ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР

Емкостной уровнемер.
Полезная модель относится к области устройств, служащих для измерения уровня жидкостей и предназначена, в частности, для измерения уровня жидкости в резервуарах канализационных насосных станций.
Известны широко применяемые в настоящее время измерители уровня жидкостей, например, акустические уровнемеры типа «ЭХО-3 имеют сложную электронную схему и, при использовании их в емкостях с очищаемой водой, поверхность которой захламлена различными твердыми включениями, дают искаженную информацию.
Известны также измерители уровня токопроводящих жидкостей, основанные на принципе изменения емкости датчика при изменении уровня контролируемой жидкости, а, следовательно, и изменении амплитуды проходящих через датчик импульсов (см. Измеритель-сигнализатор уровня серии ИСУ. Рекламный проспект ЗАО НПФ «Раско, 2001г.).
Емкостные уровнемеры такого типа содержат источник питания, выполненный в виде трансформатора и выпрямителя, выход которого подключен к усилителю постоянного тока и задающему генератору. Выход задающего генератора связан с емкостным датчиком, детектором и усилителем постоянного тока. Выход задающего генератора соединен с контзфом заземления. Контур заземления через жидкость связан с емкостным датчиком, который через детектор и усилитель постоянного тока соединен с измерительным прибором.
Однако этим датчикам присущи существенные недостатки.
Во-первых, они имеют сложную электронную схему с большим количеством радиодеталей, что сказывается на его цене.
Во-вторых, при измерении уровня жидкости с изменяемым химическим составом меняется электропроводимость жвдкости, что приводит к искажениям в показаниях уровнемера.
В-третьих, поскольку все кабели проложены в одном кабельном канапе, в линиях связи возникают помехи, вызванные электромагнитными наводками. Напряжение, поступающее с емкостного датчика через линию связи на усилитель постоянного тока; представ 1 1 1 9 5
G OIF 23/26
ляет собой постоянное напряжение с амплитудой от О до 3 вольт, а электромагнитные наводки в соединительных кабелях могут иметь амплитуду до 170 вольт.
В-четвертых, емкостной датчик, соприкасающийся с контролируемой жидкостью канализационного типа, постоянно покрывается налипающими частицами, что приводит к искажениям в показаниях и требует регулярной его очистки.
В-пятых, при непосредственной связи корпуса приемного резервуара с контуром заземления возможны частичные потери сигнала задающего генератора.
Все эти факторы приводят к искажению результатов измерения и не могут дать реальных показаний.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции уровнемера и устранение влияния различного рода помех на точность измерений, связанных как с изменением электропроводимости жидкости, так и с воздействием электромагнитных наводок в контуре заземления и кабельных каналах.
Поставленная задача решается тем, что в основе измерения лежит принцип изменения формы (растяжка) импульса под воздействием емкости датчика. Реализация этого принципа достигается введением между задающим генератором и детектором последовательно включенных диодного клапана и амплитудного селектора, подключенных к выходу выпрямителя. Один вход емкостного датчика соединен с контуром заземления и минусовой клеммой выпрямителя, другой его вход - с выходом диодного клапана и входом амплитудного селектора. К выходу усилителя постоянного тока подключен ограничитель тока, соединенный с измерительным прибором.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена блок-схема ровнемера; на фиг.2 изображена осциллограмма электрических импульсов в цепи выхода задающего генератора;
на фиг.З изображены осциллограммы в электрических цепях уровнемера при низком зфовне контролируемой жидкости; на фиг.4 изображены осциллограммы в электрических цепях уровнемера при высоком уровне контролируемой жидкости; на фиг. 5 изображен емкостной датчик.
Емкостной уроЁнемер (фигЛ ) содержит источник питания, выполненный в виде трансформатора 1, выход которого подключен к входу выпрямителя 2. Выход выпрямителя 2 соединен с входами генератора 3, амплитудного селектора 4 и усилителя постоянного тока 5. Минусовая клемма выпрямителя 2 соединена с контуром заземления (обозначенным на чертеже условным знаком ) и емкостным датчиком 6. Выход задающего генератора 3 подключен к входу диодного клапана 7, выход которого соединен с входом амплитудного селектора 4 и емкостным датчиком 6.
Выход амплитудного селектора 4 подключен к входу детектора 8, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока 5. Выход усилителя постоянного тока 5 соединен с ограничителем тока 9 через линию связи. Выход ограничителя тока подключен к измерительному прибору ( на чертеже не показан).
Емкостной датчик 6 выполнен в виде металлического стержня 10, вертикально закрепленного на стенке 11 резервуара керамическими изоляторами 12. Нижняя часть металлического стержня 10 помещена в изолирующую полихлорвиниловую трубку 13, нижний торец которой закрыт пробкой 14. Изолирующая трубка 13с металлическим стержнем 10 постоянно погружена в токопроводящую контролируемую жидкость 15.
Емкостной уровнемер работает следующим образом.
Напряжение в 9 вольт от выпрямителя 2 источника питания подается на задающий генератор 3, амплитудный селектор 4 и усилитель постоянного тока 5. Задающий генератор 3 вырабатывает короткие импульсы амплитудой 9 вольт ( фиг, 2 ), которые через диодный клапан 7 поступают на вход амплитудного селектора 4 и емкостного датчика 6.
Под воздействием изменяющейся емкости датчика 6 импульсы изменяют форму: при низком уровне контролируемой жидкости 15 емкость датчика 6 мало влияет на форму импульса, лишь немного растягивая его спад ( верхняя часть фиг.З ); при повышении уровня контролируемой жидкости увеличивается электрическая емкость датчика 6 относительно минусовой клеммы выпрямителя 2 и контура заземления. При этом длительность импульса увеличивается пропорционально емкости датчика.
Видоизмененные импульсы с датчика 6 (Верхняя часть фиг.4 ) поступают на вход амплитудйбго с електора 4, который вырабатывает импульс амплитудой 9 вольт (средняя часть фиг.4 ) лишь в тот промежуток времени, когда амплитуда импульса на его входе превышает 4,5 вольт.
Длительность импульса на выходе амплитудного селектора 4 изменяется пропорционально увеличению емкости датчика ( средняя часть фиг.З при низком зфовне около 5 микросекунд; средняя часть фиг.4 при высоком уровне около 50 микросекунд). Импульсы с амплитудного селектора 4 поступают на вход детектора 8, который преобразует их в постоянное напряжение с уровнем от 1 вольта при низком уровне (нижняя часть фиг.З ) до 8 вольт при высоком уровне ( нижняя часть фиг.4).
Постоянное напряжение с детектора 8 поступает на вход усилителя постоянного тока 5, где преобразуется в токовый сигнал, изменяюш;ийся от О до 5 миллиампер в соответствии с уровнем жидкости. Токовый сигнал с выхода усилителя постоянного тока 5 через линию связи поступает на ограничитель тока 9, которым устанавливается максимальная величина выходного тока в соответствии с выбранным типом измерительного прибора.
В связи с тем, что в линию связи подается токовый сигнал, влияние помех сведено к минимуму, так как выход усилителя постоянного тока имеет низкое выходное сопротивление.
Такое конструктивное выполнение емкостного уровнемера позволяет значительно упростить его принципиальную электрическую схему и устранить зависимость его показаний от изменения электрической проводимости измеряемой жидкости, а также от помех, возникающих в контуре заземления и соединительных кабелях.
i ./)