Измерительный преобразователь уровня жидкости

 

Изобретение относится к технике контроля технологических параметров и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в технологических аппаратах гидрометаллургического, нефтехимического и других производств. Благодаря тому, что угол ввода излучения в световод выбирается таким, что полное внутреннее отражение от его границ сохраняется не только в воздухе, но и в жидкости, и выходной сигнал растет с ростом ее уровня, предлагаемый преобразователь позволяет расширить диапазон измерений и добиться линейности выходной характеристики. Преобразователь содержит источник излучения 1, блок ввода излучения 2, световод 3, блок вывода излучения 4, фотоприемник 5, блок индикации 6. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„.SU 15 6212 (51) 5 С 01 F 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPbtTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4004864/24-10 (22) 10 ° 0 1.86 (46) 15.01.90. Бюл. V 2 (71) Винницкий политехнический институт (72) А.M,Бабченко, В,И.Бусурин, В.М.Дубовой и В.А.Цюра (53) 68 1.128(088.8) (56) Патент ФРГ h" 2845565, кл. С 01 F23/28,,1983.

Патент СиА h 4311048, кл. 6 01 F 23/28, 1982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (5j) Изобретение относится к технике контроля технологических параметров и может быть использовано для из2 мерения уровня жидкостей в технологических аппаратах гидрометаллургического, нефтехимического и других производств. Благодаря тому, что угол ввода излучения в световод выбирается таким, что полное внутреннее отражение от его границ сохраняется не только в воздухе, но и в жидкости, и выходной сигнал растет с ростом ее уровня, предлагаемый преобразователь позволяет расширить диапазон измерений и добиться линейности выходной характеристики. Преобразователь со" держит источник 1 излучения, блок 2 ввода излучения, световод 3, блок 4 вывода излучения, фотоприемник 5, блок 6 индикации. 3 ил.

1536212

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства, предназначенного для измерения уровня жид-„ ких сред как в различных отраслях народного хозяйства, так и в научных исследованиях, Целью изобретения является линеаризация выходной характеристики и расши-10 рение диапазона измерений.

На Фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - Физическая модель многократных отражений в поверхностном слое, граничащем со с.ветоводом; на фиг. 3 - статические характеристики устройства и прототипа.

Измерительный преобразователь содержит (фиг. 1) источник 1 излучения (ИИ), Ьлок 2 ввода излучения (БВВИ), световод (С) 3, Ьлок 4 вывода излучения (bON) фотоприемник (ФП) 5, блок

6 индикации (БИ).

Источник 1 излучения оптически связан с входом БВВИ, выход которого свя-25 зан с верхним торцом световода 3, нижний торец которого связан с входом

БВИ, выход которого связан с входом .ФП 5, выход которого связан с блоком индикации. 30

Все элементы конструкции являются стандартными.

Устройство работает следующим образом.

Оптическое излучение от ИИ 1 (например, коллимированное излучение от световода АШ07Б) через БВВИ 2 попадает в световод 3 под углом «р, для которого с учетом преломления на входном торце, условие полного внут- 40 реннего отражения на границе свето. вод - воздух будет сохраняться и в жидкости, уровень которой будет контролироваться п

У) arcsin —, n„„ где и — показатель преломления жидкости; и — показатель преломления световода.

При отсутствии контакта чувствительной поверхности световода 3 с жидкостью (нижний уровень и, 11==0) мощность, создаваемая излучателем, передается на ФП 5 по С 3 путем полного внутреннего отражения от его границ.

Сигнал на выходе ФП 5 соответствует нулевому значению уровня жидкости.

При появлении жидкости и увеличении ее объема изменяется показатель преломления п> на границе световода (нарушение ПВО не происходит), что приводит к возрастанию коэффициента отражения. Это вызывает рост выходного тока ФП 5, значение которого соответствует уровню контролируемой жидкости.

Поверхности реальных оЬразцов, используемых в качестве чувствительного элемента датчиков, представляют собой весьма сложное образование. Даже при использовании наиЬолее совершен,ных современных методов подготовки поверхности и ее "очистки" от каких бы то ни было пленок на образце всегда существует некоторый поверхностный слой (толщиной порядка несколько десятков ангстрем), сТ руктура и оптические свойства которого отличаются от свойств самого материала.

На фиг. 2 изображена картина многократных отражений в пленке (II) с показателем преломления п 3, граничащей со средами, показатели преломления которых и, (световод) и п (окружающая среда — воздух или жидкость). При отражении Ьудет происходить интерференция лучей 1,2,5. Если амплитуду падающего луча принять равной единице, то амплитуда отраженного луча равна Г, . Каждый иэ последующих лучей будет сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 2«1 соответствующую оптической разности хода на участках лучей ABC и AA . Полная амплитуда R отраженного луча будет иметь вид г,l

1«, +1« е

11 — --- —------2jd

1+Г 2 1 т зе !

При одном и том же угле падения коэффициент отражения различен для падения волны на границу из различных сред. С появлением в резервуаре жидкости, уровень которой контролируется, изменяется комплексный коэффициент отражения 1« 2 „, следовательно, изменяется раз ость фаз между отраженными волнами. Отраженные волны усиливают друг друга, полная амплитуда увеличивается. Чем выше уровень жидкости, тем больше длина участка, на котором изменяетя из, тем выше выходная амплитуда сигнала.

Статическая характеристика устройства представлена на фиг. 3 (кри4х

d н и

10 где дх - максимальное отклонение от линейной характеристики;

D - диапазон (от 0 до 50 мм).

Для прототипа (40-15) 25

I =-------=--=0 5 °

50 50

Для предлагаемого устройства

50-38 12 д =----- --=0 24.

50 50

Из сравнения можно сделать выыод, что линейность статической характеристики предложенного преобразователя выше, чем у прототипа.

5 153621 вая 2), на фиг. 3 кривая 1 - статическая характеристика прототипа.

Сравним линейность кривой 1 и 2 (линеаризованные кривые). Найдем максимальную приведенную погрешность по статической характеристике:

2 6

Формула и зобретения

Измерительный преобразователь уровня жидкости, содержащий источник направленного. излучения, выход которого оптически связан через блок ввода излучения с вертикально установленным световодом, выходной торец которого оптически связан с входом фотоприемника через блок вывода излучения, а выход фотоприемника связан с входом блока индикации, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью, линеариэации выходной характеристики и расширения диапазона измерений, световод выполнен полированным, а источник излучения расположен под углом ц к оси световода, величина которого определяется условием п

q y arcsin —, "1 где и — показатель преломления контролируемой жидкости или воздуха; и - показатель преломления све1 товода.

15362 l2

Составитель П.Солдатов

Редактор М.Ьандура Техред М.дидык Корректор М,Кучерявая

Заказ 101 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101