Датчик уровня Советский патент 1980 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к технике контроля и регулирования уровня жидкости или межфазного уровня с помощью разогреваемых электрическим током термоэлементов и может быть применено в ршличных отраслях народного хозяйства преимущественно в тяжель1Х климатических и производственных условиях, в том числе в агрессивных среда: под высоким статическим давлением. Известны датчики с двумя термоэлементами в виде терморезисторов, расположенных на заданном уровне {1 , Разогреваемый электрическим током рабочий термоэлемент и неразф-реваемый компенсационный включены в дифференциальную измерительную схему с усилителем, пороговым элементом и индикатором на выходе. Эти устройства компенсированы по температуре среды, но степень термокомпенсащси и соотношение сигнал-помеха зависят от электротепловых режимов термоэлементов и физическнх свойств сред. Наиболее близким техническим рещением к предложенному является устройство, содержа шее погруженные в контролируемую среду рабочий с нагревателем и компенсационный термоэлементы в виде терморезисторов, расположениых на заданном уровце и включенных в дифференциальную (мостовую) измерительную схему. К измерительной диагонали моста подключен усилитель, пороговый элемент с индикатором или исполнительным механизмом системы регулирования (2. Недостатком известного устройства является незначительная надежность измерения. Цель изобретения - повышение надежности измерения. Поставленная цель достигается тем, что датчик уровня дополнительно снабжен стабилизатором напряжения, включенным между входом усилителя и выходом порогового элемента, и ключевым элементом, введенным в цепь нагревателя, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента. На чертеже юображена электрическая схема датчика. Датчик содержит рабочий 1 и компенсационный 2 терморезисторы, расположенные на

заданном VJKIHUC. Рабочий (с наг Ч тслем 3) и компенсационный 2 тсрморсзисгоры соединены с постоянными резисторами , образуя дифференкиальнуи) (мостовую) измерительную схему. К измсритель}|ой диагонали Mocrd подключен вход усилителя 6, выход которого подсоединен к пороговому элементу 7. Между вьгходом пороговою элемента 7 и входом усилителя 6 включен стабилизатор 8 напряжения на диодах Зенера. Последовательно в цепь нагревателя 3 включен ключевой элемент 9 (на снмисторе и оптроне), управляющий вход которого подключен к выхду порогового элемента 7, связанного со счетным входом триггера 10.

Устройство работает следующим образом.

Пусть тсрморсзисторы I и 2 погружены полностью в oiwy из сред, уровень раздела которых контролируется. Дифференциальная измерительная схема уравновеншна нри температуре перегрева рабочего терморезистора 1 (относительно температуры среды), равной

(t2-ti1-(t.-tf)

-2.

где tj-t - максимальный перегрев, при котором нагреватель 3 отключается и герморезистор начинаетохлаждаться;

t) -t г - перегрев, до которого охлаждается терморсзистор 1 и при котором вновь гюдключается нагреватель 3 к источнику штания. Неразогреваемый терморезистор 2 имеет температуру контролируемой среды tj.

При подключении нагревателя 3 к источнику питания и при температуре перегрева менее t -tf в измерительной диагонали моста напряжения имеет отрицательную полярность (-DM). При этом на выходе порогового элемента 7 напряжение максимальное отрицательное значение, которое и переводит ключевой элемент 9 в проводяшее состояние, а на выходе стабилизатора 8 напряжение принимает также отрицательное значение. Абсолютная напряжения (± UCT) на выходе стабилизатора 8 41ропорциона.гп,на средней температуре:

(t2-t)-(t,-tj)

2

С повышением температуры терморезистор;) 1 напряжение --Ум уменьшается до нуля, далее меняет знак и при lUf l/ rUcil происходит переключение порогового элемента 7 и на его выходе устанавливается максималное положительное напряжение. Ключевой элемент 9 переходит в непроводящее состояние и начинается охлаждение терморезистора

I. Напряжение в измерительной диагонали моста уменьшается до нуля, далее знак и при 7/|Uj;-r|, т.е. при

охлаждении до t|-tx происходит переключение порогового элемента 7, на выходе которого напряжение принимает максимальное отрицательное значение. Это напряжение переводит ключевой элемент 9 в проводяп ее состояние, и процессы в схеме вновь повторяются.

Время нагрева терморезистора I в газовой фазе равно

-,

5 2

,где tor - постоянная термической инерции терморезистора 1 в газе; ts - стационарная температура терморезистора при постоянно включенном нагревателе 3.

Время охлаждения терморезистора 1 в газовой фазе от tj-t до t)-t / равно:

Т -/j .

2Г ОГ

Длительность выходного импульса триггера 10, равная Tj + Тзр является информативным параметром выходного сигнала датчика уровм. С погружением термоэлементов J и 2 в жидкость, т.е. с изменением условий теплообмена, и, следовательно, с изменением постоянной термической инерции терморезистора 1 в жидкости ( бр,, ) изменяется длительность выходного импульса триггера Т|ж Т2Ж- По этому изменению судят о достижении уровнем жидкости заданного значения.

Так как длительность (Т, + Tj) функционально связана с постоянной термической инерции терморезистора которая является

существенно более помехоустойчивым параметром терморезистора I, чем его температура, .- то предложенный датчик отличается более высокой надёжностью.

Формула изобретения

Датчик уровня, содержащий погруженные в контролируемую среду рабочий с нагревателем и компенсационный термоэлементы, включенные в дифференцигшьную измерительную схему с измерительной диагональю, к которой подключены последовательно соединенные усилитель и пороговый элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерения, он дополнигельно снаб