устройство для измерения уровня и плотности жидкости

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, защитную трубу с отверстиями в верхнем и нижнем ее концах, в которых расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой - с тензопреобразователем, микроконтроллер - с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с выходом тензопреобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено шаговым реверсивным электродвигателем с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, кронштейном с направляющей рейкой, который установлен в верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке с возможностью его вертикального перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня и плотности жидкости в замкнутых объемах.

Известно устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее поплавок переменного объема с ферритовым кольцом, направляющую трубку, внутри которой по всей длине размещены катушки индуктивности и датчик температуры, измерительный блок, входы которого соединены с семнадцатью катушками индуктивности и датчиком температуры, перфорированную трубку, систему наддува, который включает газовый баллон с манометром и арматуру с вентилями и редуктором давления (патент №1578584, кл. G 01 N 9/10, G 01 F 23/30, 23/74).

Недостатком известного устройства является низкая точность определения уровня и плотности, недостаточная надежность и малый диапазон измерения. При расположении катушек индуктивности на близком расстоянии одна от другой уменьшается диапазон измерения и наблюдается возрастание погрешности, так как ферритовое кольцо воздействует на соседние катушки индуктивности. При разнесении катушек одна от другой на расстояние 10 см и более диапазон измерения увеличивается от 170 см и более, но при расположении ферритового кольца между катушками ни одна из них не взаимодействует с кольцом, что приводит к потере информации. Поплавок переменного объема и система наддува сравнительно часто выходят из строя. Кроме этого устройство не обеспечивает достаточную точность измерения плотности, так как ее определяют по среднему значению давления, измеренного стрелочным манометром и по тарировочной кривой поплавка.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для измерения уровня жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметически закрыт, гибкий трос, защитную трубу с отверстиями в нижнем и верхнем ее концах, гидрозатвор в виде сосуда с горловиной и стакана, которые заполнены незамерзающим негорючим жидким диэлектриком, тензопреобразователь, стержень, один конец которого соединен с тензопреобразователем, а другой со стаканом гидрозатвора (Патент №2229691, кл. G 01 F 23/30).

Недостатком этого устройства является малая функциональная возможность. Это объясняется тем, что устройство не обеспечивает измерение плотности жидкости.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональной возможности устройства.

Настоящая задача достигается тем, что устройство для измерения уровня, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметически закрыт, защитную трубу с отверстиями в нижнем и верхнем ее концах, в которой расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой с тензопреобразователем, микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с выходом тензопреобразователя, снабжено шаговым реверсивным электродвигателем с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, кронштейном с направляющей рейкой, который установлен на верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке, с возможностью вертикального перемещения.

На чертеже изображено устройство для измерения уровня и плотности жидкости.

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости содержит вертикально расположенную защитную трубу 1 с отверстиями 2 и 3, сделанными в верхнем и нижнем концах трубы, поплавок 4 в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметически закрыт, гибкий трос 5, тензопреобразователь 6, микроконтроллер 7 с цифровым табло, кронштейн 8, направляющую рейку 9, которая установлена на кронштейне, шаговый реверсивный электродвигатель 10, на валу которого установлен микрометрический винт 11.

При измерении уровня жидкости устройство работает следующим образом.

В исходном положении уровень жидкости в резервуаре ниже предельного или отсутствует. В этом случае нижний конец поплавка 4 не контактирует с жидкостью. Под действием силы тяжести поплавка 4 F_т =mg тензопреобразователь испытывает деформацию порядка 0,1 мм, где m - масса поплавка, g=9,8 м/с² - ускорение свободного падения. В данном случае на цифровом табло микроконтроллера 7 высвечивается "0". При поступлении жидкости в резервуар на поплавок 4 действует давление Р= gh, где - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, h - высота уровня жидкости.

Под действием этого давления выталкивающая сила, равная ghS, где S - площадь основания поплавка, перемещает поплавок вверх. Под действием выталкивающей силы деформация тензопреобразователя 6 снижается, и на его выходе появляется электрический сигнал U₁, значение которого пропорционально уровню h жидкости. Электрический сигнал с выхода тензопреобразователя 6 поступает на вход АЦП микроконтроллера 7, и его цифровое табло показывает измеренный уровень h жидкости.

При измерении плотности жидкости устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 7 запоминает величину электрического сигнала U₁, который поступает на его вход от тензопреобразоателя 6, пропорциональный измеренному уровню h₁ жидкости. С выхода управляющего микроконтроллера 7 электрические импульсы поступают на вход шагового реверсивного электродвигателя 10, вал его поворачивается, и микрометрический винт 11 перемещает вверх тензопреобразователь 6, трос 5 и поплавок 4, который переходит в положение h₂. В этом случае электрический сигнал, величина которого равна U₂, поступает от тензопреобразователя 6 на первый вход микроконтроллера 7.

Разность потенциалов от тензопреобразователя 6 при положении поплавка h₁ и h₂ равна U=U₁-U₂,

где k - коэффициент пропорциональности; h ₂-h₁=const.

Микроконтроллер 7 в соответствии с соотношением (1) определяет плотность жидкости, так как U=f(P) его цифровое табло показывает измеренную плотность жидкости.

После этого с выхода управляющего микроконтроллера 7 поступают электрические импульсы на вход шагового реверсивного электродвигателя 10, и вал его поворачивается в обратном направлении. В этом случае микрометрический винт 11 перемещает тензопреобразователь 6 с тросом 5 вниз, поплавок 4 занимает исходное положение h ₁, и устройство переходит в режим измерения уровня.

Информация об измеренном уровне и плотности жидкости может быть передана для дальнейшей обработки на компьютер.

Устройство обеспечивает измерение плотности за счет шагового реверсивного электродвигателя с микрометрическим винтом, кронштейна с направляющей рейкой, на которой установлен тензопреобразователь с возможностью его вертикального перемещения.