения, состоящий из первого резистора 5 и сопротивления контролируемой среды между электродами 1 и 3. Сопротивления рези0 сторов 5, 6 и 11 подбираются такого номинала, что и при самой незначительной электропроводности контролируемой среды потенциал средней точки делителя не превышает логического нуля Для этого до5 сгаточно трехкратного превышения значения сопротивления резисторов 5, 6 и 11 по сравнению со значением сопротивления контролируемой среды между соответствующим электродом и общим электродом. По0 скольку возникает цепь для входного вытекающего тока элемента НЕ 8 через обратно включенный диод 13 (с достаточным обратным током) и сопротивление контролируемой среды между большим электро5 дом 1 и электродом 3 нижнего уровня, то на входе элемента НЕ 8 потенциал падает до логического нуля, соответственно на его выходе возрастает до логической единицы, а на выходе элемента НЕ 16 падает до логиче0 ского нуля. Аналогично происходят процессы по достижении контролируемой средой электродов 4 и 10 верхнего и аварийного уровней соответственно.

Поскольку входной вытекающий ток для

5 логического нуля на входе элемента НЕ не превышает 1 мкА в диапазоне от -45°С до 85°С, то при сопротивлении контролируемой среды между общим и любым контроль- ным электродом до сотен килоом происходит изменение входного сигнала соответствующего элемента НЕ от логической единицы до логического нуля.

Таким образом, при отсутствии контакта электрода с контролируемой средой положительный импульс во время положительной полуволны присутствует на выходе элемента НЕ 16 (в случае, когда уровень контролируемой среды ниже электрода 3) или элементов 17 и 19 (когда уровень контролируегюй среды ниже электрода 4) или элемента 19 (когда уровень контролируемой среды ниже электрода 10). При контакте с контролируемой средой положительный импульс во время положительной полуволны присутствует на выходе элемента НЕ 8 (среда не ниже электрода 3), элементов 8 и 9 (среда не ниже электрода 4), элементов 8, 9 и 18 (среда не ниже электро да 10) Парафазные сигналы с выходов элементов НЕ 8 и 16. 9 и 17, 18 и 19 однозначно определяют наличие или отсутствие- контакта соответствующего эле трода с ки . ролн- руемой средой Эти сигналы через симметрирующие резисторы 20 и 22 24 и 26, 28 и 30 поступают на соответствующее выходные клеммы 21 и 23, 25 и 27, 29 и 31 Подключая к этим клеммам через длинные линии регистрирующие элементы, например оптопары, как это изображено на чертежепунктиром,свыходов регистрирующих элементов получают сигналы о достижении контролируемой средой того или иного уровня

При питании датчика от источника переменного тока через контролируемую среду протекает очень незначительный знакопеременный ток, определяемый напряжением на входной клемме 7, величиной сопротивлений резисторов 5, 6 и 11.сопротивлением контролируемой среды между общим элек- тродом 1 и соответственно электродами 3, 4 и 10

При питании датчика от источника постоянного тока протекающий череэ контролируемую среду, постоянный ток также очень незначителен, а выходные сигналы

имеют не импульсный, а потенциальный характер.

Помехоустойчивость выходных сигна- пов датчика достигается за счет их парафаз- ности и симметрирования, вследствие чего любая помеха приводит к возникновению одинаковых по знаку и величине импульсных помех в обоих проводах длинной линии, что исключает возможность их выделения на регистрирующих элементах.

Формула изобретения Трехпозиционный датчик уровня, содержащий общий электрод, подключенный к заземленной клемме источника питания, первый, второй и третий резисторы, первый, второй и третий электроды,установленные по высоте резервуара, подключенные через первый, второй и третий резисторы соответственно к незаземленной клемме источника питания и соединенные с анодами первого, второго и третьего диодов соответственно, логическую схему, содержащую первый, второй и третий элементы НЕ, у которой первый, второй и третий входы соединены с катодами первого, второго и третьего диодов соответственно, отличающийся тем. что, с целью повышения помехоустойчивости, расширения номенклатуры измеряемых жидких и сыпучих материалов с различающейся электропроводностью и обеспечения возможности питания от источника как переменного так и постоянного тока, в логическую схему введены четвертый, пятый и шестой элементы НЕ, входы которых подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего элементов НЕ, входы которых являются входами схемы, при этом в устройство дополнительно введены четвертый диод, катод которого соединен с входом Питание, а анод - с незаземленной клеммой источника питания, и шесть резисторов, подключенных соответственно к шести выходам первого, второго.третьего, четвертого, пятого и шестого элементов НЕ, являющихся выходами логической схемы.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля уровня жидких и сыпучих материалов, обладающих даже незначительной электропроводностью. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, расширение номенклатуры видов жидкостей с сильноразличающейся электропроводностью и обеспечение возможности питания устройства от источника как переменного так и постоянного тока. При достижении контролируемой средой электрода 3 срабатывает делитель напряжения, состоящий из резистора 5 и сопротивления контролируемой среды между электродами 1 и 3. Поэтому диод 13 закрывается и на входе элемента НЕ 8 потенциал падает до логического нуля, соответственно на его выходе он возрастает до логической единицы, а на выходе элемента НЕ 16 падает до логического нуля и через цепь, состоящую из последовательно включенных (между выходами элементов НЕ 8 и 16) резистора 20, оптопары и резистора 22 начинает протекать ток. Это свидетельствует о достижении жидкостью уровня электрода 3. При понижении уровня сигнал на входе элемента НЕ 8 возрастает до логической единицы и поэтому состояние выходов элементов НЕ 8 и 16 меняется на противоположное. Через цепь с оптопарой ток не течет, что сигнализирует об уровне жидкости ниже электрода 3. Аналогично работает устройство по достижении жидкостью места расположения электродов 4 и 10. 1 ил.