Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах

 

Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидкости. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит поплавок 1, подсоединенный к тросу 2 поплавка и установленный в направляющую трубу 4, а трос 2 поплавка проIД±ГЗ- 32 (Л с ооо о (A i , // .-JJ о VI ю ю g I-и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5п5 6 01 F 23/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761047/10 (22) 21.11.89 (46) 23.09.91. Бюл. М 35 (71) Тбилисское производственное управлее íèå "Тбилводоканал" (72) М.Г.Хаиндрава, Ш,А.Трапаидзе и Г.М.Хаиндрава (53) 681.128.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 847054, кл. 6 01 F23/44,,1981. Ы 1679204 А1.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ УРОВНЯ

ВОДЫ В РЕЗЕРВУАРАХ (57) Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидкости. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит поплавок 1, подсоединенный к тросу 2 поплавка и установленный в направляющую трубу 4, а трос 2 поплавка про1679204

35 и нижнего уровней соответственно. С бло40

45 ходит через направляющий ролик 5 с канавкой и натягивающий ролик 8, закреплен в канавке при помощи отверстия на поверхности калиброванного шкива 11, а сам шкив

11 посажен на один конец оси 12. В отверстии канавки закреплен трос 7 противовеса, который через ролики 16, 17 и кольцо 18 связан с противовесом 6, при этом трос 7

Изобретение относится к области контроля и измерения уровня жидкости и может быть использовано для контроля уровня воды в резервуарах, а также в фильтрах, водозаборных сооружениях, открытых водоемах, в каналах и реках.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение диапазона измерений. На фиг.1 — 5 представлены схемы предлагаемого устройства для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах.

Устройство содержит поплавок 1, подсоединенный к одному концу троса 2 поплавка, а снизу поплавка 1 закреплен плоский груз 3, и вместе они помещены в первую направляющую трубу 4. а трос 2 поплавка, пройдя через первый направляющий ролик 5 с канавкой и первый натягива-. ющий ролик 8, закреплен другим концом в винтовой канавке 9 при помощи отверстия

10 на поверхности калиброванного шкива

11, а сам калиброванный шкив 11 посажен на один конец оси 12 и зафиксирован на нем при помощи гайки 13 фиксации.

B отверстии 14 канавки 15 для намотки троса 7 противовеса закреплен один конец троса 7 противовеса, который, пройдя через второй натягивающий ролик 16 с канавкой, второй направляющий ролик 17 с канавкой и кольцо 18 фиксации нулевого уровня, вторым концом связан с противовесом 6, который помещен во вторую направляющую трубу 19 с закрытым дном.

При этом следует отметить, что трос 7 противовеса наматывается в канавке 15 против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке 9. Блок 20 преобразования поворота оси калиброванного .шкива в пропорциональный электрический сигнал содержит подшипник 21, смонтированный в передней стенке 22 корпуса блока

20, ведущее 23 и ведомое 24 зубчатые колеса, сдвоенный потенциометр 25 с осью 26, а также болт-держатель 27, на котором помещен сдвоенный потенциометр 25 и который зафиксирован в прорезе 28 боковой

30 противовеса наматывается против направления намотки троса 2 поплавка. Калиброванный шкив 11 связан с сдвоенным потенциометром через зубчатую передачу, а сдвоенный потенциометр связан через промежуточный блок с регистрирующими и контролируемыми приборами, 5 ил. стенки 29 корпуса блока 20 помощью двух гаек 30 фиксации. Механическая связь калиброванного шкива 11 с осью 26 сдвоенного потенциометра 25 осуществляется с помощью оси 12, помещенной в подшипник

21. На один конец оси 12 закреплен калиброванный шкив 11,.а на другой конец ведущее зубчатое колесо 23, сцепленное с ведомым зубчатым колесом 24, посаженным на ось 26 сдвоенного потенциометра 25, а выходные клеммы 31 сдвоенного потенциометра 25 включены между собой параллельно и электрически связаны с промежуточным узлом 32, который состоит из блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, блока 34 согласования и блока 35 коммутации, причем крайние неподвижные концы сдвоенного потенциометра 25 связаны с выходами блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, а параллельно включенные подвижные контакты (ползунки) сдвоенного потенциометра 25 связаны с входом блока 34 согласования (фиг,4), выходы которого одновременно связаны с клеммой 36 для подключения к телемеханике, с аналоговым показывающим и контролирующим прибором (типа М1830М1К) 37. с аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором (типа КСУ2-089) 38, а выходы приборов 37 и 38 связаны с входами блока 39 сигнализации, к другим входам которого также подключены лампы 40 и 41 предупреждающей сигнализации верхнего ком 39 сигнализации связаны также выходы блока 35 коммутации. входные цепи которого подсоединены к электродам датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийных уровней; верхнего 43, нижнего 44 и "земля"

45, а с помощью релейных сигналов (сухой контакт), выданных через выходные клеммы

46, блок 35 коммутации может произвести автоматическое закрывание входных и выходных задвижек с электроприводом (при наличии таковых) резервуара, а через выходные клеммы 47, блок 39 сигнализации

1679204

20

35

55 может передать релейные сигналы (сухой контакт) в системе автоматического регулирования. К блоку 39 сигнализации подключены также блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока и сирена 49.

На фиг.4 и 5 представлены в раскрытом виде соответственно электрические схемы блоков 34 и 35 промежуточного узла 32 и блока 39 сигнализации. Промежуточный узел 32 (фиг.4) кроме блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, который выдает три стабилизированных напряжения — (+)15, (-)15 и (+)24 В,— также содержит блок 34 согласования, состоящий иэ трех идентичных отдельных блоков: 34, 34", и 34", каждый из которых монтируется на базе операционного усилителя У1 в микроэлектронном исполнении и

I, выходного транзисторного каскада T> Тем самым осуществляется преобразование входного уровня электрического напряже,. ния, снятого с ползунка сдвоенного потенциометра 25, в унифицированные токовые сигналы (0-5 мА), Блок 35 коммутации состоит из двух трехкаскадных транзисторной и транзисторно-релейных схем. Входные цепи первых каскадов связаны с электродами

43 — 45 датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийных уровней воды, а контакты электромагнитных реле выходных каскадов осуществляют коммутацию запускающих электрических цепей входных и выходных электрических задвижек резервуара, а также передают релейный сигнал (сухой контакт) в блок 39 сигнализации для включения сирены 49.

Устройство работает следующим образом.

При изменении уровня воды (жидкости) перемещается на соответствующую величину поплавок 1 с плоским грузом 3. При этом соответственно поворачивается калиброванный шкив 11. На соответствующий угол поворачивается и ось 12 калиброванного шкива, на другой конец которой посажено ведущее зубчатое колесо 23, которое сцеплено с ведомым зубчатым колесом 24, и по° ворачивает последнее на соответствующий угол. Диаметры и количество зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес выбираются в соответствии с диапазоном изменения уровня воды, т.е. с максимальной глубиной резервуара. Если, например, диаметр калиброванного шкива 11, а точнее диаметр винтовой канавки 9 калиброванного шкива

11 выбран равным 31, 84см, то один полный оборот калиброванного шкива 11 соответствует вертикальному перемещению поплавка 1 с плоским грузом 3 на 1 м, и, если диапазон измеряемого уровня лежит в пределах 0-1 м, то тогда для определения длины троса 2 поплавок 1 с плоским грузом 3 опускается на дно контролируемой емкости, а другой конец троса 2 закрепляется на калиброванном шкиве 11 через отверстие 10 винтовой канавки 9. Аналогично закрепляется и трос 7 противовеса через отверстие 14 в канавке 15, при этом, заранее намотав на нее на один виток против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке

9, диаметры и количество пар ведущего 23 и ведомого 24 зубчатых колес соответственно выбираются в соотношении 1: 1, т.е, одинаковые. Диаметры зубчатых колес можно брать, например, 01 = Dz = 22 мм, а количество зубьев одинаковым; Wt - W2 = 28 зубьев. Если резервуар или фильтр имеет глубину до 3 м, т,е. диапазон измерения уровня воды определяется 0 — 3 м, то тогда выбираются соотношения зубчатых колес 1

: 3, т.е, ведущего, например, выбираем диаметром D> = 14 мм, количеством зубьев

W) = 16, и ведомого с диаметром Dz = 40 мм и количеством зубьев Wz = 48 и т,д.

Такое соотношение зубчатых передач выбирается по той причине, что сдвоенный потенциометр 26 однобортный, а диаметр калиброванного шкива 11 был выбран равным 0 = 31,84 см, т.е. длина его окружности равна 1 м, а диапазон глубины измеряемого резервуара (фильтра) равен 0 — 3 м, Следовательно. ось 26 сдвоенного потенциометра 25 всегда совершает только один оборот, и значение уровня электрического напряжения на его выходных клеммах 31 меняется в один и тот же диапазон, например 0 — 10 В, а калиброванный шкив 11 при коэффициенте передачи 1;3 совершает три оборота, поскольку его один оборот соответствует изменению уровня на 1 м. В этом случае трос поплавка наматывается по винтовой канавке 9, при этом сохраняя заданный диаметр 31,84 см, что обеспечивается за счет того, что трос 2 поплавка укладывается в канавке 9 по винтовому принципу, и сохраняется заданный диаметр 31,84 см.

Это достигается за счет того, что трос 2 поплавка 2 натянут по канавкам винтовой канавки с помощью первого натягивающего ролика 8 с канавкой, который может одновременно свободно вращаться вокруг своей оси и передвигаться на всю ширину винтовой канавки 9.

С целью сохранения высоких метрологических характеристик предлагаемого устройства-уровнемера на небольшое расстояние (до 300 — 350 м) устанавливают промежуточный узел 32, от которого производится питание стабилизированным напряжением сдвоенного потенциометра 26 и

1679204

45 получение пропорционального уровня воды в резервуаре электрического сигнала в виде уровня электрического напряжения. С целью обеспечения дальнейшей передачи электрического сигнала. на большие расстояния, повышения надежности функционирования устройства и расширения его функциональных возможностей с помощью блока 34 согласования промежуточного узла 32, производится преобразование уровня входного напряжения в унифицированные токовые сигналы 0 — 5 мА одновременно по трем независимым каналам; 34, /

34", и 34 (фиг.4). Развязка между каналами осуществляется при помощи диодов D>, 02, Оз. Каждый из каналов идентичен один другому и состоит из операционного усилителя

У1 на интегральных микросхемах, входного переменного резистора R> и сопротивления обратной связи Rz, кремниевого транI зистора Т> в базовую цепь которого включены переменный резистор Йз и постоI янное сопротивление R<, а в эмиттерную

I цепь включено сопротивление Re. В коллекторную цепь включены последовательно

/ I конденсатор С1 и резистор Rg, а токовый сигнал "снимается" с обкладок конденсато/ I ра С1. Сопротивление Кт включено с целью ограничения значения унифицированного токового сигнала.

С выходов блока 34 согласования токовые сигналы передаются по трем. отдельным направлениям и можно подключить три отдельные потребители, в частности через клеммы 36 подключается периферийный шкаф телемеханики, а также аналоговый показывающий и контролирующий прибор (типа M1830M1K) 37, аналоговый регистрирующий и контролирующий прибор (типа КСУ2-089) 38. Такое решение вопроса передачи и воспроизведения электрического сигнала пропорционального измеряемого уровня воды существенно повышает надежность функционирования устройства в целом, поскольку в случаях выхода из строя одного или даже двух устройств или канала связи на третьем приборе воспроизведения все же можно получить информацию об уровне воды в контролируемом резервуаре. Кроме того. с помощью аналогового показывающего и контролирующего прибора 37 (типа

М1830М1К) одновременно осуществляется как дистанционное наблюдение за изменением уровня воды в резервуаре, так и автоматический контроль за граничными значениями изменения уровня воды в ре зервуаре. С этой целью данный прибор снабжен фотоэлектронной системой контроля, т.е. с помощью установки затемняю5

35 щих лент по шкале прибора на соответствующие расстояния можно установить значения предупреждающих граничные уровни воды в резервуаре. Когда светящий "зайчик" зайдет на нижний или верхний край затемняющих лент, на соответствующем выходе образуется электрическое напряжение отрицательной полярности, которое подается на "Вх1" или "В 2" блока 39 сигнализации (фиг.5) и притягивает электромагнитное реле либо Р1, либо Pz, т.е. в зависимости от того, в сторону наполнения или опорожнения изменяется уровень воды в резервуаре.

Допустим, уровень воды в резервуаре повышается и достигает предупреждающего значения,-тогда на "Вд" блока 39 поступает уровень напряжения (-) UB и срабатывает реле Р1 блока 39 сигнализации (фиг.5). В результате замкнутся его нормально-открытые контакты 1Р1 и 2Р1 соответственно в цепи питания мультивибратра "МВ" и базовой цепи транзистора Т6, Мультивибратор

"MB" начинает генерировать импульсы отрицательной полярности с частотой 1 Гц и соответственно по данной частоте .начнт открываться и транзистор Т6, а лампа 40 предупреждающей сигнализации верхнего уровня начнет мигать, оповещая о том, что уровень воды в резервуаре увеличивается и может произойти переливание.

Аналогично происходит действие в сторону опорожнения резервуара. В данном случае электрический сигнал отрицательной полярности (-) 0 поступает уже íà "BXz" блока 39 сигнализации и срабатывает электромагнитное реле Р2, а мигать начнет лампа 41 предупреждающей сигнализации нижнего уровня.

Если, допустим, по какой-то причине дежурный диспетчер не заметил предупреждающее мигание ламп 40 или 41 или же отказала поплавковая система измерения уровня воды, а уровень воды в резервуаре продолжает увеличиваться или уменьшаться, то устройство снабжено датчиком-сигнализатором 42 предельных предаварийных уровней воды и поэтому при достижении уровнем воды верхнего электрода 43 или опускании. ее ниже электрода 44 в блоке 35 коммутации промежуточного узла 32 срабатывает либо электромагнитное реле Р1, либо

Р2 (фиг.4), При срабатывании электромагнитного реле Р>, т.е. при уменьшении уровня воды в резервуаре ниже предаварийного уровня замыкаются его нормально-открытые контакты 1Р1 и 2Р1. В результате включается на закрытие выходная задвижка и передаетея сигнал на вход блока 39 сигнализации в диспетчерский пункт, где срабатывает электромагнитное реле Рв (фиг.5) и

1679204

15

30

50 включается звонок или сирена 49. Аналогично происходят действия при срабатывании электромагнитного реле Р2, т.е. в случае переполнения резервуара. В данном случае после замыкания нормально-открытых контактов 1Р t и 2Р1с одной стороны запускается электропривод входной задвижки и подача воды в контролируемый резервуар прекращается, а с другой стороны посылается сигнал в блок 39 сигнализации, где снова срабатывает электромагнитное реле

Р5 и включается сирена 49.

Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуаре позволяет поддержать уровень воды в резервуаре в требуемом узком интервале изменения уровня. С этой целью устройство снабжено аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором(типа КСУ2-089)

38. Он является автоматическим самописцем, который позволяет регистрировать изменения уровня воды во времени с одновременными возможностями установ-. ки требуемых значений нижнего и верхнего уровней воды в резервуаре, а точнее тот узкий заданный интервал колебания уровня воды, который необходим для оптимального ведения технологических процессов, С этой целью прибор 38 на передней шкале имеет две подвижные микроконтакты "К " и "К ", соответствующие нижнему и верхнему уровню, которые устанавливают и фиксируют по требованию. При выходе уровня воды из заданного узкого интервала изменения уровня е блоке 39 сигнализации срабатывает либо электромагнитное реле Рз, либо Р4 (фиг.5), т,е. в зависимости в какую сторону (a сторону понижения или повышения уровня) изменяется уровень воды за пределами установленного узкого интервала, замыкается либо контакт "К", либо "К," прибора 38 в цепях питания электромагнитных реле Рз и Р4 (фиг,5),Следовательно, замыкается либо нормально-открытый контакт 1Рз, либо нормально-открытый контакт 1Р4, которыес помощью клеммы 47 включаются в систему автоматического регулирования.

Питание электрическим напряжением постоянного тока отрицательной полярности(-)Еп блока 39 сигнализации осуществляет блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока.

Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуаре является универсальным устройством. Оно позволяет очень простыми манипуляциями и при этом абсолютно не меняя конструкцию, задаться разными диапазонами измерений: 0-1, 0-2,...0-6 м, которые практически охватывают глубины всех фильтров и реаервуаров водопроводного хозяйства, С этой целью в комплект устройства входят разные пары ведущего и ведомого зубчатых колес для осуществления, коэффициентов передачи 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5и1::6. При этом ведущее зубчатое колесо, которое. меньше по диаметру и шире, устанавливают и закрепляют на другой конец оси 12 калиброванного шика 11, а ведомое зубчатое колесо, которое больше диаметром и уже по ширине, устанавливают на ось 26 сдвоенного потенциометра 25 (фиг.3), После этого, варьируя состоянием болта-держателя 27, на котором помещен и закреплен сдвоенный потенциометр 25 и который позволяет одновременное перемещение в двух плоскостях — по вертикали и по горизонтали, осуществляют центровку осей и сцепление зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес.

Потом с помощью двух гаек 30 осуществляют фиксацию болта-держателя 27 в прорезе

28 на боковой стенке 29 блока 20 преобразования поворота оси калиброванного шкива в пропорциональный электрический сигнал. Естественно, что при этом на приборах 37 и 38 устанавливают соответствующие шкалы, Благодаря использованию герметичного малогабаритного и серийного выпускаемого отечественной промь.шленностью сдвоенного потенциометра типа ПТП-5 кг, который состоит из двух отдельных потенциометров, повышается надежность работы устройства в целом, поскольку в случае выхода из строя одного из двух потенциометров другой выполняет те же функции.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах, содержащее поплавок и противовес, один из которых связан с тросом поплавка, а другой с тросом противовеса, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона измерений, оно дополнительно снабжено направляющими трубами, в которых установлен соответственно противовес .и поплавок, при этом направляющая труба для поплавка выполнена с отверстиями в нижней части, а направляющая труба для противовеса с глухим дном, тросы поплавка и противовеса закреплены в канавках калиброванного шкива, а. направление намотки троса противовеса противоположно направлению намотки троса поплавка, а калиброванный шкив закреплен на оси. связанной посредством зубчатой передачи с осью сдвоенного потенциометра, установленного в корпусе, при этом ось калиброванного шкива установлена в под11

1679204

12 шипнике, вмонтированном в передней стенке коопуса, а сдвоенный потенциометр размещен в держателе, установленном в прорези боковой стенки корпуса с возможностью вертикального перемещения и связан с промежуточным узлом, состоящим из последовательно соединенных блока стабилизированных источников питания, блока согласования и блока коммутации, связанного с контактными электродами датчикасигналиэатора предельных уровней воды, также установленного в измеряемой среде, е выходы промежуточного узла соединены с

5 регистрирующими и контролируемыми приборами; блоком сигнализации, выходы которого соединены с сигнальными устройствами, регистрирующими и контролируемыми приборами.

1679204

Фиг.4

1679204

Составитель Т.Сергеева

Техред М.Моргентал Корректор З,Лончакова

Редактор Е.Папп

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

Заказ 3201 Тираж 402 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб.. 4/5