Фотоэлектрический дистанционный уровнемер Советский патент 1993 года по МПК G01F23/32 

11,

25

СЛ

С

Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для дистанционного измерения уровня жидкостей и сыпучих сред, Сущность изобретения: уровнемер состоит из барабана 1, выполненного со сквозным отверстием 2, в котором уложены волоконно-оптические жгуты 3, 4, связанные с оптическим узлом, состоящим из фотодиода 5 и фотоприемника б, и индуктивного датчика импульсов 10. 3 ил.

sj

со ю со

со

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для дистанционного измерения уровня жидкости и сыпучих сред, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, определении уровня воды в гидрологических скважинах и водоемах и в других областях народного хозяйства.

Из патентно-технической литературы MSBeqTHO устрой с твб индуктивный уровнемер, сод ерШ Щий разомкнутый магнитопро- вод введенный в объект контроля с размещенными на нем обмотками возбуждения и измерительными обмотками, размещенными симметрично на концах магнитопровода за пределами объекта контроля, причем обмотки возбуждения на каждом конце включены попарно встречно, верхняя и нижняя обмотки возбуждения соединены между собой согласно, и измерительныеобмотки соединены последовательно и согласно. Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон измерений и невозможность измерения уровня неметаллических веществ.

Также известно устройство уровнемер сыпучих сред, содержащее электропривод на валу которого укреплен барабан с намотанным на нем тросом с грузом, датчик натяжения, состоящий из ролика с пружиной и выключателя, релейную схему управления, датчик импульсов, выполненный на магнитоуправляемых контактах укрепленных по окружности, соединенных параллельно и подключенных к счетчику импульсов через релейную схему управления. На тросе укреплен постоянный магнит большего сечения, чем трос, который управляет контактом, соединенный через релейную схему с электромагнитной защелкой, состоящий из электромагнита, якоря с профилированными отверстиями и пружину.

Недостаткомустройства является относительная сложность механической части.

Известно устройство, содержащее стабилизированный генератор, эмиттерный повторитель, подключенный к трансформатору, связанному с емкостным датчиком и датчиком компенсации, двойной эмиттерный повторитель, однокаскадный избирательный усилитель диодный детектор и фильтр, служащий для уменьшения влияния низкочастотных помех. Работа устройства основана на изменении амплитуды выходного сигнала в зависимости от уровня заполнения веществом емкостного датчика.

Недостаток устройства заключается в том, что оно предназначено для измерения

уровня только диэлектрических веществ, а также ограниченный диапазон измерений, Наиболее близким к предлагаемому является уровнемер, содержащий противовес,

поплавок, соединенный с тросом с поплавковым колесом из диэлектрического материала, снабженный приемной канавкой для троса и потенциометрический преобразователь перемещения поплавка, в котором обмотка расположена в выполненной наторце поплавкового колеса спиральной проточке, шаг которой равен ширине приемной канавки, выполненной замкнутой. Линейность измерения уровня в устройстве достигается за

5 счеттого, что сопротивление спирали потенциометра изготовляется пропорциональным линейной длине спирали, а диаметр троса поплавка изготавливается равным шагу спирали.

0 Недостатками известного устройства являются:

- ограниченный диапазон измерений, из-за ограничения длины троса в зависимости от количества витков спирали, и невоз5 можности укладки троса не более одного слоя, влияет также ширина стенок канавки, увеличение же диаметра с целью увеличения диапазона может привести к увеличению габаритов устройства;

0 - недостаточная надежность измерений, из-за влияния температурного коэффициента сопротивления и неоднородности высокоомного проводника - спирали и наличие недостаточно надежного съемного уз5 ла;

- ограниченная функциональная возможность, т.к. устройство предназначено для измерения уровня жидких сред;

- невозможность использования уст0 ройства для измерения уровня взрывоопасных жидкостей из-за наличия контактной связи между спиралевидными проводниками и контактными элементами.

Цель изобретения - увеличение диапа5 зона измерений, повышение измерений путем исключения контактного съемного узла и спиралевидного проводника, расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения уровня сыпучих сред,

0 и повышение взрывобезопасности устройства, путем исключения открытых электроконтактных узлов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве содержащем вращающийся

5 барабан, трос и поплавок в отличии от прототипа барабан выполнен со сквозным отверстием, в котором уложены два волоконно-оптических жгута, начальные торцевые концы которых выходят к двум противоположным отверстиям осевого канала, где соосно установлены с одной стороны светодиод, а с другой фотоприемник, другая часть жгутов пройдя сквозь боковые отверстия канала объединяется в один све- товодный жгут-трос, на котором нанесены метки из ферромагнитного материала, жгут-трос укладывается на барабане и пропускается через дополнительно введенный индуктивный датчик импульсов, второй конец волоконно-оптического троса оканчивается оптическим узлом состоящим из шторки, выполненной с возможностью перемещения в вертикальном положении, корпуса, магнитного элемента, поплавка, шторка располагается между торцевыми концами повернутыми друг к другу, выход фотоприемника подключается к триггеру, связанному выходом со входом второго триггера и блоком управления, выход второго триггера также подключен на блок управления нагруженный на электродвигатель связанный кинематически с барабаном, индуктивный датчик соединен со счетчиком и индикатором посредством электронного ключа, соединенный с первым триггером. Выполнение барабана со сквозным отверстием с уложенным на нем волоконно-оптическим жгутом, позволяет использовать жгут одновременно в качестве троса и опто- электронного датчика касания поверхности жидкости или сыпучей среды. Нанесение на жгут ферромагнитных меток позволит повысить диапазон измерений за счет возможности многослойной намотки на барабан, т.к. в отличие от прототипа в предлагаемом устройстве длина не ограничивается длиной спиралевидного проводника, толщиной стенок проточки, трос может укладываться непосредственно друг на друга и в ряд до стенок барабана, исключается необходимость соответствия толщины троса и проводника. Кроме того, нанесение на волоконно-оптический трос ферромагнитных меток позволяет повысить надежно получаемой информации, т.к. метки фиксированы, а контактный узел исключен. Применение волоконно-оптического троса с оптическим узлом и электроприводом позволит проводить измерение уровней как жидких так и сыпучих сред, т.к. устройство работает в динамическом режиме, Применение световодного канала с фотоприемником, светодиодом и оптическим узлом, и магнитоуправляемых выключателей позволит проводить бесконтактную коммутацию электронной схемы, и тем самым повысить взрывобезопасность устройства, т.к. в зоне паров (газов) жидкостей присутствуют только световодный трос, барабан и оптический блок, где отсутствуют нагревающиеся, электроконтактирующие элементы. Предлагаемое устройство работает по принципу последовательной передачи импульсов, которые удобно передавать на расстоянии

чем аналоговый сигнал, использовать сигнал в цифровом виде без изменения предела диапазона, Указанная совокупность отличительных признаков неизвестна в устройствах для измерения уровней.жидкостей

0 и сыпучих сред данного типа, что позволяет сделать вывод о существенных отличиях.

На фиг. 1 показана электронная блок- схема и механическая часть устройства (для наглядности толщина волоконно-оптиче5 ского троса показана утолщенной); на фиг. 2 - размещение волоконно-оптического жгута в полой оси барабана; на фиг. 3 - в увеличенном виде представлено взаимное расположение шторки между торцами воло0 конно-оптических жгутов - оптический узел, Уровнемер состоит из барабана 1, выполненного со сквозным осевым отверстием 2, в котором уложены два волоконно-оптических жгута 3, 4, каждый

5 торцевой конец которого обращен к двум противоположным отверстиям осевого канала, где соосно установлены светодиод 5 и фотоприемник 6, а вторые концы жгутов выходят через отверстие 7 осевого канала 2 и

0 объединяются в один жгут-трос 8, на котором нанесены метки 9 из ферромагнитного материала (порошка) и покрыта эластичной защитной пленкой (на чертеже не показано), жгут-трос 8 уложен на барабане 1 и пропу5 щен сквозь индуктивный датчик импульсов 10, ограничивающийся оптическим узлом, включающим в себя непрозрачный корпус 11 с кольцевыми магнитом 12, шторку 13 с отверстием 14 в нижней части, выполнен0 ную с возможностью перемещения в верти- кальном направлении, связанный с поплавком 15 и ограничителем 16, торцевые концы жгутов 3, 4 повернуты друг к другу, двух двухвходовых триггеров 17, 18

5 электронного ключа 19, магнитоуправляемых выключателей 20, 21 счетчика 22 и индикатора 23, связанные посредством линии связи, блока управления 24, бесколлекторного двигателя 25, связанный с барабаном

0 1 посредством кинематической связи 26, защитного корпуса 27.

Описываемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии световой поток

5 от светодиода 5 войдя через торцевой конец волоконно-оптического жгута 3 затеняется непрозрачным участком шторки 13, т.к. связанный с ним поплавок 15 находится в нижнем положении относительно корпуса 11 сам же оптический узел находится в край

нем верхнем положении, верхние выходы триггеров 17, 18 закрыты (см. фиг. 1) двигатель 26 обесточен, при подаче команды пуск посредством магнитоуправляемого включателя 21 открывается триггер 17, блок управления 24, включается электродвигатель 26 и начинает вращать барабан 1 через кинематическую передачу 26, трос 8 с поплавком 15 и оптическим узлом начнет опускаться, импульсы с датчика 10 появляющиеся при пересечении каждой ферромагнитной метки 9 поступать на счетчик 22 не будут, т.к. триггер 18 и соответственно электронный ключ 19 закрыты, как только поплавок 15 достигнет поверхности жидкости или сыпучей среды и притормо- зится, в результате продвижения корпуса 11 световой поток с торцевого выхода волоконно-оптического жгута 3 через отверстие 14 шторки 13 (см. фиг. 3) попадет через торец второго жгута 4 к фотоприемнику 6, в результате откроется триггер 18, при котором на второй вход триггера 17 поступит импульс и закроет его, блок управления 24 изменит полярность напряжения и электродвигатель 26 и барабан 1 начнут вращаться в обратную сторону, при котором трос 8 начнет сматываться на барабан, одновременно откроется электронный ключ 19 импульсы с датчика 10 начнут поступать на счетчик 22, двигаясь в направлении к барабану магнит 12 оптического узла достигает выключатель 20, который отключит триггер 18, блок управления 24 и электродвигатель 26 на индикаторе 23 зафиксируется число импульсов пропорционально расстоянию до уровня жидкости или текучей среды. Таким образом, в предлагаемом устройстве в

Формула изобретения

Фотоэлектрический дистанционный уровнемер, содержащий поплавок, связанный через трос с барабаном, выполненным с осевым каналом, блок обработки информации с индикатором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения надежности, барабан снабжен боковым отверстием, связанным с осевым каналом, а трос выполнен в виде двух волоконно-оптических жгутов с нанесенными на них метками из ферромагнитного материала, защищенными эластичной пленкой, при этом концы жгутов расположены в осевом канале барабана и их торцы направлены к противоположным выходам осевого канала, соосно с которыми

сравнении с прототипом достигнута возможность увеличения диапазона измерений, за счет укладки троса послойно непосредственно друг за друга и в ряд до

стенок барабана, при этом длина троса не ограничивается длиной спирали толщиной стенок, повышена надежность получаемой информации путем фиксированных ферромагнитных меток и исключения контактирующих элементов, снимающих со спирали изменение участка сопротивления, в отличие от которого предлагаемое устройство работает по принципу последовательной передачи информации, которое более удобно предавать на расстояние, чем аналоговый сигнал и преобразовывать в цифровой вид не выбирая предел измерения диапазона; расширена область применения за счет возможности измерения уровней сыпучих

сред, т.к. поплавок с оптическим узлом измеряет от исходной точки до верхней границы жидкости или сыпучей среды повышена взрывобезопасность устройства за счет исключения электроконтактного узла и выполнения троса из волоконно-оптического жгута со светодиодом и фотоприемником, оптического бесконтактного узла, индуктивного датчика, магнитоуправляемых выключателей, бесколлекторного двигателя и

защитного корпуса. Следует отметить, что устройство после запуска работает в автоматическом режиме, им можно управлять и передавать полученную информацию на расстоянии.

По предложению изготовлен макетный образец устройства, испытание которого полностью подтвердили осуществляемость и работоспособность предлагаемого объекта.

установлены с одной стороны введенный светодиод, а с другой - введенный фотоприемник, а вторые концы жгутов, выходящие из бокового отверстия барабана, пропущены через дополнительно введенные индуктивный датчик импульсов и оптический узел и их торцы повернуты друг к другу, а оптический узел состоит из непрозрачного корпуса, в котором расположены кольцевой магнит и шторка с отверстием в нижней части, установленная с возможностью вертикального перемещения, связанная с ограничителем и поплавком и размещенная между торцами жгутов, а блок обработки информации дополнительно содержит первый и второй триггеры, блок управления, бесколлекторный электродвигатель, счетчик, электронный ключ и первый и второй

магнитоуправлямые выключатели, при этом выходы фотоприемника и первого магнито- управляемого выключателя подключены к входам первого триггера, выход которого соединен с одним из входов второго триггера и с одним из входов блока управления, выход второго триггера подключен к второму входу блока управления, а второй вход

второго триггера соединен с вторым магни- тоуправляемым выключателем, а выход блока управления соединен с бесколлекторным электродвигателем, кинематически связанным с барабаном, а индуктивный датчик соединен со счетчиком и индикатором через электронный ключ, связанный с выходом первого триггера.