Фотоэлектрический уровнемер

 

ИМ1;,. тзg5.„ с

О П И С А Н И Е (ii) 5824SO

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респчблик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.06.71 (21) 1666120/18-10 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.11.77, Бюллетень М 44 (45) Дата опубликования описания 01.12.77 (51) М. Кл э G 01F 23, 22

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.128.63 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

А. А. Бялик, С. И. Кадлец и П. М. Марченко

Киевский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института по автоматизации промышленности строительных материалов (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к фотоэлектрическим уровнемерам и может найти применение при измерении уровня жидкостей, обладающих высоким коэффициентом отражения.

Известны фотоэлектрические уро вием еры (1), содержащие источник света, объектив, светочувствительный элемент, блок сравнения и приспособление для сканирования луча.

Недостаток известного уровнемера состоит в том, что он может быть использован только в качестве индикатора граничных значений уровня, т. е. в ограничении области применения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уровнемер (2), содержащий источник света, сканатор в виде зеркала, соединенного с валом приводного электродвигателя, объектив и светочувствительный элемент, связанный с блоком сравнения, выполненным в виде электронно-лучевой трубки.

Такой уровнемер имеет низкую точность измерения, обусловленную нелинейностью его характеристики.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Это достигается тем, что предлагаемый уровнемер дополнительно снабжен источником опорного напряжения, выходной сигнал которого соответствует выходному сигналу сканатора, блок сравнения выполнен в виде преобразователя фазы в аналоговый сигнал, один пз входов которого соединен с выходом светочувствительного элемента, а другой вход подключен к источнику опорного напряжения.

Сканатор содержит сканирующий элемент с непрерывной выходной характеристикой. Такое выполнение уровнемера позволчст осуществить полную линеаризацию выходной харак10 теристики прибора без применения каких-либо дополнительных линеаризирующих элементов благодаря выбору опорного напряжения, форма кривой которого и частота соответствуют выходной характеристике сканирующего

15 элемента.

На чертеже показана схема устройства предлагаемого уровнемера.

Уровнемер состоит из источника 1 света, сканатора, включающего сканирующий эле20 мент 2 с непрерывной выходной характеристикой, соединенный с валом приводного электродвигателя 3, объектива 4, светочувствительного элемента 5, источника 6 опорного напряжения и блока сравнения, выполненного

25 в виде преобразователя 7 фазы в аналоговый сигнал. Сканирующий элемент 2 может быть выполнен в виде оптической призмы, обтюратора со спиральным вырезом или любогодругого элемента, выходная характеристика ко30 торого <е имеет разрывов первого рода. Уров582460 немер расположен над поверхностью 8 жидкости.

Уровнемер работает следующим образом.

Световой луч от источника 1 света попадает на сканирующий элемент 2 сканатора, например оптическую призму. При повороте оптической призмы на определенный угол луч света, преломляясь, совершает одно колебание в вертикальной плоскости за время, равное периоду опорного напряжения. 11ри помощи объектива 4 сканирующий световой луч направляется под малым углом к поверхности 8 жидкости. Луч, отраженный поверхностью 8, пересекает светочувствительный элемент 5, на котором при этом возникает импульс напряжения, поступающий на вход преобразователя 7. 1-1а другой вход преобразователя поступает сигнал источника 6 опорного напряжения. Фаза сигнала светочувствительного элемента 5 зависит от положения отражающей поверхности 8.

При изменении уровня жидкости вверх или вниз от условного нулевого значения световой луч пересекает светочувствительный элемент раньше или позже. При этом изменение фазы сигнала светочувствительного элемента 5 оносительно нулевой фазы опорного напряжения пропорционально изменению уровня стекломассы.

Преобразователь 7 преобразует смещение по фазе сигнала светочувствительного элемента в аналоговый сигнал, амплитуда которого пропорциональна отклонению уровня от условного нулевого значения. При использовании в качестве сканирующего элемента 2 оптической призмы зависимость скорости перемещения луча в поле сканирования от угла поворота призмы является синусоидальной.

Соответственно зависимость фазы сигнала светочувствительного элемента от уровня также имеет синусоидальный характер, поэтому для получения на выходе преобразователя 7 линейной зависимости амплитуды аналогового сигнала от уровня в источнике 6 опорного напряжения используют синусоидальное напряжение соответствующей частоты.

Уровнемер настраивают таким образом, что при условно нулевом значении уровня сигнал на светочувствительном элементе появляется точно в середине периода опорного напряжения, что соответствует фазе опорного напряжения cp=180, амплитуда опорного напряжения, регистрируемая в этот момент на выходе

5 преобразователя 7, равна нулю. При смещении уровня, например при понижении его, сигнал появляется раньше, что соответствует фазе опорного напряжения (p<180 .

Так как кривая опорного напряжения имеет

10 такие же характеристики, что и зависимость скорости перемещения светового луча от угла поворота призмы, амплитуда опорного напряжения, регистрируемого на выходе преобразователя, пропорциональна только величине

15 отклонения уровня стекломассы и не зависит от характеристики сканирующего элемента.

Полярность выходного сигнала определяется направлением смещения уровня от условно нулевого значения, 20 В случае применения в качестве сканирующего элемента обтюратора со спиральным вырезом в источнике опорного напряжения используется калиброванное пилообразное напряжение.

Формула изобретения

Фотоэлектрический уровнемер, содержащий источник света, сканатор, объектив и свето30 чувствительный элемент, связанный с блоком сравнения, отли ч ающий ся тем, что, с целью повышения точности измерения уровня, он дополнительно снабжен источником опорного напряжения, выходной сигнал которого

35 соответствует выходному сигналу сканатора, блок сравнения выполнен в виде преобразователя фазы в аналоговый сигнал, а сканатор— в виде элемента с непрерывной выходной характеристикой, при этом один из входов блока сравнения соединен с выходом светочувствительного элемента, а другой вход подключен к источнику опорного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США Ко 3454759, кл. 250 — 43.5, опубл, 1969.

2. Патент ФРГ М 946090, кл. 42 Е34,опубл, 1956.

09N89

Заказ 2595/7 Изд. № 969 Тираж 907

1-1ПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Афонин

Редактор f. Рыбалова Тсхрсд И. Карандашова Корректор Л. Денискина