ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для контроля уровня жидких сред на предприятиях химической и нефтегазовой промышлености.
Известен измеритель уровня жидкости (а.с. Р.Ф. №2150088 кл. G01F 23/26 опубл. 12.10.1998), содержащий емкостные цилиндрические датчики уровня, электроизолированные друг от друга, одни концы которых установлены на одном уровне. Датчики включают коаксиальные цилиндрические электроды. Введено не менее двух коаксиальных экранов, которые установлены между смежными датчиками и электроизолированы от датчиков. Концы датчиков, установленные на одном уровне, зафиксированы посредством коаксиальных экранных втулок, которые расположены в межэлектродном пространстве каждого датчика, электроизолированы от датчиков и закреплены у одних из своих торцов, а другие торцы экранных втулок размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси датчиков. Первый экран, установленный между смежными датчиками, выполнен в виде втулки, размещен между крепежными элементами и закреплен у одного из своих торцов, а второй выполнен в виде соединенных трубой коаксиальных элементов, один из которых прикреплен на одних концах датчиков, а другие, один или более, расположены напротив других концов датчиков. Второй экран по длине зафиксирован относительно датчиков при помощи электроизоляционных элементов.
Недостатком данной конструкции является недостаточная надежность и низкая помехозащищенность к воздействию случайных помех.
За прототип принят емкостной уровнемер (Книга: Раннев Г.Г. Методы и средства измерений / Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко. - Москва: Академия, 2008. - 336 с), содержащий коаксиальный конденсатор с изолированными друг от друга электродами, соединенными последовательно с измерительной схемой.
Недостатками прототипа являются низкая точность и ограниченные функциональные возможности вследствие того, что не обеспечивается возможность обработки измерительного сигнала.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей и увеличении точности.
Поставленная задача решается тем, что в электрооптической информационно-измерительной системе контроля уровня жидкости, содержащей коаксиальный конденсатор с изолированными друг от друга электродами, соединенными последовательно с измерительной схемой, в отличие от прототипа, измерительная схема выполнена в виде ячейки Поккельса, электроды которой образуют последовательную цепочку с коаксиальным конденсатором, при этом вход ячейки Поккельса соединен с поляризатором и лазерным диодом, а выход подключен к анализатору, фотодиоду, микроконтроллеру, содержащему усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор (не показаны), и к жидкокристаллическому индикатору.
На рисунке 1 приведена функциональная схема электрооптической информационно-измерительной система контроля уровня жидкости.
Заявляемая электрооптическая информационно-измерительная система контроля уровня жидкости содержит коаксиальный конденсатор с центральным электродом 1 в виде круглого стержня и полый цилиндрический электрод 2, которые изолированы друг от друга с помощью электроизоляционной крышки 3. Источник оптического излучения 4 в виде лазерного диода излучает когерентный луч света, который после прохождения через поляризатор 5 становится плоско-поляризованным. Конденсатор последовательно соединен с измерительной схемой, выполненной в виде ячейки Поккельса, электроды которой 6, 7 образуют последовательную цепочку с электродами 1, 2 коаксиального конденсатора. Изменение напряжения на электродах 6, 7 ячейки Поккельса способствует преобразованию коэффициента преломления плоско-поляризованного луча света. На выходе из кристалла результатом суммирования колебаний по составляющим будет эллиптический поляризованный свет. Часть энергии выйдет из прибора через анализатор 8 - это энергия колебаний, имеющих плоскость поляризации, параллельную заданной анализатором 8. Фотодиод 9 преобразует попавший на его фоточувствительную область луч света в электрическое напряжение, которое обрабатывается микроконтроллером 10, содержащим усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор (не показаны), а полученные данные выводятся на жидкокристаллический индикатор 11.
Заявляемая система работает следующим образом: диэлектрическая жидкость, при нахождении между обкладками измерительного конденсатора 1, 2, вызывает изменение емкости пропорционально уровню жидкости. Это приводит к изменению реактивного сопротивления коаксиального конденсатора, а следовательно, к изменению падения напряжения на нем. В итоге перераспределяются составляющие падений напряжений на конденсаторе и электродах ячейки при неизменной величине приложенного напряжения U, изменяется величина электрического напряжения приложенного к электродам 6, 7 ячейки Поккельса, что приводит к изменению напряженности электрического поля на ее электродах. Это вызывает амплитудную модуляцию светового потока, генерируемого источником оптического излучения 4, излучающего неполяризованный луч света, и проходящего через систему скрещенных поляризатора 5, преобразующего световой поток в линейную поляризацию света, и анализатора света 8, преобразующего световой поток в линейную поляризацию света. При этом мощность светового потока можно рассчитать по формуле
,
0
э
π
где p - мощность светового потока лазерного излучателя; U - приложенное напряжение к электродам ячейки Поккельса; U - полуволновое напряжение (Волоконно-оптические датчики / Т.Окоси, К. Окаматто, М. Оцу, X. Нисихара, К. Кюма. Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон., - Л. Энергоатомиздат, Ленинград, отделение, 1990. - 256 с).
Световой поток мощностью p преобразуется в фотодиоде 9 в электрический сигнал, который поступает на микроконтроллер 10. В микроконтроллере этот сигнал обрабатывается на ЖКИ 11, который отображает величину измеряемого уровня в числовом виде.
Таким образом, новое изобретение позволит расширить функциональные возможности измерения уровня жидкости благодаря возможности обработки по заданным алгоритмам микропроцессором микроконтроллера сигнала, поступающего на его вход.