Поплавковый уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/44 

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для измерения и контроля уровня воды (жидкости) в фильтрах и резервуарах системы водоснабжения городов, а также на водозаборных сооружениях, открытых водоемах, на гидротехнических сооружениях оросительных систем и т.п.

Известен уровнемер для измерения уровня жидкости, содержащий поплавок с втулками, скользящими при перемещении поплавка по направляющим проволокам, натянутым между дном и крышей резервуара; поплавок шарнирно связан с гибкой перфорированной стальной лентой, которая, проходя через направляющий зубчатый ролик, наматывается на мерный барабан, который помещен на один вал с зубчатым колесом и устройством натяжения стальной ленты, выполненным в виде пружинного двигателя с постоянным моментом, под действием которого барабан наматывает стальную ленту при движении поплавка вверх. Зубчатое колесо вместе еще с тремя шестернями образуют редуктор, на ведущем ва- лу которого посажен диск, на котором закреплены стержневые постоянные магниты, а по близости диска расположены два магнитоуправляемых контакта, которые со своей стороны связаны со входом бескон- тактного реверсивного счетчика. Недостатками данного уровнемера являются неширокий диапазон измерения уровня из- за наличия гибкой перфорированной стальной ленты и натянутых направляющих проволок, а также пружинного двигателя, Как известно, их возможности и долговечность работы весьма ограничены; низкая точность, вызванная наличием диска со стержневыми постоянными магнитами, а также магнитоуправляемых контактов (гер- конов) - увеличение числа стержневых по- стоянных магнитов, т.е. сокращения расстояния между ними, ограничены из-за взаимовлияния и исходя из этого появления недопустимо больших погрешностей; то же самое можно сказать по отношению сокращения расстояния между магнитоуправля- ющими контактами, при котором их зоны чувствительности перекрываются. Низкая надежность, определенная самой конструкцией уровнемера, т.е. наличие перфорированной стальной ленты и Натянутых направляющих проволок, на которых часто застревает прплавок, а также наличие боль- шого количества магнитоуправляемых контактов в виде герконов и пружинного двигателя для натяжки гибкой перфорированной стальной ленты, которым свойственно возникновение остаточной деформации,

что значительно снижает их долговременную работоспособность, кроме того, наличие большого количества механически связанных элементов, шестерней, также способствуют снижению надежности работы устройства, а применение электронного реверсивного счетчика с целью запоминания цифровых значений уровней делает данный уровнемер непригодным для применения в условиях объектов водоснабжения, где наблюдается наличие повышенного уровня внешних помех и частое кратковременное отключение питающего напряжения. Как известно, электронные счетчики чувствительны к воздействию внешних помех и не сохраняют записанную в нем информацию при кратковременных сбоях питающего напряжения; сложность наладки и эксплуатации.

Известен также уровнемер, содержащий поплавок и противовес, подвешенный с помощью гибких тросов на рабочих шкивах жестко посаженного на ось, на которой установлена ведущая шестерня; передающая вращение ведомой шестерне, посаженной на ось кодирующего устройства - датчика, который в зависимости от количества разрядов имеет п цифровых дисков, в которые встроены магнитные сегменты, при этом вокруг каждого цифрового диска неподвижно установлено кольцо-держатель, в теле которого против каждой цифры цифрового диска установлены герконы. Передача показаний датчика на расстояние осуществляется с помощью устройства передачи сигнала, имеющего блоки по числу разрядов счетчика, причем каждый блок включает схему защиты и преобразователь десятичного кода в двоично-десятичный, сигналы с которых поступают в блок цифрового индикатора. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции датчика- уровнемера, обусловленная наличием в нем ведущей шестерни большего диаметра (намного большего нежели диаметр самого измерительного шкива) и большого количества механических и зубчатых передач, а также наличием нем электронного устройства передачи сигнала, имеющего блоки по числу разрядов счетчика, причем каждый блок включает схему защиты и преобразователь десятичного кода в двоично-десятичный и после обратно в приемнике. К тому же весьма сложно решен вопрос связи дат- чика и приемника; низкая надежность, обусловленная самой конструкцией датчика-уровнемера и наличием кодированного устройства с большим количеством зубчатых передач и контактных пар (магнитоуправляемых контактных пластин - герконов);

ограниченные функциональные возможности и области применения, определенные тем, что данный уровнемер не осуществляет контроль и сигнализацию предельных значений уровня, а также непрерывную регистрацию во времени значений уровня; он не выдает сигналы для автоматического закрытия или открытия входных и выходных задвижек с электрическим приводом, а также не выдает унифицированный электрический сигнал в периферийное устройство телемеханики с целью передачи информации об измерении уровня на большие расстояния, что весьма ограничивает область его применения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуре, содержащее поплавок и противовес, установленные в направляющих трубах, при этом направляющая труба поплавка выполнена с отверстиями в нижней части, а поплавок и противовес связаны тросами с калиброванным шкивом, на ось которого посажено ведущее зубчатое колесо, сцепленное с ведомым зубчатым колесом, которое закреплено на ось сдвоенного потенциометра, который электрически связан через блок согласования и кабеля связи с клеммой для подключения к телемеханике, а также с аналоговым показывающим прибором и аналоговым регистрирующим прибором, выходы которых связаны со входами блока сигнализации. Недостатком известного устройства является его ограниченная точность измерения и представления результатов измерения, что определяется: во-первых, самым аналоговым принципом преобразования длины вертикального перемещения поплавка в пропорциональный электрический сигнал с помощью сдвоенного потенциометра, который в известной степени характеризуется ограниченными техническими возможностями, определенными ограниченной степенью линейности характеристик сдвоенного потенциометра, а также полная зависимость точности измерения от степени стабилизации напряжения питания сдвоенного потенциометра; и во-вторых, передача аналоговых сигналов (токов, напряжения), на расстояние и их воспроизведение аналоговыми приборами, точность которыхтакже ограничена, создают дополнительные погрешности.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что поплавковый уровнемер, который содержит поплавок и противовес, установленные в

направляющих трубах, при этом направляющая труба поплавка выполнена с отверстиями в нижней части, а поплавок и противовес связаны с калиброванным шки- 5 вом, на оси которого закреплено зубчатое колесо, датчик перемещения и регистрирующий прибор с блоком обработки информации, включающий в себя блок сигнализации, причем датчик перемещения выполнен в

0 виде барабана, на боковой поверхности которого закреплена перфорированная лента, на край которой установлен штырь, -при этом барабан размещен между калиброванным шкивом и зубчатым колесом, установ5 ленным с возможностью взаимодействия введенной зубчатой рейкой, на которой закреплены пары кроштейнов со свето- и фотодиодами, связанными соответственно с источником напряжения постоянного тока и

0 с первым блоком усилителей фототока, выход которого связан с блоком обработки информации, а зубчатая рейка помещена и свободно перемещается в направляющей канавке с роликами, а на уровне установки

5 зубчатой рейки на противоположных сторонах перфорированной ленты установлены планки со свето- и фотодиодами, при этом светодиоды связаны с генератором прямоугольных импульсов с мощным выходом, а

0 фотодиоды связаны со вторым блоком усилителей фототока и усилителем фототока, выходы которых связаны с блоком обработки информации, который содержит: блок формирователей импульсов, блок формиро5 вания сигналов, формирователь импульсов с линией задержки, блок двоично-десятичных регистров, блок цифроаналогового преобразования, блок масштабирующего операционного усилителя, первый и второй

0 блоки дешифрации, блок сравнения, блок аналоговой регис; рации, клемму для передачи информации в телемеханику, блок циф- ровой индикации и блок сигнализации и выдачи сигналов управления, при этом вы5 ходы блока формирователей импульсоз сое- динены с выходами второго блока усилителей фототока, а выходы - с входами блока двоично-десятичных регистров, к тактовому входу С которого подключен выход

0 формирователя импульсов с линией задержки, вход которого подключен к выходу усилителя фототока, а выходы первого блока усилителей фототока соединены с входами блока формирования сигналов, выходы ко5 торого соединены со вторым блоком дешифрации, первый выход которого подключен к блоку сравнения, второй выход подключен к блоку цифровой индикации, а третий - к первому входу блока масштабирующего операционного усилителя, ко второму входу

которого подключен выход блока цифроана- логового преобразования, а выход блока масштабирующего операционного усилителя связан с блоком аналоговой регистрации и с клеммой для передачи информации в телемеханику, а вход блока цифроаналого- вого преобразования соединен с выходом блока двоично-десятичных регистров, при этом выход блока двоично-десятичных регистров соединен также с входом блока сравнения и с входом первого блока дешифрации, выходы которого соединены с блоком цифровой индикации, а выходы блока сравнения соединены с блоком сигнализации и выдачи сигналов управления.

На фиг. 1, фиг. 2 (датчик изображен в разрезе), фиг. 3 и фиг. 4 представлены общий вид, эл. схемы и отдельные конструкции поплавкового уровнемера.

Поплавок 1 и противовес 2 соответственно установлены в направляющих трубах 3 и 4, при этом направляющая труба 3 поплавка 1 выполнена с отверстиями в нижней части, а поплавок 1 и противовес 2 связаны соответственно тросами 5 и 6 с калиброванным шкивом 7, причем трос поплавка 5, проходя через направляющий ролик 8 с канавкой и натяжной ролик 9 с канавкой, зафиксирован в отверстии 10 в начале винтовой канавки 11 на поверхности калиброванного шкива 7, а трос б противовеса укреплен в отверстии 12 канавки 13 калиброванного шкива 7, который посажен и закреплен на один конец оси 14, который с помощью подшипника 15 укреплен и вращается в передней стенке корпуса 16 датчика-уровнемера, а на другой конец оси 14 закреплено зубчатое колесо 17, которое сцеплено с зубчатой рейкой 18, которая перемещается в направляющей канавке с роликами 19 (с помощью роликов существенно уменьшается коэффициент трения зубчатой рейки с дном направляющей канавки 19), а на зубчатой рейке 18 закреплены пары кронштейнов 20 со свето- и фотодиодами (в качестве светодиодов используются миниатюрные светодиоды инфракрасным свечением, например типа АЛ-107 и в качестве фотодиодов используются также миниатюрные фотодиоды, например типа ФД-25К), связанными соответственно с источником напряжения постоянного тока 21 и первым блоком усилителей фототока 22, к тому же источник напряжения постоянного тока 21 и первый блок усилителей фототока 22 связаны между собой, а между парой кронштейнов 20 после каждого очередного полного оборота датчика перемещения, барабана 23, на боковой поверхности которого закреплена перфорированная лента 24,

проходит штырь 25, который установлен на край перфорированной ленты 24, а диаметр барабана, датчика перемещения 23, равен диаметру калиброванного шкива 7 по винто5 вой канавке 11, на которую наматывается трос поплавка 5, а сам барабан 23 закреплен на оси 14 и помещен между калиброванным шкивом 7 и зубчатым колесом 17, а на уровне установки зубчатой рейки 18 на противо0 положных сторонах перфорированной ленты 24 установлены планки 26 и 27 соответственно со свето- и фотодиодами, при этом светодиоды связаны с генератором прямоугольных импульсов с мощным выхо5 дом 28, а фотодиоды связаны со вторым блоком усилителей фототока 29 и усилителем фототока 30, выходы которых, как и выходы первого блока усилителей фототока 22, связаны с блоком обработки информации

0 31, который содержит: блок формирования сигналов 32, блок формирования импульсов 33, формирователь импульсов с линией задержки 34, блок двоично-десятичных регистров 35, блок цифроаналогового

5 преобразования 36, первый блок дешифрации 37, блок сравнения 38, второй блок де- шифрации 39, цифровой индикатор метров 40 блока цифровой индикации 41, блок масштабирующего операционного усилителя

0 42, блок аналоговой регистрации 43, клемму 44 для передачи сигналов о значениях уровня в периферийном устройстве телемеханики, цифровые индикаторы миллиметров 45 блока цифровой индикации 41 и блок сигна5 лизации и выдачи сигналов управления 46, причем выходы первого блока усилителей фототока 22 связаны со входами блока формирования сигналов 32, а выходы второго блока усилителей фототока 29 - со входами

0 блока формирователей импульсов 33, а выход усилителя фототока 30 связан со входом формирователя импульсов линией задержки 34, выход которого связан с тактовым входом С блока двоично-десятичных реги5 строе 35, с сигнальными входами которого связаны выходы блока формирователей импульсов 33, а выход (выходы) блока двоично- десятичных регистров 35 одновременно связан со входом блока цифроаналогового

0 преобразования 36, первого блока дешифрации 37 и с первым входом блока сравнения 38, со вторым входом которого связан первый выход второго блока дешифрации 39, второй выход которого связан с индика5 тором метров 40 блока цифровой индикации 41, а третий выход- с первым входом блока масштабирующего операционного усилителя 42, со вторым входом которого связан выход блока цифроаналогового преобразоJJJHHH 36, а выход блока масштабирующего

операционного усилителя 42 одновременно связан с блоком аналоговой регистрации 43 и с клеммой 44 для передачи сигналов о значениях уровня в периферийном устройстве телемеханики, а выходы первого блока дешифрации 37 связаны с цифровыми индикаторами 45 блока цифровой индикации 11, а выходы блока сравнения 38 связаны со входами блока сигнализации и выдачи сигналов управления 46, к тому же второй блок дешифрации 39 состоит из узла элементов НЕ 47 (см. фиг. 3), узла элементов И 48, узла эммитерных повторителей 49, диодной схемы ИЛИ 50, элемента НЕ 51 и узла высоковольтных транзисторов 52, причем выходы блока формирования сигналов 32 связаны со входами узла элементов НЕ 47 (на фиг. 3 изображен уоел элементов НЕ 47, состоящий из пяти элементов НЕ), входные и выходные цепи которых связаны с элементами И узла элементов И 48, выходы которых через узел эммитерных повторителей 49 одновременно связаны с блоком сравнения 38, с блоком масштабирующего операционного усилителя 42, с диодной схемой ИЛИ 50 и узлом высоковольтных транзисторов 52, причем с нулевой входной шиной узгз высоковольтных транзисторов 52 через элемент Не 51 связан выход диодной схемы ИЛИ 50, а с шестой входной шиной узла эммитерных повторителей 49 непосредственно связана входная цепь шестого элемента НЕ узла элементов НЕ 47, а блок сравнения 38 (см. фиг. 2) состоит из сдвоенного переключате- ля 53, первого и второго элементов сравнения 54 и 54 , задатчиков максимум и минимум 55 и 55 и первого и второго элементов И 56 и 5611, причем первый выход второго блока дешифрации 39 (сигна- лы о значениях уровня в мзтрах) связан со входом сдвоенного переключателя 53, а выход блока двоично-десятичных регистров 35 (код о миллиметрах уровня)одновременно связан с первыми входами первого и второго элементов сравнения 54 и 54 , ко вторым входам которых соответственно подключены залатчики максимум и минимум 55 и 55 , которые также связаны сдвоенным переключателем 53, два выходе. которого связаны с первыми входами первого и второго элементов И 56 и 56, ко вторым входам которых соответственно подключены выходы первого и второго элементов сравнения 541 и 54, а выходы пер- вого и второго элементов И 56 и 561 связаны со входами блока сигнализации и выдачи сигналов управления 46, к которому подключены световые индикаторы сигнализации верхнего и нижнего предельных

значений уровня соответственно 57 и 58, клеммы для выдачи сигналов управления 59 и сирена 60.

Поплавковый уровнемер работает следующим образом.

При изменении уровня воды (жидкости) перемещается на соответствующую величину поплавок 1. При этом на соответствующий угоп поворачивается калиброванный шкив 7. На соответствующий угол поворачивается и ось 14, на которой жестко посажены и закреплены диск барабана 23 и зубчатое колесо 17. Диаметры диска барабана 23 и калиброванного шкива 7 по винтовой канавке 11 выбираются равными, например равны 318,3 мм, т.е. длина окружности калиброванного шкива 7 по винтовой канавке 11, где наматывается трос поплавка 5, составляет ровно 1000 мм.

Следовательно, длина перфорированной ленты 24 также составляет ровно 1000 мм, т.е. одному полному обороту калиброванного шкива 7 и диска барабана 23 соответствует ровно один метр вертикального перемещения поплавка 1. Как видно из фиг. 1 б, где показан маленький участок перфорированной ленты 24 в диапазоне: 984 мм - 000 мм - 026 мм, который, как и вся перфорированная лента 24, закодирован в двоично-десятичной системе счисления, т.е. каждый участок длины перфорированной ленты 24 шагом 2 мм от нуля до 998 мм закодирован в двоично-десятичной системе путем понесения соответствующих прорезей на перфорированной ленте 24 в горизонтальной строчке каждого отверстия С тактовых импульсов, импульсным просвечиванием которого, как всей горизонтальной строчки перфорированной ленты 24, образуются тактовые импульсы С и импульсы двоичных кодов, с помощью которых производится чтение информации с перфорированной ленты 24 и запись в блок двоично-десятичных регистров 35. Ширина отверстия С выбирается, например, равной одному миллиметру и размещены в боковой части перфорированной ленты 24 Следовательно, применение цифрового метода в отпичие от аналогового метода, применяемого в прототипе, преобразования вертикального перемещения поплавка 1 достигается существенное повышение точности измерения уровня воды (жидкости), и независимость результатов измерении от колебания напряжения питания и увеличения диа пазона измерения. Go всех случаях предложенный нами поплавковый уропне- мер осуществляет измерения уровня воды (жидкости) с точностью ± 1 мм В процентном выражении, если диапазон измерения

уровня измеряемой жидкости лежит в пределах 0-1000 мм, то погрешность не превышает ± 0,1%, и что самое главное, если увеличить диапазон измерения уровня воды (жидкости) на гораздо большую величину, допустим, как в нашем случае, от нуля до семи метров, то тогда погрешность ± 1 мм сохраняется на весь диапазон измерения, а погрешность, приведенная к максимуму диапазона измерения в процентном выражении, уменьшается.

Таким образом, одним из существенных преимуществ предложенного нами уровнемера по сравнению с прототипом и существующими поплавковыми уровнемерами является повышение точности измерения уровня воды (жидкости) при больших уровнях измерения, что во многих случаях на практике имеет решающее значение. Это достигается тем, что предложденный уровнемер после первого оборота калиброванного шкива 7, т.е. после измерения уровня воды (жидкости) в диапазоне от нуля до 1000 миллиметров, он снова с нуля начинает отсчитывать в двоично-десятичном коде значения уровня воды (жидкости), а в момент перехода с двоично-десятичного кода 998 в нулевое значение (см. фиг. 16) зубчатая рейка 18, которая с помощью зубчатого колеса 17 перемещается в направляющей канавке с роликами 19 влево на расстояние, например, для нашего случая на 50 мм (см. фиг. 4а) и при этом пара кронштейнов 20 со свето- и фотодиодами займут такое состояние, когда штырь 25, ширина которого также составляет 1 мм и который закреплен на перфорированной ленте 24, в месте между двоично-десятичным кодом 998 и нулевым кодом (см. фиг. 16) при вращении калиброванного шкива 7 против движения часовой стрелки, пересекает и закрывает поочередно сначала светодиод Л i, напротив которого зафиксирован фотодиод Ф-i, а потом светодиод /Н1 и фотодиод Фт (см. фиг. 3 и фиг. 46). В результате срабатывается и пер- бросится двухобмоточное поляризованное реле PI первого блока усилителей фототока 22 (см. фиг. 3).

Соответственно, перекидной контакт 1Pi перекинется с единицы в нулевое состояние, т.е. с плюсового значения питающего напряжения (+)Uo источника напряжения постоянного тока 21 на потенциал земля. В результате чего на первом выходе блока формирования сигналов 32 образуется сигнал логической единицы, который непосредственно поступает на первый вход первого логического элемента И узла логических элементов И 48, на второй вход которого также подается сигнал логической

единицы, который подается с выхода первого инвертора узла элементов НЕ 47, вход которого подключен ко второму входу блока приема и формирования сигналов 32,

на котором, как и на его остальных выходах, имеем сигналы логического нуля. Следовательно, на выходе первого логического элемента И узла логических элементов И 48 также образуется сигнал логической едини0 цы, который через соответствующий элемент эммитерного повторителя узла эммитерных повторителей 49 одновременно подается на соответствующие входы блоков 38, 40, 50 и 42, причем через диодную

5 схему ИЛИ 50, выход которой подключен ко входу логического элемента НЕ 51, на выходе которого образуется сигнал логического нуля, который подается на нулевой вход узла высоковольтных транзисторов 52,

0 в результате чего закрывается нулевой высоковольтный транзистор узла высоковольтных транзисторов 52 и потухнет цифра нуль, которая до этого горела и зажжется цифра 1й на цифровом индикаторе мет5 ров 40, показывающая, что поплавок 1 поднялся по вертикали на один метр.

Таким образом, до того, пока вертикальное перемещение поплавка 1 наверх не достигло одного метра, на всех шести входах

0 блока формирования сигналов 32 наблюда - ются сигналы, соответствующие логической единице, а на шести выходах узла эммитерных повторителей 49 имеем сигналы, соответствующие логическим нулям, и в

5 результате сигнал логической единицы имеем только на выходе логического элемента НЕ 51; следовательно, открыт только нулевой высоковольтный транзистор узла 52 и соответственно на цифровом ин0 дикаторе метров 40 горит только цифра . О.

В дальнейшем, после повышения уровня измеряемой жидкости до двух метров, штырь 25 снова поочередно пересекает и

5 закрывает сначала светодиод Л2, а следом светодиод Л21 второй пары кронштейнов 202, закрепленного на зубчатой рейке 18 также интервалом 50 мм относительно центра предыдущей пары первого кронштейна

0 20i и т.д. до тех пор, пока в промежутке между свето- и фотодиодами шестого кронштейна 20е не окажется штырь 25. Однако, в нашем случае диск 23 закодированного барабана имеет возможность совершить

5 еще один оборот. Следовательно, в нашем случае поплавковый уровнемер может измерять уровень жидкости до 6 метров и 998 мм, т.е. до 6998 мм. В данном диапазоне изменения уровня воды укладываются все суще- ствующие фильтры и резервуары системы

водоснабжения. Для фильтров, каналов и т.д., где диапазоны изменения уровня ограничены до 2-3 метров, предложенное нами устройство уровнемера можно изготовить с этими диапазонами, для чего в конструкции можно сократить только длину зубчатой рейки 18 и соответственно число пар кронштейнов 20| со свето- и фотодиодами. Аналогично, увеличивая длину зубчатой рейки 18 и число пар кронштейнов 20i,можно задать более широкий диапазон измерения уровня, при этом сохраняя миллиметровую погрешность на весь диапазон.

При понижении уровня калиброванный шкив 7 вращается в обратном (по направлению движения часовой стрелки) направлении. В обратном направлении движения и ось 14, и следовательно, диск 23 закодированного барабана и зубчатое колесо 17, а зубчатая рейка 18 начнет перемещаться в обратном направлении. В данном случае штырь 25 пересекает и закрывает сначала светодиод Ле1, а следом Ле, при котором поляризованное реле Рб первого блока усилителей фототока 22 возвращается в исходное состояние, а на цифровом индикаторе метров 40 появится цифра 5. После понижения уровня воды ниже, чем пять метров, аналогичным образом на индикаторе 40 появится цифра 4 и т.д.

Как было указано выше, при изменении уровня воды (жидкости) в резервуаре поворачивается калиброванный шкив 7 и на соответствующий угол поворачивается и ось 14, на которой жестко закреплен диск 23 закодированного барабана, а вокруг диска 23 закреплена перфорированная лента 24, на которой в системе двоично-десятичного кода нанесены отверстия соответственно числам, начиная от 002 до 998, при этом шаг выбран два миллиметра. Следовательно, длина перфорированной ленты 24 составляет точно один метр. Как следует из фиг. 16, на которой изображен маленький участок перфорированной ленты, на каждую строчку тактовых отверстий С по горизонтали нанесены в двоично-десятичном коде отверстия, соответствующие отдельным численным значениям длины в миллиметрах перфорированной ленты 24. Высота тактовых отверстий С выбрана равной один миллиметр и они нанесены на перфорированной ленте 24 шагом один миллиметр (см. фиг. 16). Таким образом, на перфорированной ленте 24, общая длина которой равна один метр, нанесены 500 отверстий С. Перфорированная лента 24 при вращении диска 23 закодированного барабана проходит между планками со светодиодами 26 и фотодиодами 27, причем светодиоды и соответствующие фотодиоды расположены на планках 26 и 27 точно напротив отверстий, нанесенных на перфорированной ленте 24 в соответствии с трехразрядным числом, за- 5 писанным в двоично-десятичном коде, т.е. на планках 26 и 27 расположены 12 пар свето- и фотодиодов для чтения трехразрядного двоично-десятичного числа, нанесенного в виде отверстий на носителе 0 информации, т.е. на перфорированной ленте 24, и означающие длину вертикального перемещения поплавка 1. С помощью еще одной пары свето- и фотодиодов, помещенных также на планках 26 и 27, расположен5 ных напротив тактовых отверстий С на перфорированной ленте 24, вырабатываются тактовые импульсы С. С этой целью все светодиоды, расположенные на планке 26, связаны с выходом генератора прямоуголь0 ных импульсов с мощным выходом 28, который генерирует прямоугольные импульсы.

Обычно длительность импульсов ти выбирается из того расчета, чтобы осуществлялось надежное чтение с перфорированной

5 ленты 24 и запись информации в блок двоично-десятичных регистров 35, а длительность паузы - из расчета инерционности объекта, т.е. от скорости изменения уровня воды (жидкости) в резервуаре. Микросхема

0 КР1006ВИ1, включенная в режиме автогенерации, позволяет задать практически любую требуемую частоту следования импульсов.

Таким образом, светодиоды, располо5 женные на планке 26, импульсно зажигаются, а их лучи, пройдя через соответствующие отверстия, нанесенные на перфорированной ленте 24 в двоично-десятичном коде, попадают па соответствующие фотодиоды и

0 на выходах второго блока усилителей фототока 29 и, следовательно, на выходах блока формирователей импульсов 33 образуются импульсы, которые в виде параллельного двоично-десятичного кода непосредствен5 но подаются на сигнальные входы блока двоично-десятичных регистров 35, а импульс С, который одновременно образуется на выходе усилителя фототока 30 через формирователь импульсов с линией задер0 жки 34, подается с некоторой задержкой во времени на тактовый вход С блока двоично-десятичных регистров 35. В результате произойдет занесение в регистры информации об уровне воды (жидкости) в резервуа5 ре.

Следует отметить, 4iO применение первого и второго блоков усилителей фототока 22 и 29 и усилителя фототока 30, которые устанавливаются в корпусе датчика, который монтируется непосредственно на обьекте (резервуары, фильтры и т.д.), с одной стороны, и соответственно блок формирования сигналов 32, блок формирования импульсов 33 и формирователь импульсов с линией задержки 34, которые устанавливаются в блоке обработки информации 31, с другой стороны, позволяют отдалить датчик перемещения 23 от блока обработки информации 31 на относительно большие расстояния. Дальность при использовании соответствующих кабельных изделий (мсж- но использовать телефонный кабель типа ТПП, сечением 0,5 мм2) превышает 3-4 км.

Таким образом, текущие значения уровня воды (жидкости) в резервуаре в пределах от нуля до 1 метра, от 1,002 мм - до 1,998 мм и т.д. записываются в регистры блока 35 импульсно, при этом светодиоды на планке 26 работают в дискретном режиме, а целые значения уровня в метрах 1 м, 2 м, 3 м, 4 м, 5 м, 6 м запоминаются с помощью двухобмоточных поляризованных реле блока 22 путем последовательного затемнения пары светодиодов Л|, ЛГ, расположенных интервалом 1 мм по вертикали на кронштейне 20i штырем 25 (см. фиг. 46). В этом случае, в отличие от импульсного режима работы светодиодов, расположенных на планке 26, здесь светодиоды ЛГи постоянно горят, поэтому они подключены к источнику напряжения постоянного тока 21, а индикация метров производится с помощью цифрового индикатора метров 40 блока цифровой индикации 41.

Для индикации значения уровня жидкости в миллиметрах до 998 используются три цифровых индикатора 45, которые через первый блок-дешифрации 37 (в качестве элементов дешифрации используются микросхемы К1551/1Д1), связаны с выходом блока двоично-десятичных регистров 35, с которого снимаются сигналы трехразрядного двоично-десятичного кода, которые одновременно поступают и на вход блока цифроаналогового преобразователя 36 и преобразуются в соответствующее напряжение постоянного тока, которое с выхода блока 36 подается на один вход масштабирующего операционного усилителя 42, на другой вход (входы, как это видно на фиг. 3) подаются сигналы с первого выхода второго блока дешифрации 39. Как видно из фиг. 3, блок 42 содержит операционный усилитель (ОУ) постоянного тока, в обратную связь которого включен резистор Roc, во входную цепь включены резисторы: RO, Ri, Ra, Ra, R4, Rs и Re, причем номинальные сопротивления резисторов Ro, RI и Roc совпадают, а сопротивление R2 выбрано 1/2 от значения сопротивления Roc, сопротивление резистора RS выбирается 1/3 значений сопротивлений резистора R0c и т.д., значение сопротивления резистора Re выбирается 1/6 от значения сопротивления Roc.

Следовательно, если, например, выбираем значение сопротивления резистора кОм.то соответственно: кОм, кОм; кОм; кОм; кОм и кОм.

0 Если задаваться максимальным значением напряжения постоянного тока, снимаемого с выхода блока цифроаналогового преобразования 36 равным одному вольту, то после того, как диск 23 закодированного

5 барабана сделает один полный оборот, т.е. после того, как поплавок 1 переместился наверх на один метр, то на выходе блока цифроаналогового преобразования 36 образуется уровень напряжения постоянного

0 тока, равного одному вольту, и соответственно на выходе операционного усилителя (ОУ) постоянного тока, коэффициент передачи которого: Ко - ос

RO

-1, появляется

5 напряжение постоянного тока, равного одному вольту, т.е. на выходе блока масштабирующего операционного усилителя 42 также образуется напряжение постоянного тока, равного одному вольту. После того, как

0 диск 23 закодированного барабана перейдет в нулевое состояние, т.е. двоично-десятичный код на перфорированной ленте 24 становится в исходное положение - нулевое состояние, напряжение постоянного

5 тока положительной полярности и равного одному вольту, с выхода блока цифроаналогового преобразования 36 также становится равным однако в это время происходит переключение двухобмоточного поляри0 зованного реле PL после чего на цифровом индикаторе метров 40 индицируется цифра 1, т.к. на выходе 1 узла эммитерных повторителей 49 второго блока дешифрации 39, появляется сигнал логической едини5 цы. соответствующий уровню напряжения питания положительной полярности, под действием которого на боковую цепь высоковольтного транзистора узла высоковольтных транзисторов 52, связанного со входом

0 1 цифрового индикатора метров 40, и на базовую цепь транзисторного вентиля Ti блока масштабирующего операционного усилителя 42, данные транзисторы откроются и соответственно зажжется цифра 1 и

5 напряжение постоянного тока (+)Un, также равное одному вольту, подается на входной резистор Pi операционного усилителя (ОУ), на выходе которого поддерживается уровень напряжения, равный одному вольту,

поскольку и в этом случае коэффициент передачи операционного усилителя:

ROC

Кг

-1.

Ri

Аналогично, после того, как уровень жидкости в резервуаре достигнет двух метров, перекинется двухобмоточное поляризованное реле Р2 первого блока усилителей фототока 22 и соответственно сигнал логической единицы появится на выходе 2 узла эммитерных повторителей 49 второго блока дешифрации 39, вследствие чего на цифровом индикаторе метров 40 потухнет цифра 1 и зажжется цифра 2, а также закроется транзистор Ti и откроется транзистор Т2 блока масштабирующего операционного усилителя 42 и, поскольку

р

коэффициент передачи К2 -2 опека

рационного усилителя (ОУ), поэтому на его выходе образуется напряжение с уровнем два вольта и т.д. После открытия транзистора Те блока масштабирующего операционного усилителя 42 на его выходе образуется уровень напряжения, равного шести вольтам. В интервалах от одного до двух вольт, от двух до трех вольт и т.д., т.е. в промежутках между целыми числами на нулевом выходе, т.е. на входном резисторе RO, одновременно меняется значение входного напряжения от нуля до 0,998 польт, которое суммируется с постоянными напряжениями, поданными на другие входы, т.е. на входные резисторы: Ri; R2; Ra; Rs и Re масштабирующего операционного усилителя (ОУ). Поэтому, после того, как диск 23 барабана совершит шесть оборотов, на седьмой оборот на входных резисторах: Re и Ro действуют напряжения: постоянное напряжение один вольт, который из-за того,

Roc

что коэффициент передачи KG -

R6

-6,

на выходе имеем шесть вольт и к этому на- ,пряжению добавляется (суммируется) переменное в пределах от 0-0,998 вольт напряжение, поданное от выхода блока цифроаналогового преобразования 36, и в результате на выходе блока машстабирую- щего операционного усилителя 42 получаем суммарное напряжение: ивыхК Об.ЭЭЗ вольт, что и соответствует предельному значению (для нашего случая),- равному б метрам 998 миллиметрам уровня воды (жидкости) в контролируемом резервуаре.

Как следует из фиг. 2, данный сигнал (напряжение постоянного тока) одновременно подается на аналоговое регистрирующее устройство 43 и через клемму 44 подается на вход периферийного устройст

ва телемеханики (периферийное устройство телемеханики на чертежах не показано).

Как следует из фиг. 2, текущее значение уровня воды (жидкости) в резервуарэ, пред- 5 ставленное в виде двоично-десятичных кодов в пределах от нуля до 998 мм на выходе блока двоично-десятичных регистров 35, подается на одни входы первого и второго элементов сравнения 54 и 54 (в 10 качестве которых можно использовать, например, микросхемы серий К561ИП2), на другие входм которых подаются заданные значения предельных значений, также в виде двоично-десятичных кодов с выходов за15 датчиков максимум и минимум 55 и 55 , которые также- связаны сдвоенным переключателем 53, на вход которого с выхода второго блока дешифрации 39 подается сигнал, соответствующий целым значениям

20 уровней 1, 2,3,... 6 метров, выходы которого связаны с одними входами первого и второго элементов И 56 и 56, на другие входы которых с выходов первого и второго элементов сравнения 541 и 5411 при равенстве

25 двоично-десятичных кодов, выдаются сигналы логической единицы, и при совпадении на входах первого или второго элементов И 56 или 56 образуется сигнал логической единицы, под действием

30 которого начнет мигать соответствующий световой индикатор верхнего 57 или нижнего 58 предельных значений уровня подключенных к блоку сигнализации и выдачи сигналов управления 46, и включается сире35 на 60, а на выходных клеммах 59 блока 46 образуются соответствующие сигналы управления эл. задвижками. Следует отметить еще одно преимущество предложенного ус- . тройства уровнемера, что оно позволяет за40 дать численными значениями предельные уровни жидкости в резервуаре с точностью до ± 1 миллиметра, что также во многих случаях на практике является весьма существенным фактором, для точного регулиро45 вания или управления сложными технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

На фиг. 4а и 46 изображены зубчатая рейка 18, помещенная в направляющую ка50 навку с роликами 19, и закрепленные на рейке 18 пар кронштейнов 20i, 202,20з, 204, 20s, 20е между которыми после достижения целых значений уровней воды (жидкости) в резервуаре проходит штырь 25, который по55 очередно закрывает светодиоды: сначала Лч, а потом Лч , далее сначала Ла, а потом Ла и т.д. до светодиодов Ле и Ле , или же, наоборот, т.е. в зависимости от направления вращения калиброванного шкива 7, т.е. от того, поднимается или понижается уровень воды в резервуаре. Зубчатое колесо 17, которое закреплено на конце оси 14 и сцеплено с зубчатой рейкой 18, поперек передвигает последнюю при вращении оси 14. Диаметр и количество зубов зубчатого колеса 17 выбираются так, что в нашем случае, после одного полного оборота зубчётого колеса 17, зубчатая рейка 18 поперек передвигается точно на 50 мм. В ирходном состоянии, т.е.х вначале заполнения резервуара жидкостью, расстояние промежуточного центра между первой парой свето- и фотодиодов первой пары кронштейнов 20i и со штырем 25, закрепленного на край окружности перфорированной ленты 24, устанавливается также 50 мм, т.е. после поднятия уровня жидкости в резервуаре на один метр, чему соответствует один полный. оборот зубчатого колеса 17, зубчатая рейка 18 переместится в сторону штыря 25 ровно на 50 мм. Следовательно, после поднятия поплавка 1 наверх ровно на один метр, штырь 25 окажется в промежутке между свето- и фотодиодами первой пары кронштейнов 20i и т.д., после каждого оборота диска

23закодированного барабана, штырь 25 оказывается в промежутках очередных пар кронштейнов: 202. 20з,.204, 20s и 20б и поочередно закрывает светодиоДы сначала Л1, а потом ЛЛ или же наоборот, в зависимости от того, повышается или понижается уровень жидкости в резервуаре; при этом данный процесс осущестьляется в соответствии со скоростью повышения или понижения уровня жидкости, так как штырь 25 укреплен на край перфорированной ленты

24закрепленного на диске 23, диаметр которого точно совпадает с диаметром калиброванного шкива 7.

С целью сохранения высоких метрологических характеристик, при измерении уровня жидкости в широких диапазонах, т.к. при измерении уровня до 6-7 метров, т.е. когда калиброванный шкив 7 совершает более шести оборотов в предложенном нами поплавковом уровнемере трос поплавка 5 наматывается по винтовой канавке 11 на поверхности калиброванного шкива 7, тем самым сохраняя заданный диаметр 318 мм калиброванного шкива 7. Это достигается за счет того, что трос 5 поплавка 1 наматывается по канавкам винтовой канавки с помощью натягивающего ролика с канавкой 9, который может одновременно свободно вращаться вокруг своей оси и передвигаться на всю ширину винтовой канавки 11, при этом направляющий ролик с канавкой 8, который также свободно вращается вокруг своей оси, его поперечное перемещение ограничивается серединой ширины винтовой канавки 11 калиброванного шкива 7, а применением направляющей трубы 3 с открытым дном и боковыми отверстиями для поплавка 1 достигается успокоение волн

воды (жидкости) внутри трубы 3. Эти факторы способствуют широкому применению предложенного нами уровнемера на тех объектах, где наблюдаются большие волны и движение воды (жидкости), т.к. в канавках,

0 реках и т.д.

Формула изобретения 1. Поплавковый уровнемер, содержащий поплавок и противовес, установленные в направляющих трубах, при этом направля5 ющая труба поплавка выполнена с отверстиями о нижней части, а поплавок и противовес связаны тросами с калиброванным шкивом, на оси которого закреплено зубчатое колесо, датчик перемещения и ре0 гистрирующий прибор с блоком обработки информации, включающий в.себя блок сигнализации и выдачи сигналов управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, датчик пе5 ремещения выполнен в виде барабана, на боковой поверхности которого закреплена перфорированная лента и установлен штырь, при этом барабан размещен между калиброванным шкивом и зубчатым коле0 сом, установленным с возможностью взаимодействия с введенной зубчатой рейкой, на которой закреплены пары кронштейнов со свето- и фотодиодами, связанными соответственно с источником напряжения по35 стоянного тока и с первым блоком усилителей фототока, выход которого связан с блоком обработки информации, зубчатая рейка расположена в направляющей канавке с роликами с возможностью пере40 мещения, а на уровне установки зубчатой рейки на противоположных сторонах перфорированной ленты установлены планки со свето- и фотодиодами, при этом светоди- оды связаны с генератором прямоугольных 45 импульсов с мощным выходом а фотодиоды связаны со вторым блоком усилителей фототока и усилителем фототока, выходы которых связаны с блоком обработки информации.

50 2. Уровнемер по п.1, отл и ч а ю щи и - с я тем, что блок обработки информации содержит блок формирования сигналов, формирователь импульсов с линией задержки, блок двоично-десятичных регистров,

5 блок цифроаналогового преобразования, блок масштабирующего операционного усилителя, первый и второй блоки дешифрации, блок сравнения, блок аналоговой регистрации, клемму для передачи информации в телемеханику, блок цифровой индикации и блок сигнализации, при этом входы блока формирователей импульсов соединены с выходами второго блока усилителей фототока, а выходы - с входами блока двоично-десятичных регистров, к тактовому входу С которого подключен выход формирователя импульсов с линией задержки, вход которого подключен к выходу усилителя фототока, а выходы первого блока усилителей фототока соединены с входами блока формирования сигналов, выходы которого соединены с вторым блоком дешифрации, первый выход которого подключен к блоку сравнения, второй выход подключен к блоку цифровой индикации, а третий - к первому входу блока масштабирующего операционного усилителя, к второму входу которого подключен выход блока цифроаналогового преобразования, а выход блока масштабирующего операционного усилителя связан с

блоком аналоговой регистрации и с клеммой для передачи информации в телемеханику, а вход блока цифроаналогового преобразования связан с выходом блока двоично-десятичных регистров, при этом

выход блока двоично-десятичных регистров соединен также с вторым входом блока сравнения и с входом первого блока дешифрации, выходы которого соединены с блоком цифровой индикации, а выходы блока

сравнения соединены с блоком сигнализации и выдачи сигналов управления.

Использование: измерение и контроль уровня жидкости в фильтрах и резервуарах системы водоснабжения городов, а также на водозаборных сооружениях, открытых водоемах и т.п. Сущность изобретения: при изменении уровня перемещается поплавок, при этом на соответствующий угол поворачивается калиброванный шкив 7, диск барабана 23 и зубчатое колесо 17, а с перфорированной ленты 24, закрепленной на барабане 23, считывается информация и записывается в блок двоично-десятичных регистров 35. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л С Sx-Z SSTSjD24 vj 00 со Сд to

W.Ј

I

- ii I С 5Г|П

8f21CC82.1

$ } .

Г

#

18

а).

.4