Устройство для непрерывного поочередного контроля уровней сыпучего и жидкого веществ Советский патент 1992 года по МПК G01F23/04 

Изобретение относится к измерительной технике и связано с поочередным непрерывным измерением уровней сыпучего и жидкого веществ, находящихся в одном резервуаре, при помощи груза, подвешенного на тросе.

Известен уровнемер, предназначенный для контроля жидкого и сыпучего веществ, находящихся в одном резервуаре, содержащий груз, прикрепленный на конце троса, опущенном в резервуар, с контролируемыми веществами, барабан, на который наматывается этот трос, электропривод барабана, индикатор угла поворота барабана, отображающий положение контролируемого уровня, генератор интервалов времени включенного и выключенного состояний электропривода, представляющий собой генератор импульсов электрического сигнала заданной продолжительности и скважности, устанавливаемых соответственно типу контролируемого уровня. При включении генератора груз, вертикально колеблясь, перемещается к заданной границе раздела и совершает колебательные движения у этой границы.

Недостаток известного уровнемера состоит в относительно продолжительном времени перемещения груза от одной контролируемой границы раздела к другой при использовании этого уровнемера для поочередного непрерывного измерения- уровней жидкости и сыпучего вещества. Действительно, в этом случае в процессе перемещения от поверхности сыпучего вещества к поверхности жидкости или наоборот груз сохраняет свою колебательность, и следовательно, периодически происходят его перемещения и в направлении, противоположном необходимому, что увеличивает время перехода груза от одной поверхности к другой и замедляет скорость измерений.

Цель изобретения - ускорение измерений за счет более быстрого перемещения груза от одной контролируемой границы раздела сред к другой.

Указанная цель достигается тем, что в известный уровнемер для жидких и сыпучих веществ, содержащий груз, закрепленный на конце троса, барабан, электропривод барабана, индикатор уровня, генератор, интервалов времени периодического включения и выключения электропровода, барабана, устройство фиксации включенного и выключенного состояний электропривода, переключатель типов уровня,введены сигнализатор ослабления и натяжения тросл

С

vj vi ел о

CJ

са, два элемента памяти и два датчика одиночного импульса напряжения, причем выход сигнала контроля уровня сыпучего вещества переключателя типов уровня соединен со входом первого датчика одиночно- го импульса, выход которого подключен ко входу записи 1 первого элемента памяти, выход сигнала ослабления троса сигнализаторов подключен ко входу записи О первого элемента памяти, выход которого соединен со входом устройства фиксации электропривода в выключенном состоянии, а выход сигнала контроля уровня жидкости переключателя типов уровня соединен со входом второго датчика одиночного импуль- са напряжения, выход которого подключен ко входу записи 1 второго элемента памяти, выход сигнала натяжения троса сигнализатора подключен ко входу записи О второго элемента памяти, выход которого соединен со входом устройства фиксации электропривода во включенном состоянии.

При введении в известный уровнемер новых элементов в указанной их связи происходит непрерывное перемещение груза в одном направлении во время смены типа контролируемого уровня и сохранятся колебательные движения груза во время контроля заданного типа уровня, необходимые для поддержания груза на контролируемой поверхности. При этом достигается указанная выше полезная цель.

Новизна предлагаемого устройства обусловлена введением в известный уровнемер двух элементов памяти и двух датчи- ков одиночного импульса в указанной их связи.

Сочетание колебательного движения груза для поддержания его на каждой из контролируемых поверхностей с односто- ронним его перемещением при смене типа контролируемой поверхности в процессе поочередного непрерывного измерения уровней сыпучего и жидкого веществ существенно отличает предлагаемый уровнемер от известных,

На фиг, 1 показана общая схема уровнемера; на фиг. 2 - вариант выполнения датчиков одиночного импульса; на фиг. 3 - вариант устройства фиксации электропри- вода во включенном (или выключенном) состоянии.

Уровнемер (фиг. 1) содержит груз 1, подвешенный на тросе 2, в резервуаре, содержащем сыпучую 3 и жидкую 4 фракции электропривод 5 барабана 6, на который намотан трос 2, индикатор уровня 7, сигнализатор 8 ослабления троса при опущенном на поверхность сыпучего вещества грузе и напряжения троса при выдвинутом из жидкости 5 грузе, переключатель типового уровня 9, генератор 10 интервалов времени периодического включения и выключения электропривода, датчики одиночного импульса 11, 12, элементы памяти 13, 14. На фиг. 2, иллюстрирующий вариант выполнения датчиков одиночного импульса, показаны конденсаторы 15, 16, контакты 17 переключения типов уровня 9. В положении контактов 17 переключателя 9, показанном на фиг. 2, конденсатор 16 заряжается от источников питания Е, а конденсатор 15 разряжается на вход элемента памяти 13, обеспечивая запись 1 в этот элемент и соответствующее этому напражение высокого уровня на выходе этого элемента. При другом положении контактов 17 переключателя типов уровня 9 происходит обратное: конденсатор 15 отключен от входа элемента памяти 13 и заряжается от источника питания Е, а конденсатор 16 разряжается на вход элемента памяти 14, осуществляя запись 1 в этот элемент и соответствующий сигнал высокого уровня на выходе этого элемента. Управление переключателем типов уровня 9 осуществляется автоматически при помощи соответствующего устройства (которое здесь не показанох поскольку оно имеет самостоятельный характер и не связано напрямую с целью изобретения) или вручную.

Сигналом натяжения троса 2, соответствующим выдвинутому из жидкости 4 грузу 1, формируемым сигнализатором 8 и поступающим на вход записи О элемента памяти

13,в 13 осуществляется запись О, и соответственно этому на выходе 13 возникает напряжение низкого уровня. Аналогично этому сигнал ослабления троса при осушенном на поверхность сыпучего вещества грузе 1, формируемый сигнализатором 8. осуществляет запись О в элемент памяти

14.При этом на выходе 14 возникает напряжение низкого уровня.

На фиг. 3 показан вариант устройства фиксации электропривода 5 во включенном (или выключенном) состоянии, представляющем собой часть генератора 10, подключаемую к выходам элементов памяти 13, 14, а именно, база разрядного транзистора 19 времязадающего конденсатора 18 продолжительности импульса высокого напряжения на выходе генератора 10 подключена к выходу элемента памяти 13 (связанного с выходом сигнала натяжения троса сигнализатора 8), а база аналогичного транзистора времязадающего конденсатора продолжительности низкого напряжения на выходе генератора 10 подключена к выходу элемента памяти 14 (связанного с выходом сигнала ослабления троса сигнализатора 8).

Времязадающий конденсатор 18 на фиг. 3 заряжается от источника питания при закрытом транзисторе 19 через резистор 21 или параллельно включенные резисторы 21, 22 до значения напряжения, при котором срабатывает переключающий элемент генератора 10. При этом на базу транзистора 19 поступает отрицательное напряжение и происходит разряд конденсатора 18 через разрядный резистор 20 и цепь эмиттер-коллектор транзистора 19.

Выходной сигнал высокого уровня элемента памяти 13(14),поступая на базу транзистора 19, удерживает этот транзистор в открытом состоянии и этим препятствует заряду времязадающего конденсатора 18, благодаря чему фиксируется состояние генератора 10. Фиксируемое состояние находится в зависимости от того, какой из выходных сигналов элементов 13, 14 отличен от нуля, а именно, элемент памяти 13 фиксирует состояние генератора с выходным напряжением высокого уровня, а элемент памяти 14 фиксирует его состояние с выходным напряжением низкого уровня.

На фиг. 3 показан также контакт 23 переключателя типов уровня 9. Введение цепи 22, 23 обеспечивает изменение режима колебаний генератора 10 переключателем 9 соответственно заданному типу уровня. Соответствующая связь показана на фиг. 1 от- резком прямой между блоками 9 и 10. Выходной сигнал сигнализатора 8, предназначенный для блока 14 имеет один уровень при ослабленном тросе в положении груза 1 на поверхности сыпучего вещества и другой уровень при всех остальных положениях груза. Выходной сигнал сигнализатора 8, предназначенный для блока 13, имеет один уровень при выдвинутом из жидкости 4 грузе и другой уровень при всех остальных положениях груза. Сигнализатор 8 может быть выполнен в виде сигнализатора упругой деформации элемента, несущего подвешенный на тросе груз 1, соответствующий положению груза на поверхности сыпучего вещества и вне жидкости.

Уровнемер работает следующим образом. При, установке переключателя типов уровня, например, в положение, обеспечивающее контроль уровня жидкости в период, когда выполняется контроль уровня сыпучего вещества, инициируется датчик одиночного импульса 11, который выдает импульс напряжения на вход элемента памяти 13. Это вызывает появление и фиксацию сигнала высокого уровня на выходе элемента 13. Сигнал высокого уровня, поступая с выхода элемента 13 на вход устройства фиксации генератора 10. фиксирует то состояние этого генератора при котором обеспечивается напряжение высокого уров- 5 ня на его выходе. Фиксированное напряжение высокого уровня, появившееся на выходе генератора, включает электропривод 5 на подъем груза 1. При достижении грузом поверхности жидкости и выдвиже0 нии его в дальне йшем из жидкости сигнализатор 8 выдает на блок 13 сигнал об увеличении натяжения троса. Этот сигнал вызывает изменение состояния элемента памяти 13, в результате чего на выходе его

5 возникает и фиксируется напряжение низкого уровня. Этим нарушается фиксированное состояние генератора 10, и он начинает генерировать колебания, обеспечивающие контроль уровня жидкости. Работа уровне0 мера в этом режиме будет продолжаться до момента установки переключателя 9 в положение, необходимое для контроля уровня сыпучего вещества. Как только переключатель установится в этом новом положении,

5 срабатывают последовательно блоки 12, 14, аналогично тому, как это раньше было для блоков 11, 13 генератор 10 зафиксируется в состоянии с выходным напряжением низкого уровня, момент электропривода 5

0 окажется при этом недостаточным для удержания груза и последний начнет опускаться к поверхности сыпучего вещества. При соприкосновении груза с поверхностью сыпучего вещества натяжение троса резко

5 уменьшится. Об этом сигнализатор 8 выдаст сигнал на выход записи О элемента памяти 14, в результате чего на выходе элемента 14 появится напряжение низкого уровня, которое вернет генератор 10 в.режим генерации

0 колебаний, необходимой для контроля уровня сыпучего вещества, в соответствии с положением переключателя 9 и т.д.

В индикаторе уровня 7 может оказаться полезным применение вольтметра (или двух

5 вольтметров) с внешним запуском. Это позволит повышать точность измерения уровней. Для формирования сигналов внешнего запуска такого вольтметра (или двух вольтметров - каждый для своего типа уровня

0 соответственно) естественно используются выходные сигналы сигнализатора 8, Наибольшая скорость измерения предложенным уровнемером достигается тогда, когда выходные сигналы сигнализатора 8 исполь5 зуются и для управления переключателем типов уровня 9 (выход блока 8 соединяется в этом случае с входом блока 9 (эти связи на фиг. 1 не показаны). При этом груз 1 совершает челночные перемещения от одной контролируемой границы к другой.

На фиг. 4 отображены сигналы в устройстве при перемещении груза к верхней границе раздела сред; на фиг. 5 - то же, к нижней границе раздела; на фиг. 6 - работа упрощенного варианта датчика одиночного импульса напряжения, соответствующего изображенному на фиг. 2. Используются обозначения Ua.t, где а и b (фиг, 4,5)- номера блоков (согласно фиг. 1), Ua.b - напряжение, поступающее с выхода блока а на вход блока Ь. Например U12,14 напряжение, поступающее от блока 12 на блок 14, t - время.

Для перехода от контроля уровня сыпучего вещества к контролю уровня жидкости переключатель 9 ставится в положение, при котором блоком 11 вырабатывается одиночный импульс напряжения Un.13 (фиг. 4), Этот импульс, поступая от блока 11 на вход элемента памяти 13, обеспечивает на выходе 13 напряжение высокого уровня Ui3,io Сигнал Ui3,io прекращает колебательный режим работы генератора и обеспечивает на выходе этого генератора постоянный сигнал высокого уровня Ою.5. Напряжение Uio.5 включает электропривод 5, который поднимает груз 1 уровнемера вверх. На верхней границе раздела срабатывает датчик 8, создавая напряжение Us.13 высокого уровня, которое, поступая на вход блока 13, обеспечивает напряжение Ui3,io 0. При этом значении напряжения U13.10 генератор 10 переходит в режим генерации колебаний, обеспечивающий контроль уровня жидкости. При перестановке переключателя 9 в положение Контроль уровня сыпучего вещества вырабатывается импульс напряжения Ui2.li (фиг. 5) и повторяется процесс, аналогичный изображенному на фиг. 4, но в этом случае на выходе генератора 10 фиксируется напряжение Uio,5 низкого уровня. Когда груз опустится на поверхность сыпучего вещества, датчик 8

выдаст сигнал высокого уровня 1)8.14. при котором генератор войдет в режим генерации, обеспечивающий контроль уровня сыпучего вещества.

На фиг. 4,5 сигналы U ц,13 и U 12.1-1 имеют

П-образный характер. В случае же простейшего варианта выполнения блоков 9-12, показанного на фиг. 2, разряд конденсатора 15 (или 16) происходит через входное сопротивление блока 13 (или 14) и график соответствующего напряжения Un,i3 (или Ui2, 14) показан на фиг. 6. При этом Uo - порог срабатывания блока 13(14), to соответствующая продолжительность воздействия напряжения Un,i3 (U12.14) на блок 13(14), как сигнала высокого уровня.

Формула изобретения Устройство для непрерывного поочередного контроля уровня сыпучего и жидкого веществ, содержащее груз, закрепленный на конце троса, намотанного на барабан, управляющий временной генератор с выключателем, подключенный к барабану через электропривод, индикатор

уровня и переключатель типов уровня, о т- личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены сигнализатор натяжения и ослабления троса, первый и второй блоки памяти и первый и

второй датчики одиночного импульса, входы которых соединены соответственно с первым и третьим выходами переключателя типов уровня, второй выход которого подключен к второму входу управляющего

временного генератора, первый и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков памяти, к входу записи 1 которых подключены соответственно входы первого и второго

датчиков одиночного импульса, а к входам записи О блоков памяти подключены выходы сигнализатора натяжения и ослабления троса.

Сущность изобретения: устройство со% держит груз 1, трос 2, электродвигатель 5, барабан 6, индикатор 7, сигнализатор 8 переключатель типов уровней 9, генератор 10, датчики одиночного импульса 11, 12, блоки памяти 13, 14. бил.

Pu&f

Фиг. I

PwJ

I

i

JP

J4 J

О

Jp

3

f

«

Г

т,

1II

f

4s

Q

%

«J СЛ

a ы

Фиг.6