УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ

Устройство для контроля уровня.
Полезная модель относится к области информационно-измерительной техники, в частности, к бесконтактным средствам определения уровня сыпучих материалов, сырья и продуктов, включая ядовитые, взрывчатые и агрессивные среды, и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами на предприятиях химической, металлургической, пищевой, сельскохозяйственной и др. отраслях промышленности.
Известно устройство для измерения уровня сыпучих сред в бункерах, которое состоит из электромагнитной системы 1 возбуждения колебаний, упругой ленты 2, виброметрических датчиков 3 и сравнивающего устройства 4. Устройство установлено на корпусе бункера 5. Упругая лента 2 соединена Z-образным сердечником 6 с двумя прямолинейными концами 7,8, двумя сильфонами 9,10. Сердечник 6 крепится к крышке с помощью мембраны 11. Стержень 12 одним концом соединен с первым электромагнитом 13 и пригрузом 14, а вторым концом соединен с центром боковой мембраны 15, закрепленной в корпусе. Второй электромагнит 16 крепится непосредственно к корпусу 17 с противоположной стороны от мембраны. Концы 7,8 Z-образного сердечника 6 входят в полость электромагнитов 13,16 и размещены в пространстве так, что их оси установлены горизонтально и параллельно плоскости мембраны 11. Компенсационный виброметрический датчик 18 крутильных колебаний установлен на боковой мембране 15 в зоне крепления стержня 12. По конструкции виброметрические датчики 3 и 18 аналогичны и могут быть выполнены, например оптоэлектронными. Сильфоны 9,10 предназначены для герметизации и защиты от пыли.
Упругая лента 2 имеет в верхней части скрутку 19 на 90 . Электромагниты 13,16 соединены с генератором импульсов 20. Выходы виброметрических датчиков 3,18 через формирователи импульсов 21,22 соединены с накопителями импульсов, выполненными, например, в виде нагревателей 23,24 с терморегуляторами 25,26. Терморегуляторы 25,26 соединены с входами сравнивающего устройства 27.
При незаполненном бункере электромагниты подключаются к источнику напряжения частотой порядка 0,1 Гц, периодически формируя кратковременные крутящие механические импульсы, приложенные к упругой ленте 2. По мере наполнения бункера свободный конец упругой ленты будет засыпан контролируемой средой, под слоем сыпучего материала окажется часть вибродатчиков 3. Одновременно затрудняется прохождение механического кртильного импульса к вибродатчикам 3, размещенным выше уровня среды. Поэтому, по мере повышения уровня среды количество тепла, подводимого к терморезистору 26 , уменьшится. Разность выходных электрических параметров терморезисторов пропорциональна уровню сыпучего материалами, а. с. 1377596, 1988г.)
Устройство имеет механический контакт со средой, обладает чувствительностью к налипанию продукта и к перепаду температур, а , следовательно обладает недостаточной надежностью в процессе эксплуатации.
Известно также устройство для определения неконтактным способом уровня жидких и сыпучих материалов. Устройство содержит антенный блок 1, первый смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, преобразователь частоты 4, аналогоцифровой преобразователь 5, устройство спектрального анализа 6, фазометр 7, фильтр 8, умножитель 9, ответвитель 10, первый усилитель 11, генератор 12 моделирующего сигнала, второй смеситель 13, СВЧ-генератор 14, второй усилитель 15, первый делитель 16 частоты, синтезатор 17, блок 18 фазовой
автоподстройки частоты, сумматор 19, второй и третий делители 20, 21 частоты и генератор 22 опорной частоты.(1Ш, патент 2126145, 1999г.)
Устройство определяет уровень продукта с высокой точностью, однако достаточно сложное, громоздкое и дорогостоящее.
Решаемая техническая задача заключается в разработке дешевого, компактного и надежного устройства, позволяющего осуществлять контроль уровня бесконтактным способом.
При этом технический результат, получаемый при реализации устройства состоит в упрощении и повышении надежности устройства, а также в уменьшении потребляемой электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство контроля уровня, содержащее передающий блок, генератор модулирующих импульсов и усилитель, введены приемный блок и последовательно соединенные компаратор, пиковый детектор, элемент задержки, ключ и элемент управления, причем выход приемного блока соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом компаратора, выход генератора модулирующих импульсов соединен с входом передающего блока, а выход элемента управления является выходом устройства.
Функциональная схема устройства представлена на чертеже, где изображены приемный блок 1, передающий блок 2, генератор 3 модулирующих импульсов, усилитель 4, компаратор 5, пиковый детектор 6, элемент 7задержки, ключ 8, элемент 9 управления. При
этом выход приемного блока 1 соединен с входом усилителя 4, выход которого соединен с входом компаратора 5, выход которого соединен с входом пикового детектора 6, выход которого соединен с входом элемента 7 задержки, выход которого соединен с входом ключа 8, выход которого соединен с входом элемента 9 управления, выход которого
является выходом устройства, а выход генератора 3 модулирующих сигналов соединен с входом передающего блока 2.
Остановимся на некоторых блоках и элементах более подробно. Передающий блок 2 выполнен в виде СВЧ-генератора с передающей антенной, приемный блок 1 выполнен в виде СВЧ-диода с приемной антенной, при этом один служит для передачи радиочастотного сигнала, а другой - для его приема. Генератор 3 модулирующих импульсов предназначен для формирования прямоугольных импульсов скважностью около 10, в компараторе 5 предусмотрена регулировка чувствительности, элемент 7 задержки позволяет осуществлять регулировку времени включения элемента 9 управления, выполненного в виде реле, электронный ключ 8 выполнен в виде транзистора.
Приведенный вариант реализации устройства является предпочтительным, однако не ограничивает притязаний заявителя, изложенных в формуле.
Принцип действия устройства основан на ослаблении амплитуды радиочастотного сигнала при прохождении им слоя сырья или продукта. Для этого, например на противоположных стенках емкости, напротив друг друга, в зоне действия радиочастотного сигнала устанавливаются передающий блок 2 и приемный блок 1. СВЧ-генератор, входящий в состав передающего блока 2, излучает радиочастотный луч в направлении СВЧ-диода, входящего в состав приемного блока 2.
При отсутствии сырья в зоне приема радиочастотного сигнала на выходе приемного блока 1 появляется низкочастотное напряжение, повторяющее по форме импульсную огибающую сигнала СВЧгенератора. Когда рабочая поверхность СВЧ-диода засыпается сырьем(подпор), напряжение на выходе приемного блока 1 резко падает, что является критерием для срабатывания устройства и посылки сигнала на исполнительный элемент.
Генератор 3 модулирующих импульсов формирует прямоугольные импульсы для модуляции СВЧ-генератора. Сигнал с выхода приемного блока 1 поступает на усилитель 4, после усиления сигнал подается на компаратор 5, который переключается при превышении действующей амплитуды импульсов над порогом. Импульсы с компаратора 5 подаются на пиковый детектор 6, который выдает постоянное напряжение на вход элемента 7 задержки, при этом, в случае наличия входного сигнала устройства предусмотрена световая сигнализация. В случае если за установленное время задержки состояние входного сигнала не восстановилось, срабатывает ключ 8, что влечет за собой переключение реле в элементе 9 управления и посылки управляющего сигнала на исполнительное устройство, например створки, регулирующие поступление сырья в бункер.
Таким образом, использование устройств для контроля за состоянием технологического процесса позволяет полностью избавится от недостатков датчиков традиционного типа:
устранить механический и электрический контакт с сырьем, продуктом или объектом и обеспечить
непосредственный контроль объекта,
высокую помехоустойчивость и направленность действия,
высокую надежность, безопасность и отсутствие ионизирующих излучений,
малое энергопотребление.
Формула полезной модели.
Устройство для контроля уровня, содержащее передающий блок, генератор модулирующих импульсов и усилитель, отличающееся тем, что введены приемный блок и последовательно соединенные компаратор, пиковый детектор, элемент задержки, ключ и элемент управления, причем выход приемного блока соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом компаратора, выход генератора модулирующих сигналов соединен с входом передающего блока, а выход элемента управления является выходом устройства.