Поплавковый дискретный уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/62 

(/

С

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для измерения уровня жидкости и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: поплавковый дискретный уровнемер содержит поплавок 1 с постоянным магнитом 2, делитель напряжения на N равных частей (ДН) 3, выполненный на резисторах 4, магнитоуправляемые контакты (МК) 5, равномерно расположенные по высоте измеряемого уровня в немагнитной трубе, причем первый вывод 1-го МК 5 соединен с i-м отводом ДН 3, N-1 диодов 6, измерительный прибор 7, первый вывод которого соединен с выводом минус источника 8 постоянного напряжения, сдвоенный переключатель 9, содержащий две переключающие контактные группы. 3 ил

I

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для измерения уровня жидкости и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Известен дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом и ферромагнитным экраном, расположенные в немагнитной трубе магни- тоуправляемые контакты (герконы), подключенные через логические элементы И, НЕ, шифрат ори дешифратор к вторичному прибору, и развертывающий преобразователь, подключенный к выходу шифратора.

Недостатками уровнемера являются сложность конструкции и низкая эксплуатационная надежность из-за большого количества логических элементов и большого числа связей между этими элементами.

К недостаткам уровнемера следует отнести возможность появления ложной информации на выходе диодной матрицы при залипании хотя бы одного геркона или срабатывании трех и более герконов, что также существенно снижает эксплуатационную надежность уровнемера.

Известен поплавковый дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, делитель напряжения на N равных частей, первый и второй выводы которого подключены соответственно к плюсу и минусу источника постоянного напряжения, магнитоуправляемые контакты, равномерно расположенные по высоте измеряемого уровня в немагнитной трубе и измерительный прибор, причем первый вывод i-ro магнитоуправляемого контакта соединен с i-м отводом делителя напряжения, где i 1,,.., N -1, а его второй вывод - через измерительный прибор связай с минусом источника постоянного напряжения

Недостатком прототипа является возможность появления ложной информации при залипании хотя бы одного геркона, что снижает его эксплуатационную надежность.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности уровнемера.

Поставленная цель достигается тем, что поплавковый дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, делитель напряжения на N равных частей, магнитоуправляемые контакты, рав- номернссрасположенные по высоте измеряемого уровня в немагнитной трубе, причем первый вывод 1-го магнитоуправляемого контакта соединен с i-м отводом делителя напряжения, где i 1, ... N - 1, источник постоянного напряжения, вывод Минус которого соединен с первым выводом измерительного прибора, дополнительно снабжен N-1 диодами и сдвоенным переключателем, содержащим две переключающие контактные группы, причем переключающие контакты первой и второй переключающих групп соединены соответственно с первым и вторым выводами делителя напряжения, замыкающий контакт первой и размыкающий контакт второй переключающих

0 групп соединены с выводом Плюс источника постоянного напряжения, размыкающий контакт первой и замыкающий контакт второй переключающих групп соединены с выводом Минус источника постоянного

5 напряжения, а второй вывод 1-го магнитоуправляемого контакта через переход анод- катод 1-го диода связан с вторым выводом измерительного прибора.

На фиг. 1 представлена принципиаль0 ная электрическая схема предлагаемого уровнемера; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого ур°внемеРа (N 12) для случая залипаьия МК 5-7 (прерывистая линия) и

5 нормального функционирования герконов (сплошная линия); на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы прототипа (N - 12) для случая залипания МК 5-7 (обозначено прерывистой линией) и

0 нормального функционирования герконов (обозначено сплошной линией).

Поплавковый дискретный уровнемер (фиг. 1) содержит поплавок 1 с постоянным магнитом 2, делитель 3 напряжения (ДН) на

5 N равных частей, выполненный на резисторах 4, магнитоуправляемые контакты (МК) 5 и диоды 6, установленные внутри немагнитной трубы, расположенной в контролируемой среде (немагнитная труба не показана),

0 причем МК 5 равномерно расположены по высоте измеряемого уровня, а немагнитная труба выполняет роль направляющей для поплавка 1 и магнита 2, которые выполнены в виде кольца, при этом первый вывод i-ro

5 МК 5 соединен с i-м отводом ДН 3, а его второй вывод - через переход анод-катод 1-го диода 6-1 связан с вторым выводом измерительного прибора (ИП) 7, первый вывод которого соединен с выводом Минус ис0 точника 8 постоянного напряжения (ИПН). Величину напряжения ИПН 8 выбирают из соотношения

иипн N-Unp; где Unp - падение напряжения на диоде 6,

5 включенном в прямом направлении;

N - коэффициент деления делителя напряжения.

Сдвоенный переключатель 9 содержит две переключающие группы контактов. Пе- реключающие контакты 10 и 11 первой и

торой переключающих групп соединены оответственно с первым ai и вторым аг ыводами ДН 3. Замыкающий контакт 12 ервой и размыкающий контакт 13 второй переключающих групп соединены с выво- 5 ом Плюс ИПН 8, размыкающий контакт 14 первой и замыкающий контакт 15 второй переключающих групп соединены с вывоом Минус ИПН 8, В качестве переключаеля 9 могут быть использованы тумблер, 10 кнопка, контакты реле, а в качестве ИП 7 - вольтметр. Временные диаграммы (фиг. 2) поясняют принцип работы предлагаемого уровнемера при снижении уровня жидкости (стрелка I) и при повышении уровня жидко- 15 ти (стрелки II). Кроме того, показаны точки отсчета уровня жидкости для различных поожений переключателя (фиг. 2 а), временные диаграммы срабатывания магнитоуправляемых контактов при изме- 20 нении уровня жидкости (штриховкой показаны зоны возможного срабатывания магнитоуправляемого контакта (фиг, 2 б) и показания измерительного прибора предлагаемого уровнемера при различных поло- 25 жениях переключателя (фиг, 2 в).

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы прототипа при снижении уровня жидкости стрелка А и при повышении уровня жидкости стрелка II. Кроме того, 30 показаны точки отсчета уровня жидкости (фиг, За), временные диаграммы срабатывания магнитоуправляемых контактов при изменении уровня жидкости (штриховкой показаны зоны возможного срабатывания 35 магнитоуправляемого контакта); (фиг. 3 б) и показания измерительного прибора прототипа (фиг. 3 в). Кроме того, показаны услов- ные обозначенияположений

переключателя - и J: (фиг. 1).40

Для получения непрерывной информации о величине уровня жидкости МК5 расположены равномерно и таким образом, чтобы под воздействием магнитного потока в определенные моменты происходило ера- 45 батывание двух МК 5 (см. фиг, 2 б, 3 б). Выбираем число точек отсчета уровня, например, равным 11 (к 11): 0%, 10%, 20%, ..., 90%, 100%. Исходя из этого коэффициент деления ДН 3 N К + 1 12.50

Тогда величина напряжения ИПН 8

U, 12 В, где Unp 1 В - для диода Д 220.

Выбираем 1)ипн 13 В.

В процессе работы положение пере- 55 ключателя 9 указывает на направление отсчета уровня: Ј - снизу вверх, J -сверху вниз, а также на то, какая операция проводится; Наполнение (Ј) или Опорожнение (J) емкости, т, е. уровнемер имеет два

режима работы - Наполнение и Опорожнение.

Поплавковый дискретный уровнемер работает следующим образом.

Изменение уровня жидкости вызывает перемещение поплавка 1 с магнитом 2. В данном конкретном случае возможны четыре состояния устройства: замкнут геркон № I; замкнуты два геркона № I и № 1-1; замкнуты два геркона № I и № I + 1; замкнуты три геркона № I, № 1-1, Ms H-1.

Предположим, что емкость заполнена жидкостью и необходимо часть жидкости слить. Установим переключатель 9 в положение JT (Опорожнение). Тогда первый ai и второй 82 выводы ДН 3 подключаются соответственно к выводам Минус и Плюс ИПН 8. При сливе жидкости происходит снижение уровня жидкости, что приводит к перемещению поплавка 1 с магнитом 2. При достижении уровня соответствующего точке отсчета 0% (фиг. 2-1), срабатывает МК 5-1, т. е. контакт геркона замыкается и ИП 7 через диод 6-1 подключается к первому отводу ДН 3 (показание ИП 7 - 0%). При достижении уровня, соответствующего точке отсчета 10%, срабатывает МК 5-2, т, е. контакт геркона замыкается и ИП 7 через диод 6-2 подключается к второму отводу ДН 3 (показание ИП 7 - 20%), так как диод 6-1 запирается (на его катоде более положительнее потенциал, чем на его аноде). При достижении уровня, соответствующего точке отсчета 30%, срабатывает МК 5-3, т. е, контакт геркона замыкается и ИП 7 через диод 6-3 подключается к третьему отводу ДН 3 (показание ИП 7 - 30%), так как диоды 6-1 и 6-2 запираются (на их катодах более положительный потенциал, чем на их анода: ), т. е. выход из строя МК 5-1 (залипание) .не будет влиять на работу уровнемера. При дальнейшем снижении уровня жидкости имеют место аналогичные явления,

Рассмотрим работу уровнемера при сливе жидкости в положении переключателя 9 (Наполнение), Тогда первый ai и второй аз выводы ДН 3 подключаются соответственно к выводам Плюс и Минус ИПН 8. При достижении точки отсчета 120% (фиг. 2, 1) срабатывает МК 5-1, т, е. контакт герконг замыкается и ИП 7 через диод 6-1 подключается к первому отводу ДН 3 (показание ИП 7 - 100%). МК 5-1 фиксирует 2 точки отсчета: 0%и - J и 120% - .Ј. - при снижении уровня жидкости и 20% - J и 100% - Ј - при повышении уровня жидкости. При достижении точки отсчета 110% срабатывает МК 5-2, т. е. контакт геркона замыкается, но ИП

7 не подключается через диод 6-2 к второму отводу ДН 3, так как он заперт, на его катоде более положительный потенциал, чем на его аноде (показание ИП 7 - 100%). При достижении точки отсчета 100% срабатывает МК5-3 и размыкается МК5-1. В результате чего ИП 7 через открывшийся диод 6-2 подключается к второму отводу ДН 3 (показание ИП 7 - 90%), так как диод 6-3 заперт (на его катоде более положительный потенциал, чем на его аноде). При дальнейшем снижении уровня жидкости имеют место аналогичные явления. Однако при залипа- нии, например, МК5-2 при снижении уровня жидкости ИП 7 будет постоянно показывать 90%, так как все остальные диоды будут запираться положительным потенциалом, поступающим через диод 6-2. Вот почему необходимо выбирать режим работы уровнемера.

Рассмотрено залипание герконов из-за их высокой чувствительности а слабом магнитном поле уходящего магнита. Рассмотрим случай, когда герконы залипают из-за длительного нахождения в магнитном поле - явление намагничивания. Предположим залип МК 5-7 (фиг. 2 б, в и 3 б, в), т. е. емкость длительное время была заполнена более чем на 40%, Тогда показания предлагаемого уровнемера 40% - 1 или 70% - , а прототипа - 40%. Рассмотрим две технологические операции; Заполнение емкости; Опорожнение ег.жости.

Заполнение емкости. Установим переключатель 9 в положение (Заполнение) и произведем заполнение емкости до уровня,100%, При этом МК 5-2 не будет оказывать влияние на работу предлагаемого уровнемера. При измерении уровня устройством-прототипом возможно переполнение емкости (аварийная ситуация), Из фиг, 3 в-И следует, что сколько бы не поступало жидкости в емкость показания уровнемера будут 90% с переходом на 40%.

Опорожнение емкости. Установим переключатель 9 в положение |J (Опорожнение) и произведем слив жидкости до уровня 100%. При этом МК 5-7 не будет оказывать влияния на работу уровнемера. При измерении уровня жидкости устройством-прототипом возможно полное опорожнение емкости (фиг. 3 в-ll), а уровнемер будет показывать 40%, что также приводит к аварийной ситуации.

Рассмотрен случай, когда известно, что вышел из строя (залип) МК 5-7. При использовании устройства-прототипа это станет известно, когда возникнет аварийная ситуация (переполнение без перелива или неполное опорожнение) или авария (перелив или полное опорожнение). Предлагаемый уровнемер лишен этих недостатков, так как

достоверность показаний можно контролировать в процессе наполнения или опорожнения емкости. Рассмотрим тот же случай - залип МК 5-7. Производим, например, заполнение емкости - переключатель 9 в положении Ј , Произведем контроль состояния герконов. Допустим емкость заполнили на 70%. Соответственно показания ИП 7: -Ji - 70% или J - 60%. Из фиг, 3 в - II следует, что возможным показанием ИП 7 в положении $ переключателя 9 может быть лишь 30% или 40%. Следовательно, вышел из строя (залип) МК 5-7.

Наличие в составе предлагаемого уровнемера диодов и сдвоенного переключателя

с соответствующими связями обеспечивает в сравнении с прототипом следующие преимущества: исключается появление ложной информации об уровне жидкости из-за зали- пания герконов, что повышает эксплуатационную надежность уровнемера, обеспечивается возможность контроля состояния герконов в процессе работы, что повышает эксплуатационную надежность уровнемера.

Формула изобретения Поплавковый дискретный уровнемер, содержащий источник постоянного напряжения, поплавок с постоянным магнитом,

делитель напряжения, кузлам которого первыми выводами подключены магнитоуправ- ляемые контакты, равномерно расположенные по высоте в немагнитной трубе, и регистратор, отличающийся

тем, что, с целью повышения надежности и достоверности измерений, он снабжен диодами и переключателем, содержащим две контактные группы, причем средние контакты первой и второй контактных групп соединены соответственно с первым и вторым выводами делителя напряжения, замыкающий контакт первой и размыкающий контакт второй контактных групп соединены с выводом Плюс источника постоянного напряжения, размыкающий контакт первой и замыкающий контакт второй групп соединены с выводом Минус источника постоянного напряжения, вторые выводы магнитоуправляемых контактов подключены к анодам соответствующих диодов, катоды которых соединены с первым входом регистратора, а его второй вход соединен с выводом Минус источника постоянного напряжения.

а кот to бр tq

,r &

1:

- flptf MMfOfffttW

AXS-f T Л

«7 /W

а мкоюойПю to го а о го to 50 ts юо т - Ь i Т i Т ..|1н-1 i 11 i r i-i- -t tS f п- пи и

j-г я-я

&

12Q

w so во т ко.k L Ht T

jrra

m

(a)

. fjpl/ ЗвЛ1/ЛУН1/1/

JVffS-7