Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах Советский патент 1991 года по МПК G01F23/44 

ходит через направляющий ролик 5 с канавкой и натягивающий ролик 8, закреплен в канавке при помощи отверстия на поверхности калиброванного шкива 11, а сам шкив 11 посажен на один конец оси 12. В отверстии канавки закреплен трос 7 противовеса, который через ролики 16, 17 и кольцо 18 связан с противовесом 6, при этом трос 7

противовеса наматывается против направления намотки троса 2 поплавка. Калиброванный шкив 11 связан с сдвоенным потенциометром через зубчатую передачу, а сдвоенный потенциометр связан через промежуточный блок с регистрирующими и4 контролируемыми приборами. 5 ил.

Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидкости. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит поплавок 1, подсоединенный к тросу 2 поплавка и установленный в направляющую трубу 4, а трос 2 поплавка проIД±ГЗ- 32 (Л с ооо о (A i , // .-JJ о VI ю ю g I-и

Изобретение относится к области контроля и измерения уровня жидкости и может быть использовано для контроля уровня воды в резервуарах, а также в фильтрах, водозаборных сооружениях, открытых водоемах, в каналах и реках.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона измерений.

Via фиг.1 - 5 представлены схемы предлагаемого устройства для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах.

Устройство содержит поплавок 1, подсоединенный к одному концу троса 2 поплавка, а снизу поплавка 1 закреплен плоский груз 3, и вместе они помещены в первую направляющую трубу 4. а трос 2 поплавка, пройдя через первый направляющий ролик 5 с канавкой и первый натягивающий ролик 8, закреплен другим концом в винтовой канавке 9 при помощи отверстия 10 на поверхности калиброванного шкива 11, а сам калиброванный шкив 11 посажен на один конец оси 12 и зафиксирован на нем при помощи гайки 13 фиксации.

В отверстии 14 канавки 15 для намотки троса 1 противовеса закреплен один конец троса 7 противовеса, который, пройдя через второй натягивающий ролик 16с канавкой, второй направляющий ролик 17 с канавкой и кольцо 18 фиксации нулевого уровня, вторым концом связан с противовесом б, который помещен во вторую направляющую трубу 19с закрытым дном.

При этом следует отметить, что трос 7 противовеса наматывается в канавке 15 против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке 9. Блок 20 преобразования поворота оси калиброванного шкива в пропорциональный электрический сигнал содержит подшипник 21, смонтированный в передней стенке 22 корпуса блока 20, ведущее 23 и ведомое 24 зубчатые колеса, сдвоенный потенциометр 25 с осью 26, а также болт-держатель 27, на котором помещен сдвоенный потенциометр 25 и который зафиксирован в прорезе 28 боковой

стенки 29 корпуса блока 20% помощью двух гаек 30 фиксации. Механическая связь калиброванного шкива 11с осью 26 сдвоенного потенциометра 25 осуществляется с

помощью оси 12, помещенной в подшипник 21. На один конец оси 12 закреплен калиброванный шкив 11, а на другой конец ведущее зубчатое колесо 23, сцепленное с ведомым зубчатым колесом 24, посаженным

на ось 26 сдвоенного потенциометра 25, а выходные клеммы 31 сдвоенного потенциометра 25 включены между собой параллельно и электрически связаны с промежуточным узлом 32, который состоит

из блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, блока 34 согласования и блока 35 коммутации, причем крайние неподвижные концы сдвоенного потенциометра 25 связаны с выходами блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, а параллельно включенные подвижные контакты (ползунки) сдвоенного потенциометра 25 связаны с входом блока 34 согласования (фиг.4), выхо

ды которого одновременно связаны с клеммой 36 для подключения к телемеханике, с аналоговым показывающим и контролирующим прибором (типа М1830М1К) 37, с аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором (типа КСУ2-089) 38, а выходы приборов 37 и 38 связаны с входами блока 39 сигнализации, к другим входам которого также подключены лампы 40 и 41 предупреждающей сигнализации верхнего

и нижнего уровней соответственно. С блоком 39 сигнализации связаны также выходы блока 35 коммутации, входные цепи которого подсоединены к электродам датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийных

уровней; верхнего 43, нижнего 44 и земля

45,а с помощью релейных сигналов (сухой контакт), выданных через выходные клеммы

46,блок 35 коммутации может произвести автоматическое закрывание входных и выходных задвижек с электроприводом (при наличии таковых) резервуара, а через выходные клеммы 47, блок 39 сигнализации

может передать релейные сигналы (сухой контакт) в системе автоматического регулирования. К блоку 39 сигнализации подключены также блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока и сирена 49. 5

На фиг.4 и 5 представлены в раскрытом виде соответственно электрические схемы блоков 34 и 35 промежуточного узла 32 и блока ,39 сигнализации. Промежуточный узел 32 (фиг.4) кроме блока 33 стабилизи- 10 рованных источников питания постоянного тока, который выдает три стабилизированных напряжения - (+)15, (-)15 и (+)24 В, - также содержит блок 34 согласования, состоящий из трех идентичных отдельных бло- 15 ков: 34, 34 и каждый из которых монтируется на базе операционного усилителя YI в микроэлектронном исполнении и выходного транзисторного каскада Ti. Тем самым осуществляется преобразование 20 входного уровня электрического напряже- ния. снятого с ползунка сдвоенного потенциометра 25, в унифицированные токовые сигналы (0-5 мА). Блок 35 коммутации состоит из двух трехкаскадных транзисторной и 25 транзисторно-релейных схем. Входные цепи первых каскадов связаны с электродами 43 - 45 датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийных уровней воды, а контакты электромагнитных реле выходных 30 каскадов осуществляют коммутацию запускающих электрических цепей входных и выходных электрических задвижек резервуара, а также передают релейный сигнал (сухой контакт) в блок 39 сигнализации для 35 включения сирены 49.

Устройство работает следующим образом.

При изменении уровня воды (жидкости) перемещается на соответствующую величи- 40 ну поплавок 1 с плоским грузом 3. При этом соответственно поворачивается калиброванный шкив 11. На соответствующий угол поворачивается и ось 12 калиброванного шкива, на другой конец которой посажено 45 ведущее зубчатое колесо 23, которое сцеплено с ведомым зубчатым колесом 24, и поворачивает последнее на соответствующий угол. Диаметры и количество зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес выбирают- 50 ся в соответствии с диапазоном изменения уровня воды, т.е. с максимальной глубиной резервуара. Если, например, диаметр калиброванного шкива 11,э точнее диаметр винтовой канавки 9 калиброванного шкива 55 11 выбран равным 31,84 см, то один полный оборот калиброванного шкива 11 соответствует вертикальному перемещению поплавка 1 с плоским грузом 3 на 1 м, и, если диапазон измеряемого уровня лежит в пределах 0-1 м, то тогда для определения длины троса 2 поплавок 1 -с плоским грузом 3 опускается на дно контролируемой емкости, а другой конец троса 2 закрепляется на калиброванном шкиве 11 через отверстие 10 винтовой канавки 9. Аналогично закрепляется и трос 7 противовеса через отверстие 14 в канавке 15, при этом, заранее намотав на нее на один виток против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке 9, диаметры и количество пар ведущего 23 и ведомого 24 зубчатых колес соответственно выбираются в соотношении 1:1, т.е. одинаковые. Диаметры зубчатых колес можно брать, например. Di Da 22 мм, а количество зубьев одинаковым: Wt Wa 28 зубьев. Если резервуар или фильтр имеет глубину до 3 м, т.е. диапазон измерения уровня воды определяется 0 - 3 м, то тогда выбираются соотношения зубчатых колес 1 : 3, т.е. ведущего, например, выбираем диаметром DI 14 мм, количеством зубьев Wi 16, и ведомого с диаметром D2 40 мм и количеством зубьев Wj 48 и т.д.

Такое соотношение зубчатых передач выбирается по той причине, что сдвоенный потенциометр 26 однобортный, а диаметр калиброванного шкива 11 был выбран равным D 31,84 см, т.е. длина его окружности равна 1 м, а диапазон глубины измеряемого резервуара (фильтра) равен 0 - 3 м,

Следовательно, ось 26 сдвоенного потенциометра- 25 всегда совершает только один оборот, и значение уровня электрического напряжения на его выходных клеммах 31 меняется в один и тот же диапазон, например 0 - 10 В, а калиброванный шкив 11 при коэффициенте передачи 1:3 совершает три оборота, поскольку его один оборот соответствует изменению уровня на 1 м. В этом случае трос поплавка наматывается по винтовой канавке 9, при этом сохраняя заданный диаметр 31,84 см, что обеспечивается за счет того, что трос 2 поплавка укладывается в канавке 9 по винтовому принципу, и сохраняется заданный диаметр 31,84 см. Это достигается за счет того, что трос 2 поплавка 2 натянут по канавкам винтовой канавки с помощью первого натягивающего ролика 8 с канавкой, который может одновременно свободно вращаться вокруг своей оси и передвигаться на всю ширину винтовой канавки 9.

С целью сохранения высоких метрологических характеристик предлагаемого устройства-уровнемера на небольшое расстояние (до 300 - 350 м) устанавливают промежуточный узел 32, от которого производится питание стабилизированным напряжением сдвоенного потенциометра 26 и

получение пропорционального уровня воды в резервуаре электрического сигнала в виде уровня электрического напряжения. С целью обеспечения дальнейшей передачи электрического сигнала на большие расстояния, повышения надежности функционирования устройства и расширения его функциональных возможностей с помощью блока 34 согласования промежуточного узла 32, производится преобразование уровня входного напряжения в унифицированные токовые сигналы 0 - 5 мА одновременно по трем независимым каналам; 34, 34 и 34/(фиг.4). Развязка между каналами осуществляется при помощи диодов Di, Dz, Оз. Каждый из каналов идентичен один другому и состоит из операционного усилителя У на интегральных микросхемах, входного переменного резистора R/ и сопротивления обратной связи Ra , кремниевого транзистора Ti в базовую цепь которого включены переменный резистор RS и постоянное сопротивление КА , а в эмиттерную цепь включено сопротивление Re. В коллекторную цепь включены последовательно конденсатор C i и резистор Rg , а токовый сигнал снимается с обкладок конденсатора Ci. Сопротивление включено с целью ограничения значения унифицированного токового сигнала.

С выходов блока 34 согласования токовые сигналы передаются по трем отдельным направлениям и можно подключить три отдельные потребители, в частности через клеммы 36 подключается периферийный шкаф телемеханики, а также аналоговый показывающий и контролирующий прибор (типа М183ОМ1К) 37, аналоговый регистрирующий и контролирующий прибор (типа КСУ2-089) 38. Такое решение вопроса передачи и воспроизведения электрического сигнала пропорционального измеряемого уровня воды существенно повышает надежность функционирования устройства в целом, поскольку в случаях выхода из строя одного или даже двух устройств или канала связи на третьем приборе воспроизведения все же можно получить информацию об уровне воды в контролируемом резервуаре. Кроме того, с помощью аналогового показывающего и контролирующего прибора 37 (типа М1830М1К) одновременно осуществляется как дистанционное наблюдение за изменением уровня воды в резервуаре, так и авто матический контроль за граничными значениями изменения уровня воды в резервуаре. С этой целью данный прибор снабжен фотоэлектронной системой контроля, т.е. с помощью установки затемняющих лент по шкале прибора на соответствующие расстояния можно установить значения предупреждающих граничные уровни воды в резервуаре. Когда светящий зайчик

зайдет на нижний или верхний край затемняющих лент, на соответствующем выходе образуется электрическое напряжение отрицательной полярности, которое подается на Вх1 или Вх2 блока 39 сигнализации

0 (фиг.5) и притягивает электромагнитное реле либо PL либо Р2, т.е. в зависимости от того, в сторону наполнения или опорожнения изменяется уровень воды в резервуаре. Допустим, уровень воды в резервуаре повы5 шается и достигает предупреждающего значения, тогда на ВхГ блока 39 поступает уровень напряжения (-) UB и срабатывает реле Рг блока 39 сигнализации (фиг.5). В результате замкнутся его нормально-откры0 тые контакты 1Pi и 2Pi соответственно в цепи питания мультивибратра MB и базовой цепи транзистора Те. Мультивибратор MB начинает генерировать импульсы отрицательной полярности с частотой 1 Гц и

5 соответственно по данной частоте начнет открываться и транзистор Те, а лампа 40 предупреждающей сигнализации верхнего уровня мигать, оповещая о том, что уровень воды в резервуаре увеличивается и

0 может произойти переливание.

Аналогично происходит действие в сторону опорожнения резервуара В данном случае электрический сигнал отрицательной полярности (-) UH поступает уже на 8X2

5 блока 39 сигнализации и срабатывает электромагнитное реле Р2, а мигать начнет лампа 41 предупреждающей сигнализации нижнего уровня

Если, допустим, по какой-то причине де0 журный диспетчер не заметил предупреждающее мигание ламп 40 или 41 или же отказала поплавковая система измерения уровня воды, а уровень воды в резервуаре продолжает увеличиваться или уменьшать5 ся, то устройство снабжено датчиком-сигнализатором 42 предельных предаварийных уровней воды и поэтому при достижении уровнем воды верхнего электрода 43 или опускании ее ниже электрода 44 в блоке 35

0 коммутации промежуточного узла 32 срабатывает либо электромагнитное реле Pi, либо Р2 {фиг.4}, При срабатывании электромагнитного реле PL т.е. при уменьшении уровня воды в резервуаре ниже предаварийного

5 уровня замыкаются его нормально-открытые контакты 1Pi и 2Pi. В результате включается на закрытие выходная задвижка и передается сигнал на вход блока 39 сигнализации в диспетчерский пункт, где срабатывает электромагнитное реле PS (фиг.5) и

включается звонок или сирена 49, Аналогично происходят действия при срабатывании электромагнитного реле Рг, т.е. в случае переполнения резервуара. В данном случае после замыкания нормально-открытых контактов 1 Pi и 2Pi с одной стороны запускается электропривод входной задвижки и подача воды в контролируемый резервуар прекращается, а с другой стороны посылается сигнал а блок 39 сигнализации, где снова срабатывает электромагнитное реле РБ и включается сирена 49.

Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня зоды в резервуаре позволяет поддержать уровень воды в резервуаре в требуемом узком интервале изменения уровня. С этой целью устройство снабжено аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором (типа КСУ2-089) 38. Он является автоматическим самописцем, который позволяет регистрировать изменения уровня воды во времени с одновременными возможностями установки требуемых значений нижнего и верхнего уровней воды в резервуаре, а точнее тот узкий заданный интервал колебания уровня воды, который необходим для оптимального ведения технологических процессов, С этой целью прибор 38 на передней шкале имеет две подвижные микроконтакты Кн и Кв, соответствующие нижнему и верхнему уровню, которые устанавливают и фиксируют по требованию. При выходе уровня воды из заданного узкого интервала изменения уровня Е блоке 39 сигнализации срабатывает либо электромагнитное реле Рз, либо Рз (фиг.5), т.е. в зависимости в какую сторону (в сторону понижения или повышения уровня) изменяется уровень воды за пределами установленного узкого интервала, замыкается либо контакт Кн, либо Кв прибора 38 в цепях питания электромагнитных реле РЗ и Р4 (фиг.5).Следовательно, замыкается либо нормально-открытый контакт 1Рз, либо нормально-открытый контакт 1 P/J. которыес помощью- клеммы 47 включаются в систему автоматического регулирования.

Питание электрическим напряжением постоянного тока отрицательной полярности (-)Еп блока 39 сигнализации осуществляет блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока.

Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуаре является универсальным устройством. Оно позволяет очень простыми манипуляциями и при этом абсолютно не меняя конструкцию, задаться разными диапазонами измерений: 0-1,0-2,...0-6 м, которые практически охватывают глубины всех фильтров и резервуаров водопроводного хозяйства. С этой целью в комплект устройства входят разные пары ведущего и ведомого зубчатых колес для осуществления,коэффициентов передачи 1:1, 1:2,1:3, 1:4, 1:5 и 1:6. При этом ведущее зубчатое колесо, которое .меньше по диаметру и шире, устанавливают и закрепляют на другой конец оси 12 калиброванного шика 11, а ведомое зубчатое колесо,

0 которое больше диаметром и уже по ширине, устанавливают на ось 26 сдвоенного потенциометра 25 (фиг.З), После этого, варьируя состоянием болта-держателя 27, на котором помещен и закреплен сдвоен5 ный потенциометр 25 и который позволяет одновременное перемещение в двух плоскостях - по вертикали и по горизонтали, осуществляют центровку осей и сцепление зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес.

0 Потом с помощью двух гаек 30 осуществляют фиксацию болта-держателя 27 в прорезе 28 на боковой стенке 29 блока 20 преобразования поворота оси калиброванного шкива в пропорциональный электрический

5 сигнал. Естественно, что при этом на приборах 37 и 38 устанавливают соответствующие шкалы.

Благодаря использованию герметичного малогабаритного и серийного выпускае0 мого отечественной промышленностью сдвоенного потенциометра типа ПТП-5 кг, который состоит из двух отдельных потенциометров-, повышается надежность работы устройства в целом, поскольку в случае вы5 хода из строя одного из двух потенциометров другой выполняет те же функции. Формула изобретения Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуа0 pax, содержащее поплавок и противовес, один из которых связан с тросом поплавка, а другой с тросом противовеса, регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расшире5 ния диапазона измерений, оно дополнительно снабжено направляющими трубами, в которых установлен соответственно противовес и поплавок, при этом направляющая труба для поплавка выполнена с

0 отверстиями в нижней части, а направляющая труба для противовеса с глухим дном, тросы поплавка и противовеса закреплены в канавках калиброванного шкива, а направление намотки троса противовеса про5 тивоположно направлению намотки троса поплавка, а калиброванный шкив закреплен на оси. связанной посредством зубчатой передачи с осью сдвоенного потенциометра, установленного в корпусе, при этом ось калиброванного шкива установлена в подшипнике, вмонтированном в передней стенке корпуса, а сдвоенный потенциометр размещен в держателе, установленном в прорези боковой стенки корпуса с возможностью вертикального перемещения и связан с промежуточным узлом, состоящим из последовательно соединенных блока стабилизированных источников питания, блока согласования и блока коммутации, связан13

ного с контактными электродами датчика- сигнализатора предельных уровней воды, также установленного в измеряемой среде, а выходы промежуточного узла соединены с регистрирующими и контролируемыми приборами, блоком сигнализации, выходы которого соединены с сигнальными устройствами, регистрирующими и контролируемыми приборами.

25

14

26

ФигЗ

W26A91

220В

Фиг б