ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для контроля уровня жидкости в различных технологических емкостях, в частности для определения уровня промывочной жидкости в емкостях циркуляционной системы буровой установки.
Известен датчик уровня жидкости, содержащий поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную трубу, внутри которой закреплены герконы и магниты (патент RU №2135961, МПК 6 G 01 F 23/74, заявл. 1996 г.).
Недостатком известного датчика является дискретность определения уровня жидкости, ограниченная тремя состояниями: отсутствие жидкости, норма и аварийная ситуация при превышении допустимого уровня.
Известен датчик для измерения уровня жидкости, содержащий корпус, выполненный в виде трубы из немагнитного материала, внутри которой установлен магнитный первичный преобразователь (герконы). Трубу охватывает кольцевой поплавок с постоянным магнитом. Электрический выход датчика связан проводной связью с блоком регистрации результатов измерений (Датчик уровня ПЖ в приемной емкости герконовый. www.npf-geofizika.ru).
К недостаткам известной конструкции можно отнести функциональную ограниченность, а также отсутствие средств самодиагностики датчика.
Задачей решаемой данной полезной моделью, является повышение надежности датчика и расширение его функциональных возможностей.
Решение задачи достигается тем, что в нижней части корпуса датчика уровня установлен термочувствительный элемент, выход магнитного первичного преобразователя и выход термоэлемента подключены к сети CAN через блок обработки и согласования, включающий источник питания датчика, аппаратный CAN драйвер с элементами защиты от перенапряжений, датчик контроля температуры внутри блока, микроконтроллер с АЦП и световой индикатор для визуального контроля за работой датчика. Магнитный первичный преобразователь датчика выполнен в виде набора параллельно соединенных пар геркон-резистор, причем в каждой паре резистор подключен к геркону последовательно. Магнитное поле поплавка охватывает одновременно не менее двух герконов.
На фиг.1 представлен датчик уровня общий вид, на фиг.2 - принципиальная схема датчика уровня.
Датчик уровня состоит из корпуса 1, выполненного в виде трубы из немагнитного материала. Внутри корпуса равномерно по его длине размещена резистивная матрица с элементами магнитной коммутации, представляющая собой набор параллельно соединенных пар геркон-резистор, причем в каждой паре резистор 2 подключен к геркону 3 последовательно. Концентрично корпусу установлен поплавок 4 с постоянным магнитом. Корпус снабжен ограничителем хода поплавка 5 и упором 6. В нижней части корпуса размещен термочувствительный элемент 7. Корпус датчика закреплен на держателе 8. Выход магнитного первичного преобразователя и выход первичного преобразователя температуры соединены кабелем 9 с установленным на держателе блоком обработки и согласования 10. Блок обработки и согласования включает в себя источник питания 11, формирующий набор питающих напряжений, необходимых для работы датчика уровня, аппаратный CAN драйвер 12 с элементами защиты от перенапряжений и атмосферных разрядов, датчик температуры 13, предназначенный для мониторинга температуры внутри блока, микроконтроллер со встроенным АЦП 14, преобразующий напряжение магнитного первичного преобразователя в код, управляющий основными узлами датчика и реализующий сетевой протокол обмена по CAN сети. На корпусе блока обработки и согласования установлены разъемы для подключения к сетевому разветвителю CAN интерфейса и световой индикатор 15. Индикатор 15 предназначен для контроля наличия входного напряжения питания датчика уровня и определения датчика в CAN сети. Индикатор служит также для визуального контроля исправности датчика при его тестировании.
Датчик работает следующим образом. Держатель 8 датчика закрепляют на емкости для бурового раствора. Выдвигают корпус 1 датчика из держателя таким образом, чтобы он своим упором 6 упирался в дно бака. Упор служит для дополнительной механической устойчивости датчика в устанавливаемой емкости. Включают дистанционное питание CAN сети.
Работа датчика основана на измерении положения поплавка с магнитом 4. При изменении положения поплавка изменяется сопротивление резистивной матрицы. Соответствующее падение напряжения измеряется АЦП, расположенным в блоке обработки и согласования 10. Далее микроконтроллер производит математическую обработку результатов измерений и передает полученное значение уровня жидкости по CAN интерфейсу в систему сбора информации.
Электрическая схема магнитного первичного преобразователя выполнена в виде набора параллельно соединенных пар геркон-резистор, причем в каждой паре резистор 2 подключен к геркону 3 последовательно. Расположение магнита в поплавке выбрано таким образом, чтобы зона его действия охватывала два соседних геркона. При перемещении поплавка вдоль трубы магнитный поток замыкает два рядом расположенных контакта, при этом информационный сигнал подается только с верхнего. В то же время разрыв одного из герконов не скажется на работоспособности датчика.
Предлагаемое техническое решение позволяет:
1. Повысить надежность датчика благодаря использованию средств самодиагностики в виде аппаратного CAN драйвера с элементами защиты от перенапряжений и датчика температуры, предназначенного для мониторинга температуры внутри блока обработки и согласований.
2. Повысить надежность датчика в случае разрыва части герконов.
3. Повысить надежность датчика за счет обеспечения возможности его периодического тестирования с использованием светового индикатора.
4. Расширить функциональность датчика благодаря одновременному контролю температуры жидкости в емкости.