устройство для измерения уровня жидкости

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня жидкости, содержащее чувствительный элемент, соединенный с источником питания и определителем уровня, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде пластины из изоляционного материала с расположенным на ней термосопротивлением, выполненным в виде непрерывного меандра с контактными площадками, расположенными через интервалы по всей длине термосопротивления и соединенными с определителем уровня.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости в резервуарах или границы раздела двух сред.

Известно "Устройство для непрерывного измерения уровня жидкости" (патент РФ N 2114400, М.кл.⁶ G 01 F 23/22, опубл. 17.06.98), содержащее корпус, нагреватель и электрически изолированный проводник, выполненные в виде единого кабеля с минеральной изоляцией, устройство для измерения сопротивления проводника и устройство для электропитания нагревателя и регулирования его тока накала в зависимости от входной температуры, давления и скорости изменения уровня жидкости. Недостатком этого устройства является низкая точность определения уровня жидкости, обусловленная невозможностью получить сильную линейную зависимость сопротивления проводника от температуры в пределах малых изменений температуры и уровня.

Известно "Устройство для измерения уровня токопроводной жидкости" (патент РФ N 2084836, М.кл.⁶ G 01 F 23/24, заявл. 12.01.95, опубл. 20.07.97 б. N 20), содержащее чувствительный элемент, подключенный к блоку регистрации, соединенному с блоком индикации и источником питания. Причем чувствительный элемент выполнен в виде ряда колец из электропроводной проволоки, размещенных на диэлектрическом цилиндре с шагом, определяемым по формуле l= 2 - d, где - ошибка измерения в мм; d - диаметр проволоки в мм, при этом в шаговых промежутках диэлектрического цилиндра размещен слой водоотталкивающего материала, а блок регистрации содержит скользящий контакт и шаговые контактные элементы, соединенные с рядом колец чувствительного элемента. Это устройство имеет низкую точность. Определяемую диаметром проволоки и шириной промежутка между кольцами. Кроме того, это устройство имеет ограниченную область применения, так как работает только в токопроводной жидкости и имеет с ней непосредственный контакт, что приводит к уменьшению надежности в случае агрессивной среды, и этим устройством невозможно определить уровни расслаивающихся сред.

Наиболее близким решением является "Устройство выявления изменений в теплопередаче для определения уровня жидкости или положения границы раздела двух жидкостей в резервуаре" (патент США N 5339689, М.кл.⁶ G 01 F 23/22, 20.05.93, опубл. 23.08.94). Это устройство содержит удлиненный кожух, в котором размещен чувствительный элемент, вдоль продольной оси которого размещены на некотором расстоянии друг от друга пары транзисторов Дармингтона. Проводимость пар, а потому и разность потенциалов этих пар зависит от температуры окружающей среды и теплообмена с нею. Разность потенциалов меняется при изменении уровня жидкости или границы раздела двух сред.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения уровня жидкости или раздела двух сред, определяемая дискретом расположения пар транзисторов.

В заявляемом устройстве для измерения уровня жидкости, содержащем чувствительный элемент, соединенный с источником питания и определителем уровня, чувствительный элемент выполнен в виде пластины из изоляционного материала с размещенным на нем термосопротивлением в виде непрерывного меандра с контактными площадками, расположенными через интервалы по всей длине термосопротивления и соединенными с определителем уровня.

Заявляемое устройство обеспечивает высокую точность измерения уровня жидкости или границы раздела двух сред при непрерывности контроля, кроме того, обеспечивает малую инерционность.

На чертеже изображена схема устройства для измерения уровня жидкости. Устройство содержит чувствительный элемент 1, соединенный с определителем уровня 2, который содержит последовательно соединенные коммутатор напряжения 3, выполненный по дифференциальной схеме, АЦП 4 и схему управления и обработки информации 5, выполненную на однокристальной ЭВМ типа МК-51, управляющие входы схемы управления и обработки информации 5 соединены с управляющими входами коммутатора напряжения 3 и АЦП 4. Выход схемы управления и обработки информации через схему передачи данных 7 соединен с устройством управления и индикации 8, находящимся на пульте управления. Источник питания 6 соединен с определителем уровня 2 и чувствительным элементом 1, а его управляемый вход соединен с управляющим выходом устройства управления и индикации 8. Чувствительный элемент 1 выполнен на пластине из стеклотекстолита шириной 30 мм и длиной, определяемой измеряемым уровнем. На пластину одним из известных методов нанесено термосопротивление в виде непрерывного меандра с контактными площадками, расположенными по всей длине меандра через 50 мм и соединенными с коммутатором напряжения 3, термосопротивление выполнено из материала, имеющего линейную зависимость от температуры, например меди или платины. Чувствительный элемент покрыт тонким слоем изоляционного материала 0,02 мм и размещен в защитном удлиненном кожухе.

Устройство работает следующим образом: чувствительный элемент 1 запитывается стабилизированным током от блока питания 6. Коммутатор напряжения 3 подключает сегменты термосопротивления к АЦП 4 по алгоритму управления, заложенному в схему управления 5, например последовательно. В процессе работы определяется сопротивление каждого сегмента термосопротивления, сегмент, частично погруженный в жидкость, будет иметь сопротивление, пропорциональное погруженной части. Определение уровня происходит вычислением номера сегмента, частично погруженного в жидкость, началу которого соответствует заранее заданный уровень, и вычислением добавки, соответствующей части сегмента, погруженного в жидкость. Уровни границ сегментов заложены в памяти схемы обработки информации. Вычисление части сегмента, погруженной в жидкость, осуществляют исходя из обычной пропорции по измеренным удельным сопротивлениям сегментов, находящихся полностью или в жидкости или в газе. Устройство может работать как в пассивном, так и в активном режимах, в активном режиме термосопротивление нагревается пропусканием через него сигнального тока фиксированное время. Измерение уровня границы раздела расслаивающихся жидкостей осуществляется аналогично, вследствие имеющихся различий в теплофизических свойствах этих жидкостей.

Испытания показали, что это устройство для измерения уровня жидкости обеспечило точность измерения уровня, высота которого равна 3 м, равную 10 измеряемого диапазона.