Устройство для автоматического контроля заполнения резервуаров

 

Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор 1 с первичной и вторичной обмотками, выпрямители 3, 19, накопительный конденсатор 4, ограничительный резистор 6, охранный электрод 5, электроды 7 и 8 верхнего и нижнего уровней, резисторы 9, 10, 14 - 17, 22, элементы помехозащиты, выполненные конденсаторами 1, 2 и 13, измерительный блок 11, автокомпенсатор утечек тока, выполненный в виде конденсатора 18 и транзисторов 20, 21, усилитель напряжения, выполненный в виде резисторов 23, 24, исполнительное реле 25. 4-6-23-21-2-19-18-4-3-2, 23-24-17-12-11-25, 24-16-13-11, 19-22-21, 19-20-16-13, 20-17-12, 7-9-12, 8-10-13, 5-14-12, 5-15-13, 4-14, 4-15. 1 ил.

Изобретение относится к приборам для автоматического контроля заполнения резервуаров сыпучими и жидкими электропроводными материалами, например углем, породой, силосом, мукой, суспензиями, химреагентами и т.д. и предназначено в основном для использования в условиях взрывоопасной среды на предприятиях горнодобывающей, химической, нефтяной промышленности и в сельском хозяйстве.

Известно устройство для контроля уровня сыпучих и жидких взрывоопасных сред, основанное на принципе измерения активного сопротивления между электродом датчика и контролируемой взрывоопасной средой, состоящей из датчика, содержащего измерительный и охранный электроды, измерительного блока, связанного с упомянутым датчиком линией связи, исполнительного органа и источника питания (авт. св. СССР N 489958, кл. G 01 F 23/24).

Условием работы такого устройства является наличие в цепи положительной обратной связи меньшего сопротивления, чем в цепи отрицательной обратной связи. При контакте электрода с контролируемым материалом сопротивление в цепи отрицательной обратной связи становится значительно меньше, чем в цепи положительной обратной связи компаратора, что приводит к срыву релаксационных колебаний, а следовательно, и срабатыванию устройства.

Чувствительность устройства определяется чувствительностью компаратора и зависит от переходного сопротивления среды между электродами и величины приложенного напряжения. В условиях утечек по поверхности датчика, вызванных наличием токопроводящей пыли и ее увлажнением, сопротивление между измерительными и охранными электродами может снижаться до нескольких десятков килоом. В связи с этим величины сопротивлений в цепи положительной и отрицательной обратной связи компаратора выравниваются, что приводит к ложным срабатываниям устройства для контроля уровня. Вследствие этого эксплуатационная надежность указанного устройства недостаточно высока.

Особенно негативное влияние активных утечек тока по поверхности датчика сказывается при контроле двух уровней заполнения резервуара. Это обусловлено тем, что слой токопроводящей пыли между охранным электродом и заземленным корпусом резервуара, служащим одним из измерительных электродов, снижает при прочих равных условиях чувствительность вдвое по сравнению с одноуровневым устройством.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для двухуровневого контроля заполнения резервуаров электропроводной средой, содержащие трансформатор с вторичными обмотками, одна из которых через выпрямитель подключена к конденсатору, являющемуся оперативным источником, одна обкладка которого присоединена к охранному электроду, а другая через ограничительный резистор к "земле", и двухканальный измерительный блок, входы которого через элементы помехозащиты присоединены к электродам верхнего, нижнего уровня и охранному электроду, а выходы измерительного блока через оптронный блок присоединены к исполнительному органу.

Устройство обеспечивает эффективный двухуровневый контроль заполнения резервуаров в условиях взрывоопасной среды. Это осуществляется решением измерительного блока, во входных цепях которого установлен элемент помехозащиты, а выходные цепи через оптронный блок присоединены к исполнительному органу. При этом обеспечено гальваническое разделение входных искробезопасных цепей от искроопасных выходных цепей, трансформатор питания выполнен стойким к коротким замыканиям, обеспечены требуемые по условиям искробезопасности пути утечки и электрические зазоры.

Устройство работает следующим образом.

При касании электрода нижнего уровня заполняемого материала в цепи датчика от оперативного источника начинает протекать постоянный ток, который по каналу нижнего уровня измерительного блока усиливается и подается через оптронный блок и балластный резистор к исполнительному реле. Величина балластного резистора выбрана такой, что ток через исполнительное реле при этом не достаточен для его срабатывания, но превышает ток удержания реле в притянутом состоянии при его срабатывании. Поэтому при касании электрода нижнего уровня исполнительное реле не срабатывает. При достижении заполняемого резервуар материала электрода верхнего уровня усиленный сигнал по каналу верхнего уровня через оптронный блок подается непосредственно к исполнительному реле, которое срабатывает и удерживается в притянутом состоянии по цепи, подготовленной элементами контроля нижнего уровня до тех пор, пока резервуар не будет опорожнен, т.е. до того момента, когда прекратится контакт электрода нижнего уровня с материалом, заполняющим резервуар.

Чувствительность устройства определяется чувствительностью операционного усилителя измерительного блока, которая достаточно высока. Однако, так как источник питания для обеспечения искробезопасности выполнен с достаточно высоким внутренним сопротивлением, появление утечек тока по поверхности датчиков верхнего и нижнего уровня приводит к значительному снижению чувствительности устройства. Вследствие этого в ряде случаев, даже при больших значениях коэффициента усиления операционного усилителя, не удается получить требуемую чувствительность в условиях запыленности и увлажнения датчиков уровня, а следовательно, обеспечить высокую эксплуатационную надежность устройства контроля уровня.

Цель изобретения повышение эксплуатационной надежности.

Цель достигается тем, что в устройство для автоматического контроля заполненеия резервуаров электропроводной средой, содержащее трансформатор, одна из обмоток которого через выпрямитель подключена к конденсатору, являющемуся оперативным источником, одна обкладка которого присоединена к охранному электроду датчика, а другая через ограничительный резистор к "земле", и измерительный блок, вход которого через элементы помехозащиты подключен к измерительным и охранному электродам датчика, а выход присоединен к исполнительному блоку, введен автокомпенсатор утечек тока по поверхности датчика, содержащий конденсатор, одна обкладка которого присоединена к охранному электроду, а другая через выпрямитель подключена к обмотке и присоединена к коллектору первого транзистора, база которого соединена через резистор со своим коллектором и коллектором второго транзистора, эмиттер которого подключен к охранному электроду, а база через резистор делителя напряжения присоединена к "земле", а через второй резистор делителя напряжения к эмиттеру первого транзистора, который через резистор (резисторы) присоединен к входу (входам) измерительного блока.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство для автоматического контроля заполнения резервуаров электропроводной средой содержит трансформатор 1 с вторичной обмоткой 2, которая через выпрямитель 3 подключена к накопительному конденсатору 4, являющемуся оперативным источником. Одна обкладка накопительного конденсатора 4 присоединена к охранному электроду 5 датчика, а другая через ограничительный резистор 6 к "земле". Измерительные электроды 7 и 8 соответственно верхнего и нижнего уровней подключены через резисторы 9, 10 к входам измерительного блока 11, которые через элементы помехозащиты, выполненные конденсаторами 12, 13, и резисторы 14, 15 присоединены к охранному электроду 5, а через резисторы 16, 17 к автокомпенсатору утечек тока по поверхности датчика. Автокомпенсатор содержит два транзистора 20 и 21 и конденсатор 18, одна обкладка которого присоединена к охранному электроду 5, а другая через выпрямитель 19 подключена к обмотке 2 трансформатора 1. Коллектор транзистора 20 подключен к конденсатору 18 и выпрямителю 19 и через резистор 22 соединен со своей базой, которая подключена к коллектору транзистора 21, эмиттер которого присоединен к охранному электроду 5. База транзистора 21 через резистор 23 делителя напряжения присоединена к "земле", а через резистор 24 к эмиттеру транзистора 20, подключенному к резисторам 16 и 17, к которым присоединены входы измерительного блока 11. К выходу измерительного блока 11 подключено исполнительное реле 25.

Устройство работает следующим образом.

При пустом резервуаре 26, уровень заполнения которого контролируется, ток от оперативного источника 4 по измерительным цепям через входы измерительного блока 11 не протекает. Исполнительное реле 25 обесточено.

По мере загрузки резервуара 26, корпус которого заземлен, нижний электрод 8 касается заполняемого резервуар электропроводного материала. В результате этого через вход нижнего уровня измерительного блока 11 протекает ток по цепи: "плюс" конденсатора 4, вход нижнего уровня измерительного блока 11, резистор 10, электрод 8, сопротивление материала, заполняющего материал, заземленный корпус резервуара 26, "земля", балластный резистор 6, "минус" конденсатора 4. Величина этого тока больше опорного тока, запирающего измерительный блок 11, который определяется напряжением на конденсаторе 18 и сопротивлением резистора 16 (сопротивлением эмиттер-коллекторного перехода транзистора 20, который при этом находится в состоянии проводимости, можно пренебречь). Вследствие этого на выходе канала нижнего уровня измерительного блока появляется сигнал, подготавливая цепь срабатывания исполнительного реле 25.

При касании заполняемого резервуар 26 электропроводного материала электрода 7 верхнего уровня оперативный ток через вход верхнего уровня измерительного блока 11 превышает задаваемый порог срабатывания, который определяется величиной напряжения на конденсаторе 18 и сопротивлением резистора 17. На выходе канала верхнего уровня измерительного блока 11 появляется сигнал, который по цепи, подготовленной каналом нижнего уровня, приводит к срабатыванию исполнительного реле 25.

При разгрузке резервуара 26 электрод 7 верхнего уровня теряет электрический контакт с контролируемым материалом. На выходе верхнего уровня измерительного блока 11 сигнал отсутствует, но исполнительное реле 25 остается в сработавшем состоянии до тех пор, пока разгружаемый резервуар не опорожнится. В этом случае электрод 8 нижнего уровня также теряет электрический контакт с материалом, уровень заполнения которого контролируется. На выходе канала нижнего уровня измерительного блока 11 сигнал становится близким к нулю. Исполнительное реле 25 обесточивается, сигнализируя о том, что уровень контролируемого материала достиг нижней границы.

Указанный режим работы устройства сохраняется, когда поверхности датчиков уровня не "загрязнены". При появлении на поверхности датчиков 27 и 28 токопроводящей пыли и влаги начинает функционировать автокомпенсатор активных токов утечки.

Принцип работы автокомпенсатора основан на изменении сопротивления перехода эмиттер-коллектор транзистора 20, который управляется транзистором 21, смещение на базе которого, задаваемое делителем напряжения 23, 24, изменяется в зависимости от напряжения между охранным электродом 5 и "землей".

Напряжение между охранным электродом 5 и "землей" зависит от соотношения между балластным резистором 6, величина которого выбирается из условия обеспечения искробезопасности, и эквивалентным сопротивлением токопроводящей пыли и влаги на поверхности датчиков 27, 28. Чем больше поверхности датчиков покрываются слоем пыли, тем меньше оперативный ток в измерительной цепи блока 11.

Однако разностный ток через входные цепи измерительного блока 11 при этом не изменяется. Это обусловлено тем, что величина опорного тока, который определяется напряжением на конденсаторе 18, сопротивлением 16, 17 и сопротивлением перехода эмиттер-коллектор транзистора 20, которое изменяется в зависимости от величины напряжения между охранным электродом 5 и "землей", также уменьшается. При появлении токопроводящей пыли на поверхности датчиков режим работы транзистора 21, смещение на базе которого задается делителем напряжения 23, 24, изменяется. Транзистор 21 приоткрывается, подзакрывая транзистор 20, сопротивление эмиттер-коллектор которого увеличивается. В результате опорный ток уменьшается пропорционально уменьшению оперативного тока. Поэтому разностный ток между оперативным и опорным токами автоматически поддерживается неизменным при различных параметрах сопротивления токопроводящей пыли на поверхности датчиков уровня.

Вследствие того что конденсатор 4, являющийся оперативным источником, и конденсатор 18, являющийся опорным источником соответственно через выпрямители 3 и 19 подключены к одной и той же обмотке 2 трансформатора 1, изменения колебаний напряжения в сети также не изменяют разностный ток через входы измерительного блока 11.

При этом работа авокомпенсатора при двухуровневом контроле практически не отличается от работы устройства при контроле одного уровня заполнения резервуара.

Таким образом, введение автокомпенсатора утечек тока по поверхности датчиков позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства контроля заполнения резервуаров. При этом снижаются эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью профилактических работ по очистке датчиков от токопроводящей пыли, толстый слой которой в ряде случаев приводил к потере работоспособности устройства контроля.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ, содержащее трансформатор, первый и второй выводы вторичной обмотки которого соединены соответственно с первой и через первый выпрямительный диод с второй обкладками накопительного конденсатора, третий резистор, исполнительное реле, к первому и второму входам которого подключены соответственно первый и второй выходы измерительного блока, второй и третий входы которого подключены к первым обкладкам соответственно первого и второго элементов помехозащиты, вторые обкладки которых соединены соответственно с первым и четвертым входами измерительного блока и через первый и второй резисторы подключены к электродам соответственно верхнего и нижнего уровней, при этом первая и вторая обкладки накопительного конденсатора подключены соответственно к кольцевому электроду и через ограничительный резистор к общей шине, отличающееся тем, что в него введены четвертый и пятый резисторы, подключенные к первым обкладкам соответственно первого и второго элементов помехозащиты, шестой и седьмой резисторы, подключенные к вторым обкладкам соответственно первого и второго элементов помехозащиты, делитель напряжения, второй выпрямительный диод и автокомпенсатор утечек тока, выполненный в виде первого и второго транзисторов и конденсатора, первая обкладка которого через второй выпрямительный диод соединена с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и подключена к коллектору первого транзистора, который соединен через третий резистор со своей базой, соединенной с коллектором второго транзистора, база которого через первый резистор делителя напряжения подключена к общей шине и через второй резистор делителя напряжения соединена с эмиттером первого транзистора и вторыми выводами шестого и седьмого резисторов, при этом охранный электрод выполнен в виде двух частей, к точке соединения которых подключены вторые выводы четвертого и пятого резисторов, эмиттер второго транзистора и вторая обкладка конденсатора автокомпенсатора утечек тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1