Следящий уровнемер

СЛЕДЯЩИЙ УРОВНЕМЕР.
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения уровня различных жидких сред в открытых водоёмах, каналах, в открытых и закрытых резервуарах, в открытых лотках, безнапорных коллекторах и трубопроводах водоводов и канализационных сбросов и т.п.
Широко известны уровнемеры, содержащие поплавок, жёстко закреплённый на рычаге, который вторым своим концом шарнирно соединён с точкой подвеса. Величина перемещения поплавка вверх - вниз кинематически передаётся через дополнительное промежуточное звено вторичной измерительной системе.
Недостатком таких уровнемеров является конструктивная сложность их выполнения, а также слабая чувствительность к движению поплавка, связанная с кинематикой передачи.
Наиболее близкой к данной полезной модели по технической сущности является уровнемер А.С. СССР, .№ 214126; кл. GOIF 23/30: 1968, содержащий пустотелый поплавок грущевидной формы, жёстко сопряжённый с рычагом его подвески. Часть объёма поплавка заполнена электропроводящей жидкостью, которая соприкасается с двумя параллельными электропроводящими пластинами, закреплёнными в объёме поплавка и выполняющими роль чувствительного элемента. Но мере вертикального перемещения поплавка изменяется угол между уровнем нроводящей жидкости в поплавке и плоскостью, парачлельной пластинам. Это меняет площадь электроконтактного сопряжения пластин с проводящей жидкостью, что соответственно изменяет электросопротивление между ними, которое измеряется вторичной аппаратурой. Недостатком такого уровнемера является сложность конструкции поплавка, а также низкая и неравномерная чувствительность измерения уровня жидкости, особенно вблизи границ диапазона измерений. В таком поплавке велики так же систематические
МПК:О01Р 23/30
погрешности измерения, возникающие вследствие «плескания проводящей жидкости через измерительные пластины.
Целью полезной модели является упрощение конструкции поплавка и его эксплуатации, а также повышение чувствительности и точности измерения во всем динамическом диапазоне отслеживания уровня жидкости.
Поставленная цель достигается тем, что поплавок выполнен в виде сферы, а чувствительный элемент измерения выполнен на основе микросхемы серии ADXL фирмы ANALOG DEVICES, которая представляет собой акселерометр, чувствительный к изменению величины ускорения свободного падения (± 1 g) при изменении его углового положения в диапазоне ± 90 ° относительно линии горизонта и закреплен на поверхности рычага. При этом объем поплавка выполнен из условия плавучести, при которой оптимальная глубина погружения в жидкость меньше величины радиуса поплавка.
Благодаря сферической форме поплавка и исключения из его объема проводящей жидкости и пластин, упрощается конструкция поплавка и технология его изготовления.
В силу использования чувствительного датчика, выполненного на базе микросхемы серии ADXL, программируемых вычислительных элементов и температурной коррекции, обеспечивается высокая точность и равномерная чувствительность измерения угла поворота рычага во всем динамическом интервале (± 90). Вместе с тем, благодаря размещению датчика на поверхности рычага и применению
цифровых технологий, упрощается выполнение соединений с внешними устройствами, монтаж, настройка и его технической обслуживание.
Для пояснения полезной модели на приведенных рисунках дается ее общая схема, взятая соответственно для случаев использования модели в различных вариантах: фиг. 1 - в коллекторе канализационных стоков (водовода); фиг. 2 - в безнапорном
трубопроводе канализационных стоков (водовода); фиг. 3 - в закрытом резервуаре с жидкими продуктами; фиг. 4 - в резервуаре с жидкостью, для которой требуется дополнительное знг---йие о распределении температуры по высоте резервуара с целью уточнения плотности жидкости и введения поправочных коэффициентов к изменению геометрических размеров поплавка 1 и рычага 2. На рисунках приняты следующие обозначения:
1.Сферический поплавок.
2.Рычаг, жестко соединенный с поплавком.
3.Датчик угла, на основе микросхемы серии ADXL, закрепленный на рычаге или на оси рычага.
4.Шарнирное соединение.
5.Вторичная аппаратура измерения.
6.Монтажная штанга.
7.Многозонная подвестка с датчиками температуры.
Полезная модель функционирует следующим образом. При изменении уровня жидкости поплавок 1 поднимается (или опускается) и, соответственно, изменяется угол наклона а рычага 2, вращающегося на шарнире 4, относительно абсолютной вертикали к земному горизонту. Датчик угла 3 формирует сигнал соответствующий значению угла а, который передается на вторичную измерительную аппаратуру. При варианте использования в схеме измерения термоподвески 7, с температурными датчиками вторичная измерительная аппаратуры 5 анализирует сигналы с этих датчиков и вводит поправку в значение измереннного угла а датчиком 3.
Полезная модель реализована в следующем опытном варианте. В модели используется схема измерения угла (фиг. 1), которая содержит преобразователь, выполненный на микросхеме ADXL202, источник стабилизированного напряжения + 5В и измеритель
скважности импульсов. Преобразователь закреплен на рычаге так, что его измерительные оси X и Y лежалт в одной плоскости с вертикальной осью. Рычаг выполнен в виде отрезка трубы длиной 500 мм, диаметром 15 мм и толщиной стенки 1 мм. Поплавок изготовлен в форме полой сферы диаметром 180 мм, путем сварки двух алюминиевых полусфер с толщиной стенки 2,5 мм. Поплавок имеет глубину погружения 50 мм.
В выполненных опытах уровень воды в емкости с поплавком задавался путем налива и слива соответствующего объема жидкости. При изменении уровня жидкости менялся угол а между вертикальной осью и измерительной осью X микросхемы ADXL202. Изменение угла преобразуется микросхемой в последовательность импульсов, скважность которых однозначно зависит от значения угла а.
Изменению уровня от О до 2/ (/ - длина рычага) соответствует изменению угла а от О до 180 , и скважности от 2,75 до 1,62 соответственно. Результаты опытов подтвердили высокую чувствительность и точность отслеживания изменения уровня воды в пределах диапазона изменения угла а в интервале от О до 180 °. Естественно, данный опытный образец осуществления модели не исключает и других вариантов реализации модели в объеме заявленной формулы полезной модели.
Таким образом, полезная модель значительно упрощена относительно прототипа в конструктивном отношении и эксплуатации, а также имеет повышенную чувствительность и точность непрерывного измерения уровня жидкости в закрытых и открытых резервуарах, открытых лотках, коллекторах и безнапорных трубопроводах.
Авторы: (fpjk с.0 -03Ершов Михаил Пиколаевич .  /V  т  -- :i:-4 cW .,,.--- ; i--6  Зимин Сергей Пиколаевич о - Писарев Алексей Фёдорович