Световодный поплавковый бесконтактный измеритель уровня жидкости с цифровым выходом показаний результатов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения (контроля) высоты уровня жидкости в резервуарах. Сущность: уровнемер содержит вертикально ориентированную прозрачную трубу (11), которая сообщается с контролируемым резервуаром. Расположенный в этой трубе поплавок (8) с источником света (7) создает узкий круговой (0,2÷0,3 мм) лазерный луч под некоторым углом α. Вокруг светопрозрачной трубы расположены длинные плоские (планарные) световоды (9), имеющие два слоя покрытия. Первый слой образует полное полупрозрачное зеркальное покрытие (зеркалом вовнутрь световода). Второй слой покрытия - светонепроводящий - полное покрытие с 3-х сторон световода и образующий растровые кодовые решетки (10) с четвертой стороны. На одном торце световодов расположены фотодатчики (фотодиоды) (5), подключенные к дешифраторам (3) с цифровым выходом через усилители-формирователи (4). Источник света (7) поплавка питается энергией, трансформируемой от ВЧ-генератора, выходной контур (12) которого намотан поверх световодных кодовых датчиков. Технический результат: бесконтактность измерения уровня жидкости, выход показаний уровнемера представляется сразу в цифровой форме на индикаторы (2), которая может быть подана на ЭВМ (1), например, для производства динамического измерения уровня жидкости (или перепада давления). 1 ил.

 

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

Известно устройство аналогичного назначения [а.с. №46989], содержащее прозрачную отводную трубу с расположенными в ней поплавком, светодиод и несколько фотодиодов, расположенных вдоль отводной трубы, луч света отражаясь от поплавка, попадает на тот или иной фотодиод, отмечая уровень жидкости в резервуаре.

Недостатком аналога является нетехнологичность конструкции, избыточное количество оптопар, что приводит к неточности, громоздкости и ненадежности в работе.

Известен наиболее близкий к изобретению дискретный уровнемер [а.с. №737787], содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенный в немагнитной отводной трубе, где расположены герконы (герметичные контакты).

Недостаток - низкая точность уровнемера, ввиду того, что магнит может занимать различные положения при срабатывании герконов из-за индивидуальной чувствительности и точности (параллельности) установок одного геркона относительно другого.

Общий недостаток прототипов - большая дискретность измерения, вызванная большими размерами фото- и магнитных (герконов) датчиков положений поплавка.

Наиболее близким по точности к изобретению является способ, по которому работает импульсный светодальномер (погрешность ±1 мм). На объект направляется световой импульс, а по скорости и по времени прохождения импульса до объекта и обратно определяют расстояние до объекта, однако его применение сопряжено со сложностью электронного первичного преобразователя и с трудностями в эксплуатации. (БСЭ.Т.7 с 519-М; Советская энциклопедия, 1972 г., с.608).

Целью изобретения является повышение точности и надежности определения высоты уровня жидкости при простом для этого оборудовании.

Цель достигается тем, что изобретение содержит вертикально ориентированную светопрозрачную трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, световодные кодовые двоичные датчики линейного измерения, расположенные вокруг вертикальной светопрозрачной трубы, поплавок с источником света (светодиод), создающий круговой узкий (0,2÷0,3)мм лазерный луч под некоторым углом α, энергия для питания которого трансформируется от ВЧ-генератора, а выходной контур генератора намотан поверх световодных кодовых датчиков линейных положений поплавка с фотодиодами на торцах световодов, двоичные сигналы от фотодиодов подаются через усилитель-формирователь к многоразрядному десятичному дешифратору с цифровым выходом результатов измерений.

Технический результат применения бесконтактного измерителя уровня жидкости, заключается в упрощении конструкции и повышении точности и надежности измерения.

Расчет метрологических характеристик уровнемера.

При смещении поплавка внутри прозрачной отводной трубы (несоосность) возникает дополнительная погрешность, которая вычисляется по формуле:

Δ_доп.=2L·tgα

где L - зазор между поплавком и прозрачной отводной трубой = 1 мм;

α - угол наклона лазерного луча, при α=5°, tgα=0,1,

тогда Δ_доп.=2·L·0,1=0,2 мм.

Полная погрешность уровнемера составит:

Δ_полн.=Δ_доп.+Δ,

где Δ - размер наименьшей дискретности световодного линейного датчика положений;

Δ=0,3 мм

Δ_полн.=0,2+0,3=0,5 мм.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена механическая и оптоэлектронная схема контрольно-регистрирующей части световодного поплавкового бесконтактного измерителя уровня жидкости (далее уровнемер). Уровнемер содержит вертикально ориентированную светопрозрачную цилиндрическую трубу 11, сообщающуюся с контролируемым резервуаром (на чертеже не показан) посредством отводной трубки. В вертикальной светопрозрачной трубе 11 расположен поплавок 8, изготовленный из стеклянной трубки, запаянной с двух сторон. Внутри поплавка закреплен яркий лазерный светодиод 7, создающий узкий (0,2-0,3 мм) круговой луч под некоторым углом α, и катушка 6 для электропитания этого светодиода. Катушка 6 из медной изолированной проволоки служит также и балластом поплавка. Такая конструкция поплавка существенно уменьшает угловую качку луча светодиода, что уменьшает погрешность считывания линейного положения поплавка. Светодиод расположен чуть выше осадка поплавка. Световодный кодовый датчик положений поплавка представляет собой плоские прямоугольного сечения световоды 9 (например, из стекла), имеющие два слоя покрытия: первый слой образует полное полупрозрачное зеркальное покрытие со всех четырех сторон (зеркалом вовнутрь), второй слой - светонепроводящий - полное покрытие с трех сторон и образующий растровые кодовые решетки с четвертой стороны. На одном торце этих световодов закреплены фотодиоды 5. Выходной контур 12 ВЧ-генератора намотан поверх световодных кодовых датчиков линейных положений поплавка и служит для трансформации энергии электропитания лазерного светодиода 7.

Уровнемер работает следующим образом.

При отсутствии уровня жидкости в светопрозрачной цилиндрической трубе 11 сигнал на выходе световодного кодового датчика линейных положений поплавка отсутствует и равен нулю. Как только в трубе появится жидкость, поплавок 8 изменит свое положение, а лазерный луч поплавка начнет освещать кодовые решетки (дорожки) 10 световодного кодового датчика линейных положений поплавка 8 и это приведет к появлению на выходе фотодиодов 5 двоичных сигналов, которые поступают через усилители-формирователи 4 в дешифраторы 3 (например, цифровую логическую микросхему), где двоичные коды линейных положений поплавка переводятся в десятичные и отображаются индикаторами 2. Результат измерения приводится к оператору сразу в цифровой форме. С компьютером 1 уровнемер позволяет выполнять не только статические, но и динамические измерения уровня жидкости. (На чертеже не показаны блок питания и ВЧ-генератор уровнемера).

Световодный поплавковый бесконтактный измеритель уровня жидкости с цифровым выходом показаний результатов, содержащий вертикально ориентированную светопрозрачную трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, световодные кодовые двоичные датчики линейного измерения, расположенные вокруг вертикальной светопрозрачной трубы, поплавок с источником света (светодиод), создающий круговой узкий (0,2÷0,3 мм) лазерный луч под некоторым углом α, энергия для питания которого трансформируется от ВЧ-генератора, а выходной контур генератора намотан поверх световодных кодовых датчиков линейных положений поплавка с фотодиодами на торцах световодов, двоичные сигналы от фотодиодов подаются через усилитель-формирователь к многоразрядному десятичному дешифратору с цифровым выходом результатов измерений.