Сигнализатор уровня

 

Использование: контрольно-измерительные приборы уровня низких или сыпучих сред. Сущность изобретения: емкостный датчик состоит из двух проводников, круглого диска и стакана с дном такого же радиуса, между диском и кромкой стакана предусмотрен зазор и стакан заполнен однородным материалом с осевым отверстием , через которое проходит провод, соединяющий диск с базой транзистора преобразователя, который также соединен с наружной поверхностью дна стакана, t ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 F 23/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ (21) 4941695/10 (22) 29.04.91 (46) 30.04.93. Бюл, М 16 (75) И.В. Ильинский и А,И. Степура (73) И,В. Ильинский (56) Авторское свидетельство СССР

Ие 533829, кл. G 01 F 23/26, 1973. (54) СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ (57) Использование; контрольно-измерительные приборы уровня низких или сыпуИзобретение относится к контрольноизмерительным приборам уровня жидких или сыпучих сред путем измерения электрической емкости конденсаторного датчика в присутствии этих сред и может быть использовано для технологического контроля уровней агрессивных, взрывопожароопасных, вязких, нагретых сред с диэлектрической проницаемостью, большей диэлектрической проницаемости воздуха в химической, нефтеперерабатывающей, деревообрабатывающей и других областях промышленности и сельского хозяйства.

Целью изобретения является увеличеwe чувствительности сигнализатора к наличию контролируемой среды и бесконтактная сигнализация этой среды.

На чертеже изображен заявляемый бесконтактныйый сигнализатор уровня.

Он содержит емкостный датчик 1; преобразователь 2, пороговое устройство 3 и исполнительный элемент 4.

Емкостный датчик 1 состоит из двух проводников: круглого диска 5 радиуса а и стакана 6 с донышком такого же радиуса.

Цилиндр заполнен средой с диэлектриче,, SU 1813202 АЗ чих сред. Сущность изобретения: емкостный датчик состоит из двух проводников, круглого диска и стакана с дном такого же радиуса, между диском и кромкой стакана предусмотрен зазор и стакан заполнен однородным материалом с осевым отверстием, через которое проходит провод, соединяющий диск с базой транзистора преобразователя, который также соединен с наружной поверхностью дна стакана. 1 ил. ской проницаемостью Р 2, например, полистиролом. Толщина обоих проводников по- у стоянна по поверхности и пренебрежимо мала. Длина цилиндра равна h>(h< =h) и выбирается из соотношения 1 а/hi «0,5. а

Ф

Между круговым диском 5 и кромкой цилиндра предусмотрен круговой зазор шириной примерно 0,04а и глубиной на толщину стен- ъ ки стакана. В диэлектрической среде и до- QQ нышке стакана предусмотрено осевое. отверстие, через которое проходит токопроводящий электрод, который соединяет круговой диска 5 с базой транзистора 7 преобразователя 2. Исходя из требуемой точности контроля заполнения промышленных емкостей сыпучими материалами и жидкостями, радиус а рекомендуется выбирать от 10 до 25 мм. Внутренняя среда в емкост- () ном датчике 1 должна иметь диэлектрическую проницаемость я 2 не на много больше диэлектрической проницаемости воздуха е (не более чем 2,5 раза) с тем, чтобы не получалась непроницаемая граница для силовых линий электростатического поля, а это возможно когда E z/ e» 1.

Зазор между кромкой стакана 6 и круговым

1813202

3 4 диском 5 определяется из соображений не- диэлектрической проницаемости воздуха допущения замыкания и утечки электроста- е 1 (необходимо, чтобы граница Этих облатичеСких зарядов:. :. ::::.-..-., :::." -": ., СтЕй была проводящей, е 1/е < 1) и СОПреДатчик 1 может.бйть изготоэлен из по- деленными геометрическими размерами, листирола с диэлектрической проницаемо- 5 вызывафт. поляризацию контролируе ю z=2,2-:2,5. Заготовка из полистирола среды, пропорциональную напряженнос, в де:круглого цилиндра; например. диа-: созданного электростатического поля, т .е. метрам.40 мм и:длиной 20 мм гальваничв- . напаверхйости внесенной дйэлектрической ским способом покрывается медью. После "" среды образуются поляризацианные заря-. зтого делается кольцевой:. зазор и осевое:10 дь|. Таким. образом, напряженйость электвод.д. - .,, ... - ..- -, . складывается из напряженности, создаваеэлектрический сигнал.собран по схема не- : сти, создаваемой паляризационным . симметричного мультивибратора с емкост- 15 зарядам:контролируемой среды. При постоной резисторной змигтерной связью на янном напряжении, прилаженном к емкастдвух транзисторах 7.,8 с времязадающйми ному датчику, происходит йзменеййе переменным сапротивлейиеЫЯ и канденса- . заряда на его йроваднйках Б и 6, чта прива- тором 10;. включенным между средним вы- - .: дит,к изме водам : сопротивления 9: и змиттером 20 емкости датчика 1 будет,-тем больше,:чеМ и м транзистора 7, Между базой транзистора 7 больше йлощэдь перекрытия кантрсаг и ф з иттером транзистора 8 включен рези-: майсредой площади круглагаДИСкаб, мейь стор:обратнойсвязи11,Переменноесопро- ше расстояния 1 до нее и большая ивление.9" является подстроечным; с: дизлектрическая прайицаемость. г зтай помащьв которого сйгнализатар нэстраи- 25 среды. Благодаря саэдаваемаму мощному лируемой среды и ограждения емкости, где 1 реагирует на изменение контролир е о ди сл: эта среда; Кроме этого в: преоб- . среды на расстаяйии 1, определяемом. возразователе:2 предусмотрены сойративле- душным зазором, т.е. атсутСтвует" неп®ред . ния 12, 18 эмиттерной и коллекторнай 80 ственный .. контакт датчика 1 с .. нагрузкиисопративлэние14базавага сме- контролируемой средой. Например, для щения: транзистора 7, а ега змиттер саеди- приведенной:выше конструкции датчика 1 нен со вторим проводником (стаканом 6) при контроле измельченной древесины емкастнага датчика 1.:.::;: -: .:: ":: влажность3, датчик реагировал на расстоРаботает сигнализатар следуй)щим аб- Э5 янии уже 40:мм., p83opii:. При подключении ситнализатора к . Висходномсостоянии, когдаотсутствуисточнику питанйя на проводниках емкост- ет койтролируемая среда, мультивибратар ,: "нага датчика 1 — круглом диске 5 и:Стакане находитсявзатарможеннамсостоянии. При 6 — возникают одинаковые по значению, на "-:зтам транзистор 7 открыт, а транзистор 8 йротивопаложнь® по знаку заряды, находя- 40 закрыт. Начальное смещение на 6 д р эными потенциалами. При зистора7задаетсятоком протекающ м,образуется внутреннее и внешнее . рез резистор обратной связи 11. Степэнь

-(краевое нйФ датчика с напряженностью, которая в ременным сопротивлением 9. При увеличел обойточкеэтогополяопределяется одно-,"5 нии напряженйя на его я н ега среднем выводе значна как решение уравнения Пуассайа.:: напряжение на базе транз с ор 7 зист "a умень- . д, ч о по кромке цилиндрического .—: шаэтся(атносительнаобщегопровадэ)инапроводника 6, обращенной кдиску5(второ- оборот. Как видно из чертежа емкос у р воднику емкостного. датчика), плот- . датчик 1 подсоединен парэллельно эмит нос*гь зарядов". будет - наибольшая, 50 терному переходу транзистора 7 и заряжен следовательно,: возрастает и напряжен- . до напряжения Оь. При внесении в элект"ность краевого поля. Силовые линии этого ростатическае пале дэтЧи

, йодля о разуют в воздухе чта-та наподобие мой среды его емкость увеличивается, тем торойда ; который охватываетдискавый про- самым уменьшается его комплексное со вадник 5, обращенный к контролируемой 55 противление. Это приводит к вы нию потенциалов базы и эмиттера

Внесение в эта электростатическое по- .трэнзистора 7. Последний закрывается, и ,ле контролируемой среды с дйэлектриче- открываетсятранзистор8.Времязадающий ской проницаемастью г, большей конденсатор 10 быстро разряжается через

1813202

"I открытый транзистор 8. Формирование им- фиксируется предложенной схемой преобпульса заканчивается в момент выхода разователя. Начальная емкость Со емкосттранзистора 8 из насыщения, после чего ного датчика 1 имеет малое абсолютное потенциал его базы начинает уменьшаться; значение, например 2...6 пФ, в то ввемя как и он запирается. В мультивибраторе разви- Б приращение емкости Л С получаек6:я соизвается лавинообразный процесс, приводя.- мериМым с Ср. Последний эффект г олучаетщий его в состояние, при котором ся за счет повышения напря фнности конденсатор 10 снова окажется заряжен-. краевогоэлектростатическогопол образоным. При нахождении контролируемой сре- ванного большой концентрацией электриды в поле действия датчика 1 описанный 10 ческих зарядов на острие кромки процесс будет все время периодически по- цилиндрического проводника б емкастного . вторяться. При достижении определенного ." датчика 1.. урОвня амплитуды этих колебаний срабаты- ... Сравнительные испытания показчали, вает пороговое устройство 3 и исполнитель- " что при однолм и том же характерном размвный элемент 4, являющийся нагрузкой Ю ре (радиусе a) напряженность краевого последнего..: ..:..., .. -:.: электростатического поля Заявляемогоемко-

В качестве исполнительного элемента стйого датчика значительно больше напряможно использовать электромагнитное ре-: .: женности внешнего. электростатического ле и йосредством его контактотв включать : поля плоскогоконденсаторногодатчикатипа йли выключать Сигнализацй1ор или исполни-, 20 СУС, например, СУС-11, серийно вЫйускае- тельн ый механизм регулирования уровня : . маго промышленностье. измеряемого материала, Как указывалось выше; емкостный дат- -,, : Ф.о р м у л а и за б р е т е н йт я чик 1 сигнализатора может реагировать на контролируемую среду на нватором рас- 28::. :1; Сигнглизатор урорвйя, содерЖатщий стоянии, т.е. через воздушный зазор. В::- лектртастатическийдатчикиздвух проводбольшинстве случаев контролируемые сре-: —.,:- "Ников, первый из которых выполнен в вйде ". ды находятся:в металлических емкостях. По- .:: дйскай и измерительиую схему, о т А вчр а Ы,этому при нейосредстВейном KGHTQKTe". шийся тем, что, о -цеаьа повышения датчика 1 с металлической поверхностьн> ЗО чувствительности,внеговведанпреобразо- ", произойдет закорачивание обкладак кон- . ватель емкости дйгччичк денсаторного.датчикка 1 на землю, При уста-: вал, второй проводник выполней в форме йовке датчика 1 на некотором удалении от., стакана, зайолнЕн однородйымт материа- - "металлйческой поверхности последний бу- .. лом, диэлектрическая проницаемость хоТо- ., дет реагировать именно на металл, так как 36 рого ие превышает дизлектрйческую. .его диэлектрическая- проницаемость во . проницаемость воздуха более чем в,2.6 ра-,,. много раз больше диэлектрической прони- . " эа. радиус дна стакана равен радиусудиска, цаемости контролируемой среды. Поэтому в : первый проводник через осевые отверсртия местеустановки датчика 1 сигнализатора на " в одночродном материале идйе второго прометаллических:ограждениях необходимо 49. водника соединен с первым входом преоб-;, предусматривать проемы, заделанные ма- .. разователей емкости датчика а . териалами с диэлектрическими проницае-: электрическййсигйал, второй вход которого мостями, не намного большими таковой соединен с наружной поверхноСтью дна воздуха. При установке сигналиэатор нвоб- стакана, при этом первый проводник pectloходимо отстраивать в отсутствие контроли- 45 ложен соосно со вторым проводником и от- " " руемой среды с помощью переменного eTGNToTего кромки на расстояние 0,04а,а резистора 9 от наружной среды (огражу-;: отдна стакана - на расстояние h, определяния, проема с диэлектрической перегород- емое из соотношения

KoA).

Благодаря пр,дложенной конструкции бО . n О 5 "д а - р д"у " "б емкостного датчика 1 и схемы преобразова- вого проводника. теля 2 емкости. в электрический сигнал уда- "... 2. СигнализаторпопЛ; отлича ющийлось в.целом существенно повысить" -: сятем,чтопреобразовательемкостидатчичувствительность сигнализатора-к контро- .. кавэлектрический сигнал выполнен посхе- лируемой среде. То есть, для заявляемого % ме транзисторного мультивибратора с емкостного датчика отношение прираще-: емкостной резисторной эмиттерной ния емкости Л С, получаемого при внесе- связью, при этом первый проводник подсо-. нии контролируемой среды, к значению единенкбазе,а второй-кэмиттерупервого емкости Со без контролируемой среды явля- транзистора, база которого через сопротивется большой величиной, которая хорошо ление соединЕна О вииттерои второго трен.

1813202

Составитель Т,Сергеева

Техред М.Моргентал . Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 1595 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зистора, куда также подключено перемен-. ное сопротивление, которое своим средним выводом через времязадающую емкость соединено с змиттером первого транзистора.