УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ
LIQUID LEVEL GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам контроля уровня жидкости
В настоящее время известно множество уровнемеров, позволяющих контролировать уровень жидкости.
Так, например, устройство для измерения уровня топлива (см. патент США №5076100, G01F 23/00, 1991) содержит звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован в конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках, усилитель-формирователь, генератор импульсов и счетчик.
Данное устройство позволяет проводить измерение двух уровней жидкостей с разной плотностью. Также существует много разновидностей поплавковых непрерывных плотномеров, отличающихся конструкцией и формой поплавка, типом (механические, электрические, пневматические, оптические) и принципом (индуктивные, потенциометрические) преобразователя перемещения поплавка.
Например, в патенте США №3808893 плавающий поплавок с сердечником индуктивного датчика перемещений подвешен к пружине непосредственно. Ряд других разновидностей поплавков того же назначения рассмотрен в патенте США №3827306.
Плавающий поплавок описан также в изобретении по авторскому свидетельству СССР №379813, 1973, где поплавок, выполненный в виде кольца, перемещается с (зазором) снаружи вертикальной трубы из немагнитного материала с размещенным в ней преобразователем перемещения, который представляет собой ферритно-полупроводниковый распределитель, подключенный на выход генератора тактовых импульсов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является уровнемер для жидкости (патент Российской Федерации №2183316, G01F 23/00, G01F 23/68, заявка от 08.11.2000, №200012791/28).
Указанный уровнемер содержит излучатель, фотоприемник, направляющую трубку, в которой размещен поплавок, отличающийся тем, что вдоль светопроводной направляющей трубки размещены попарно световоды, предназначенные для подвода к оптическому элементу обработки светового сигнала, установленному на поплавке, фотоэнергии от излучателя и ее передачи к фотоприемнику, высота оптического элемента обработки светового сигнала выполнена больше шага вертикального размещения световодов.
Известный уровнемер не обеспечивает измерение уровней жидкостей различной плотности, размещенных в одной емкости, например уровни мазута и воды.
Технический результат предлагаемого уровнемера для жидкостей заключается в расширении его функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерять уровень нефтепродуктов, например мазута, находящегося в емкости относительно воды, а также может применяться для измерения уровня жидкостей верхнего слоя относительно нижнего различной плотности.
Технический результат достигается тем, что уровнемер для жидкостей, содержащий первую измерительную трубку со свободно перемещающимся по ее длине первым поплавком, отличающийся тем, что он содержит вторую измерительную трубку со свободно перемещающимся по ее длине вторым поплавком, причем первый и второй поплавки выполнены в форме тора из материала, удельный вес которого ниже, чем удельный вес измеряемой жидкости, например для воды и мазута - из пенопласта, причем внутри поплавков размещены постоянные магниты, поплавки выполнены с возможностью перемещения по наружной поверхности соответственно первой и второй измерительных трубок, которые выполнены из немагнитного коррозионно-стойкого материала, например из нержавеющей стали, причем внутри каждой измерительной трубки по ее длине размещены на плате магниточувствительные элементы, например герконы, с одинаковым шагом, причем герконы, размещенные в трубках, объединены в матрицы, выходы которых являются входами блока определения уровня жидкостей.
На Фиг.1 приведена конструкция уровнемера для жидкостей:
1 - уровень воды;
2 - уровень мазута;
3 - первый поплавок;
4 - второй поплавок;
5 - магниточувствительный элемент, например, геркон;
6 - первая и вторая измерительные трубки;
7 - корпус.
На Фиг.2 приведена схема блока определения уровня жидкостей:
8 - матрица герконов, размещенных в первой измерительной трубке;
9 - матрица герконов, размещенных во второй измерительной трубке;
10 - задающий генератор;
11 - делитель частоты;
12 - формирователь импульсов записи;
13 - мультиплексор первого канала измерения;
14 - мультиплексор второго канала измерения;
15 - распределитель импульсов опроса;
16 - регистр первого канала измерения;
17 - регистр второго канала измерения;
18 - сумматор;
19 - дешифратор-демультиплексор;
20 - задатчик порога срабатывания;
21 - счетчик - дешифратор;
22 - схема ИЛИ.
3
3
3
3
В корпусе 7 уровнемера (Фиг.1) размещены первая и вторая измерительные трубки 6, выполненные из немагнитного коррозионно-стойкого материала (нержавеющая сталь). Внутри каждой трубки размещены платы, например, длиной 0,9 м. На платах с шагом 25 мм размещены магниточувствительные элементы - герконы 5 (герметизированные магнитоуправляемые контакты). На измерительные трубки надеты пенопластовые поплавки в форме тора. Причем удельный вес поплавка для измерения уровня мазута позволяет плавать ему на поверхности слоя мазута. Плотность мазута 2 равна 0,8 кг/дм, а плотность поплавка 3 составляет 0,6-0,7 кг/дм. В тело поплавка 4 для измерения уровня воды 1 внедрены элементы утяжеления - латунные кольца и втулки, при этом плотность его составляет 0,9-0,95 кг/дм, что обеспечивает его плавучесть на границе раздела слоев воды и мазута при плотности воды 1 кг/дм (мазут легче воды).
В блоке определения уровня жидкости (Фиг.2) выход задающего генератора 10 подключен ко входу делителя частоты 11, первый выход делителя частоты 11 подключен к первым входам мультиплексоров первого канала измерения 13 и второго канала измерения 14, второй выход делителя частоты 11 подключен к первым входам регистров первого канала измерения 16 и второго канала измерения 17, третий выход делителя частоты 11 подключен ко входу распределителя импульсов опроса 15, четвертый выход делителя частоты подключен ко входу формирователя импульсов записи 12, пятый выход делителя частоты 11 подключен ко входу счетчика-дешифратора 21, первый выход которого подключен к первому входу схемы ИЛИ 22, выход которой соединен со входом устройства отображения информации автоматизированного рабочего места, второй вход схемы ИЛИ 22 подключен к выходу задатчика порога срабатывания, вход которого подключен к выходу дешифратора-демультиплексора 19, первый вход которого подключен ко второму выходу счетчика-дешифратора 21, а второй вход - к выходу сумматора 18, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам регистра первого канала измерения 16 и регистра второго канала измерения 17, вторые входы которых соответственно подключены к выходам мультиплексора первого канала измерения 13 и мультиплексора второго канала измерения 14, третьи входы которых соответственно подключены к выходам матрицы герконов, размещенных в первой измерительной трубке 8, и матрице герконов, размещенных во второй измерительной трубке 9, входы которых подключены к выходу распределителя импульсов опроса 15.
Блок определения уровня жидкости работает следующим образом. Импульсы с выходов задающего генератора 10 (частота 81,92 кГц) поступают на вход делителя частоты 11, четвертый выход которого подключен ко входу формирователя импульсов записи 12, в котором в середине каждого такта формирования адресного кода вырабатываются стробирующие импульсы с частотой следования 5,12 кГц, разрешающие замыкание ключей через вторые входы мультиплексоров 13, 14.
С помощью распределителя импульсов 15 осуществляется опрос матриц герконов, размещенных в первой измерительной трубке 8 и второй измерительной трубке 9.
При замыкании соответствующего текущему уровню жидкости геркона стробирующие импульсы появляются на выходах мультиплексоров первого 13 (второго - 14) каналов измерения и поступают на вторые входы (входы записи) первого 16 (второго - 17) регистров. При этом в регистре запоминается код адреса сработавшего геркона. Адрес, зафиксированный в регистре, соответствует номеру (точнее, коду 0, 1, 2, … 31) геркона в измерительной трубке, считая снизу вверх.
n
Далее числовые коды с выходов регистров 16, 17 поступают на входы сумматора 18. Причем регистр второго канала измерения 17 имеет инверсные выходы, чем обеспечивается вычитание числа, хранящегося во втором регистре 17, из числа в первом регистре 16 (вычисляется разность уровней мазута и воды). Чтобы скомпенсировать образующуюся погрешность, которая составляет минус 1 (из-за замены дополняющего до 2 кода на инверсный, где n - разрядность сумматора), на третий вход сумматора 18 подается сигнал с уровнем «лог.1».
При срабатывании геркона, расположенного на другом уровне (при изменении уровня жидкостей), меняется число в регистре и соответственно разность на выходе сумматора. Состояние сумматора дешифрируется дешифратором-демультиплексором 19, к выходам которого подключен задатчик порога срабатывания 20, а на первый вход дешифратора-демультиплексора 19 поступают импульсы длительностью 0,2 с со второго выхода счетчика-дешифратора 21.
Требуемая уставка уровня срабатывания выбирается замыканием контактов выключателей задатчика 20. Например, при уставке 6 должны быть замкнуты контакты с шестого по самый старший, что реализует логику «больше или равно».
К пятому выходу делителя частоты 11 (частота следования импульсов 10 Гц, т.е. период 0,1 с) подключен вход счетчика-дешифратора 21, выполняющего функцию распределителя импульсов, образующего сторожевой таймер. На выходах счетчика-дешифратора 21 генерируются импульсы длительностью 0,1 с и 0,2 с с периодом повторения 1 с, сдвинутые во времени. Импульсы с первого выхода счетчика-дешифратора 21 (длительностью 0,1 с) поступают на первый вход схемы ИЛИ 22. Импульсы со второго выхода счетчика-дешифратора 21 (длительностью 0,2 с) проходят на первый вход дешифратора-демультиплексора 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода сумматора 18, и если этот код попадает в диапазон уставок (т.е. замкнуты выбранные выключатели в задатчике 20), импульсы через схему ИЛИ 22 поступают на устройство отображения информации автоматизированного рабочего места, выполненного с использованием персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) и специализированными программами для ПЭВМ, - так реализуется дежурный режим определения уровня жидкости.
Результаты испытаний показали, что уровнемер для жидкостей устойчиво работает в температурном режиме от минус 40 до +60°С и верхнем значении рабочей относительной влажности воздуха, равным 95%, при температуре 30°С. Время готовности к работе - сразу после включения питания.