Фотоэлектрический дистанционный уровнемер

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 F 23/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/.D (21) 4877443/10 (22) 24,10.90 (46) 23.01.93. Бюл. ¹ 3 (71) Ташкентский политехнический институт им.А,P.Áèðóíè (72) Н.М.Захидов и И.Я.Мурзайкин (56) Авторское свидетельство СССР

N 847054, кл. G 01 F 23/44, 1978. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ 4ИСТАНЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР

„„5U„„1789873 А1 (57) 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 6, и индуктивного датчика импульсов 10. 3 ил.

1789873

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для дистанционного измерения уровня жидкости и сыпучих сред, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и ромы шлен ности, QR редел ении уровня BO" ды в гидрологических скважинах и водоемах и в других областях народного хозяйства.

Из пэтентно-технической литературы извеСтно устройство индуктивный уровне- "О мер, сорерййций разомкнутый магнитопровод 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 каж- . дом конце включены попарно встречно, верхняя и нижняя обмотки возбуждения соединены между собой согласно, и измери- 20 тельные обмотки соединены последовательно и согласно. Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон измерений и невозможность измерения уровня неметаллических ве- 5

I ществ, Также известно устройство уровнемер сыпучих сред, содержащее электропривод на валу которого укреплен барабан с намотанным на нем тросом с грузом, датчик на- ЗО тяжения, состоящий из ролика с пружиной и выключателя, релейную схему управления, датчик импульсов, выполненный на магнитоуправляемых контактах укрепленных по окружности, соединенных парал- З5 лельно и подключенных к счетчику импульсов через релейную схему управления, На тросе укреплен постоянный магнит большего сечения, чем трос, который управляет контактом, соединенный через релей- 40 ную схему с электромагнитной защелкой, состоящий из электромагнита, якоря с профилированными отверстиями и пружину.

Недостатком устройства является относительная сложность механической ча- 45 сти.

Известно устройство, содержащее стабилизированный генератор, эмиттерный повторитель, подключенный к трансформатору, связанному с емкостным датчиком и 50 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 заполненияия 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 на торце поплавкового колеса спиральной проточке, шаг которой равен ширине приемной канавки, выполненной замкнутой. Линейность измерения уровня в устройстве достигается за счеттого, что сопротивление спирали потенциометра изготовляется пропорциональным линейной длине спирали, а диаметр троса поплавка изготавливается равным шагу спирали, Недостатками известного устройства являются: — ограниченный диапазон измерений, из-за ограничения длины троса в зависимости от количества витков спирали, и невозможности укладки троса не более одного слоя, влияет также ширина стенок канавки, увеличение же диаметра с целью увеличения диапазона может привести к увеличению габаритов устройства; — недостаточная надежность измерений, из-за влияния температурного коэффициента сопротивления и неоднородности высокоомного проводника — спирали и наличие недостаточно надежного съемного узла; — ограниченная функциональная возможность, т.к. устройство предназначено для измерения уровня жидких сред; — невозможность использования устройства для измерения уровня взрывоопасных жидкостей из-за наличия контактной связи между спиралевидными проводниками и контактными элементами.

Цель изобретения — увеличение диапазона измерений, повышение измерений путем исключения контактного съемного узла и спиралевидного проводника, расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения уровня сыпучих сред, и повышение взрывобезопасности устройства, путем исключения открытых электроконтактных узлов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве содержащем вращающийся 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 ка1789873 нала, где соосно установлены с одной стороны светодиод, а с другой фотоприемник, другая часть жгутов пройдя сквозь боковые отверстия канала объединяется в один световодный 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 оптоэлектронного 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 сгенок 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 волокон но-оптический трос фе рромагнитных 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 тол ько световодный трос, барабан и оптический блок, где отсутствуют нагревающиеся, элек5

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

На фиг. 1 показана электронная блоксхема и механическая часть устройства (для наглядности толщина волоконно-оптического 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 волоконно-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 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 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 пропущен 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, выполненную с возможностью перемещения в вертикальном направлении, связанный с поплавком 15 и ограничителем 16, торцевые концы жгутов 3, 4 повернуты друг к другу, двух двухвходовых триггеров 17, 18 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

1 посредством кинематической связи 26, защитного корпуса 27.

Описываемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии световой поток от светодиода 5 войдя через торцевой конец волоконно-оптического жгута 3 затеняетс 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

1789873

15

40 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 притормозится, 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 электро- 25 двигатель 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, отл ич а ю щи йс я 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 фото п ри ем н и ком, 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

1789873

1 юг 2

30

40

Составитель T. Сергеева

Техред М.Моргентал Корректор С. Пекарь

Редактор Т. Шагова

Заказ 344 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 магнитоуправлямые выключатели, при этом выходы фотоприемника и первого магнитоуправляемого 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 магнитоуправляемым 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.

11

Ц

1Ф