ДАТЧИК УРОВНЯ ОПТИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к технике контроля и регулирования уровня жидкости или межфазного уровня и может быть использована в агрессивных средах, в условиях вибрации, высокого давления, во взрывоопасных средах.
Известен сигнализатор уровня (патент №2266525, кл. G01F 23/22). Содержащий корпус, источник излучения, отражатель, приемник излучения, устройство обработки сигнала, в центральной части корпуса выполнена рабочая полость с крышкой, в которой расположен отражатель, размещенный на оправе с двумя параллельными вертикальными каналами, в одном из которых установлен источник излучения, а во втором - приемник излучения, соединенный с устройством обработки сигнала, которое закреплено на плате, размещенной внутри корпуса под оправой, причем оси источника излучения и приемника излучения равно удалены от геометрической оси симметрии отражателя, выполненного из материала, показатель преломления которого равен показателю преломления жидкости, при этом в нижней части боковой стенки рабочей полости выполнено отверстие для подачи жидкости, а в верхней ее части выполнено отверстие для слива жидкости, причем верхняя крышка выполнена в виде винта, а оправа соединена с корпусом с использованием резьбового соединения.
Недостатком устройства является то, что рабочий элемент не является стойким к агрессивным средам, а также сложность конструкции и ее высокая стоимость.
Цель создания полезной модели - получение экономичного датчика для работы в легковоспламеняемых, взрывоопасных и агрессивных средах, упрощение конструкции, снижение стоимости устройства.
Предложен датчик уровня оптический, содержащий корпус, источник излучения, приемник излучения, устройство обработки сигнала.
Технический результат достигается тем, что корпус является рабочим элементом датчика и выполнен в виде полого фторопластового цилиндра, имеющего толщину стенки от 0,5 до 0,6 мм, а источник и приемник излучения расположены внутри рабочего элемента под углом 90° к его боковой поверхности.
Использование фторопластового цилиндра в качестве корпуса и рабочего элемента датчика значительно упрощает и удешевляет конструкцию. Вертикальная цилиндрическая поверхность фторопластового цилиндра является идеальной для отекания остатков жидкости и инертна к любым агрессивным средам.
В основе работы оптического датчика уровня жидкости лежит различие оптических плотностей жидкостей и газов. Источник инфракрасного (ИК) излучения расположенный внутри датчика освещает рабочий элемент датчика, а приемник также расположенный внутри датчика принимает возвращенный сигнал. Сравнивая величины возвращенного сигнала в жидкости и газе, определяют конкретную внешнюю среду. На фиг.1 представлен общий вид датчика уровня оптического. На фиг.2 представлена схема электрическая принципиальная датчика уровня оптического.
Датчик уровня (Фиг.1) представляет собой полый фторопластовый цилиндр 1, нижняя часть которого имеет толщину боковой стенки 0,5-0,6 мм и является рабочим элементом датчика. Источник излучения 2 (ИК- диод) и приемник 3 (ИК-фототранзистор) расположены под углом 90° к боковой стенке цилиндра на расстоянии S=3 мм, шайба 4 из фторопласта отделяет нижнюю сенсорную часть датчика 8 от верхней с платой 5 и кабелем 6. Верхняя часть датчика заливается эпоксидным компаундом 7. Датчик уровня работает следующим образом:
ИК-диод 2 обеспечивает стабильный поток ИК- излучения, проникающего через внутреннюю поверхность боковой стенки фторопластового (фторопласт относится к материалам со слабой прозрачностью в ИК-области) цилиндра к внешней поверхности, которая и является рабочей. Световая волна, отражаясь от рабочей поверхности, попадает в фотоприемник. В жидкости внутреннее отражение от рабочей поверхности значительно меньше, чем в воздухе, соответственно меньше фотонов попадет в фотоприемник.
От того какая часть светового потока проникнет к рабочей поверхности, зависит чувствительность датчика. Этим и объясняется незначительная толщина h боковой стенки. Для фторопласта марки Ф-4 ее величина составляет менее 1 мм.
Для получения максимального полезного сигнала на входе фототранзистора 3 излучающий ИК-диод 2 и фототранзистор располагают перпендикулярно боковой стенке фторопластового цилиндра. Освещенная ИК-диодом поверхность должна находиться в области прямой видимости фототранзистора. Поэтому расстояние S не менее 3 мм. Дно фторопластового цилиндра также толщиной h. Фактически, боковая стенка и дно цилиндра подсвечиваются многократно отраженными ИК-лучами. Эти поверхности, взаимодействуя с окружающей датчик средой, добавляют полезную компоненту сигнала на входе фототранзистора 3.
Схема датчика представлена на фиг.2. Источник тока DA2 и резистор R5 задают в ИК-диоде VD1 ток менее 4 мА. Резистор R1 выбран таким образом, чтобы обеспечить размах напряжения на коллекторе VD2 не менее 0,8Е в зависимости от среды. Опорное напряжение величиной 2,5 В при нормальных условиях создается на нелинейном элементе из пяти диодов VD3-VD7, который является одновременно термокомпенсатором, так как коэффициент усиления фототранзистора VD2 увеличивается с ростом температуры окружающей среды. Компаратор DA1 фиксирует изменение
уровня напряжения на выходе фототранзистора VD2 В. Светодиод VD10 позволяет визуализировать выходной сигнал датчика. Конструкция датчика позволяет обеспечить:
- работоспособность схемы в широком диапазоне питающих напряжений от 5 В до 36 В;
- экономичность (ток потребления не более 4 мА);
- использовать датчик в средах с высоким давлением (полость 8 (Фиг1.) заполнятся прозрачным маслом или прозрачным для ИК-лучей полимером).
- вертикальная цилиндрическая поверхность фторопластового цилиндра является идеальной для отекания остатков жидкости и инертна к любым агрессивным средам.