Дискретный уровнемер

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня жидкости в замкнутых объемах. Дискретный уровнемер содержит поплавок с постоянным магнитом, вертикально расположенную немагнитную трубу, геркон, реверсивный двигатель, дискретный датчик угла поворота, барабан с тросом, фотодатчик начала отсчета, фотодатчик-транслятор и опорную пластину. Поплавок с постоянным магнитом размещены на вертикально расположенной немагнитной трубе. Дискретный датчик угла поворота и барабан с тросом сопряжены с валом реверсивного двигателя. На конце троса, который выполнен из гибкого проводника, внутри немагнитной трубы, установлен геркон с немагнитным грузом. Опорная пластина выполнена с отверстием для барабана. Технический результат состоит в повышении точности измерения уровня и расширении диапазона измерения. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня жидкости в замкнутых объемах.

Известен дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом и ферромагнитным экраном, магнитоуправляемые контакты (герконы), размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе по всему диапазону измерения, подключенные через логические элементы И, НЕ, шифратор и дешифратор к вторичному прибору (авт. св. СССР 469890, кл. G 01 F 23/12).

Недостатком известного уровнемера является низкая точность определения уровня. Это объясняется тем, что если магнитоуправляемые контакты (герконы) расположены близко друг от друга, то магнитный поток замыкает сразу несколько из них. При разнесении же магнитоуправляемых контактов возрастает дискретность и может оказаться, что магнитный поток постоянного магнита не воздействует ни на один из них, что приводит к потере информации. Кроме этого, уровнемер имеет сложную конструкцию и недостаточную надежность из-за большого количества логических элементов.

Известен дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом и ферромагнитным экраном, размещенные в вертикально расположенной немагнитной трубе магнитоуправляемые контакты (герконы), подключенные к шифратору, соединенному через дешифратор со вторичным прибором, причем нормально замкнутый контакт каждой контактной группы, начиная с верхней, подключен к подвижному контакту последующей группы, а нормально разомкнутый контакт указанной контактной группы подсоединен к соответствующему входу шифратора, при этом подвижный контакт верхней контактной группы подключен к шине питания (авт. св. СССР 614332, кл. G 01 F 23/12).

Недостатком данного уровнемера является низкая точность, сложность конструкции и недостаточная надежность из-за наличия большого количества магнитоуправляемых контактов (герконов), шифратора и дешифратора. При близком расположении один от другого магнитоуправляемых контактов магнитный поток постоянного магнита может замкнуть сразу несколько из них, что приведет к погрешности измерения уровня жидкости.

Наиболее близким по своей технической сущности является уровнемер, содержащий поплавок с магнитами и герконы, печатную плату, немагнитную направляющую трубу, в которой установлена печатная плата, по длине которой размещены герконы, дешифратор и показывающий прибор, причем герконы расположены в определенной последовательности (патент RU 2135961 С1, 27.08.1999, G 01 F 25/74).

Недостатком этого уровнемера является низкая точность определения уровня и малый диапазон измерения. При расположении герконов на близком расстоянии один от другого уменьшится диапазон измерения и наблюдается возрастание погрешности, так как поле постоянного магнита воздействует на герконы из соседних групп. При разнесении герконов один от другого на расстояние 10 см и более диапазон измерения увеличивается от 160 см и более, но при расположении постоянного магнита между герконами его магнитный поток не воздействует ни на один из герконов, что приводит к потере информации.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности и увеличение диапазона измерения.

Настоящая задача достигается тем, что дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе, геркон и показывающий прибор, снабжен реверсивным двигателем, сопряженными с его валом дискретным датчиком угла поворота и барабаном с тросом, выполненным из гибкого проводника, причем на конце троса установлен геркон с немагнитным грузом, которые расположены внутри трубы, опорной пластиной с отверстием для барабана, фотодатчиком начала отсчета, и фотодатчиком-транслятором срабатывания геркона. Образующая барабана выполнена с винтовой поверхностью. Барабан установлен с возможностью осевого перемещения. Показывающий прибор выполнен в виде управляющего микроконтроллера, первый вход которого связан с выходом дискретного датчика угла поворота, второй вход - с выходом фотодатчика начала отсчета и третий его вход - с выходом фотодатчика-транслятора срабатывания контактов геркона, а выход микроконтроллера связан с реверсивным двигателем. Опорная пластина установлена с возможностью взаимодействия с винтовой поверхностью барабана.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого уровнемера; на фиг.2 - опорная пластина барабана; на фиг.3 - принципиальная электрическая схема фотодатчика-транслятора срабатывания контактов геркона.

Дискретный уровнемер содержит немагнитную трубу 1, нижний конец которой герметично закрыт, поплавок 2 с постоянным кольцевым магнитом 3, которые установлены на трубе 1, трос 4, выполненный из гибкого проводника, геркон 5, контакты которого соединены с тросом 4, немагнитный груз 6 натяжения троса 4, показывающий прибор 7 (микроконтроллер с интерфейсом RS-485), реверсивный двигатель 8, дискретный датчик угла поворота 9, барабан 10 с винтовой образующей поверхностью, ввинченный в опорную пластину 11, фотодатчик 12 начала отсчета, шторку 13, установленную на верхнем конце трубы 1, с возможностью ее вертикального перемещения, фотодатчик-транслятор 14 срабатывания контактов геркона, который содержит трансформатор 15, излучающий светодиод 16, включенный в цепь вторичной обмотки этого трансформатора через контакты геркона 5 и ограничительный резистор 17, генератор синусоидального напряжения 18, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 15, фотодиод 19 и усилитель 20, выход которого соединен со входом микроконтроллера 7, а вход с фотодиодом 19.

Дискретный уровнемер работает следующим образом. При пустой емкости поплавок 2 с постоянным кольцевым магнитом 3 находятся на нижнем конце трубы 1 под действием собственного веса. При этом трос 4 расположен на барабане 10, шторка 13 приподнята грузом 6 так, что перекрывает световой поток фотодатчика 12, и электрический сигнал с его выхода не поступает на вход микроконтроллера 7. В этом случае цифровой индикатор микроконтроллера 7 показывает "0".

При поступлении жидкости в емкость поплавок 2 с постоянным магнитом 3 под действием выталкивающей силы жидкости перемещаются вдоль трубы 1. Одновременно с этим с пульта оператора (или по внутреннему таймеру) поступает сигнал на микроконтроллер 7, включается реверсивный двигатель 8, и трос 4 разматывается с барабана 10, и грузом 6 перемещается вдоль трубы 1 до жидкости. При этом шторка 13 опускается, и фотодатчик 12 дает разрешение на счет импульсов от дискретного датчика угла поворота 9. Счет импульсов происходит до момента замыкания контактов геркона 5 постоянным кольцевым магнитом 3, который находится на поплавке 2 на уровне жидкости. После этого происходит фиксация результата отсчета.

При замыкании контактов геркона 5 напряжение со вторичной обмотки трансформатора 15 через ограничительный резистор 17 прилагается к излучающему диоду 16. Фотодиод 19 преобразует световой поток светодиода 17 в электрический сигнал, который с выхода усилителя 20 поступает на вход микроконтроллера 7. Таким образом происходит измерение высоты L_п от верхней части емкости до поверхности жидкости.

Определение уровня жидкости L_ж в емкости производится из условия L_ж=L_е-L_п, где L_е - высота емкости, L_п -высота пустоты.

Вычисления выполняет микроконтроллер 7, и результаты отображаются на цифровом табло.

При работе уровнемера в режиме сканирования реверсивный двигатель 8 меняет направление вращения, и геркон 5 перемещается вверх до размыкания его контактов. Затем двигатель 8 вновь меняет направление вращения и геркон 5 опускается вниз до замыкания его контактов, и цикл снова повторяется. Таким образом геркон 5 совершает колебательные движения у поверхности жидкости. Направление счета импульсов от датчика угловых перемещений 9 в процессе движения геркона 5 совпадает с направлением его движения (вниз +1, вверх -1). При вращении барабана 10 трос 4 равномерно наматывается (сматывается) на винтовую поверхность в один ряд. Барабан 10 расположен в отверстии пластины 11 и находится с ней в винтовом зацеплении. При вращательном движении барабан 10 совершает и осевое перемещение на величину, равную толщине троса, обеспечивая его расположение по центру трубы 1.

Информация об измеренном уровне с микроконтроллера 7 может быть передана для дальнейшей обработки на компьютер.

Уровнемер обеспечивает высокую точность измерения за счет дискретного датчика угла поворота и барабана, на который трос укладывается в один ряд на винтовую поверхность, и опорной пластины, которая обеспечивает осевое перемещение барабана.

Увеличение диапазона измерений достигается за счет троса, к которому подключен геркон, барабана, реверсивного двигателя и фотодатчика-транслятора срабатывания контактов геркона.

Уровнемер надежен в работе из-за простоты и технологичности конструкции.

Формула изобретения

1. Дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе, геркон и показывающий прибор, отличающийся тем, что он снабжен реверсивным двигателем, сопряженными с его валом дискретным датчиком угла поворота и барабаном с тросом, выполненным из гибкого проводника, причем на конце троса установлен геркон с немагнитным грузом, которые расположены внутри трубы, фотодатчиком начала отсчета, фотодатчиком-транслятором срабатывания контактов геркона и опорной пластиной с отверстием для барабана.

2. Дискретный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что образующая барабана выполнена с винтовой поверхностью.

3. Дискретный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что барабан установлен с возможностью осевого перемещения.

4. Дискретный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что опорная пластина установлена с возможностью взаимодействия с винтовой поверхностью барабана.

5. Дискретный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что показывающий прибор выполнен в виде управляющего микроконтроллера.

6. Дискретный уровнемер по п. 5, отличающийся тем, что первый вход микроконтроллера связан с выходом дискретного датчика угла поворота, второй вход - с выходом фотодатчика начала отсчета и третий его вход - с выходом фотодатчика-транслятора срабатывания контактов геркона, а выход микроконтроллера связан с реверсивным двигателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3