Сигналізатор рівня електропровідної рідини

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для автоматичних систем контролю і регулювання рівня електропровідних рідин, наприклад, в металургійній промисловості. Відомий сигналізатор рівня електропровідної рідини [1],який вміщує кондуктивний датчик у вигляді двох контактних щупів, автогенератор, багатообмоточний трансформатор, три транзистори і виконавче реле. Недоліком цього пристрою є його складність і низька надійність при роботі з рідинами, забрудненими технічними маслами. Найбільш близьким до винаходу по технічній суті (прототипом) є сигналізатор рівня електропровідної рідини [2], який вміщує кондуктивний датчик у вигляді двох контактних щупів, джерело змінного струму, тиристор і вихідне реле. Недоліком цього пристрою є низька надійність при роботі з рідинами, забрудненими технічними маслами. Забезпечення працездатності пристроїв по [1] і [2] досягається очищенням контактних щупів від масляної плівки. Поставлена задача - збільшення періоду працездатності датчика при роботі з електропровідними рідинами, забрудненими технічними маслами. Рішення цієї задачі досягається тим, що низьковольтне джерело змінного струму підключене до входу випрямного мосту М; до позитивного полюсу виходу Μ підключена одна сторона обмотки вихідного реле постійного струму, друга сторона якої підключена до аноду діода, катод якого з’єднаний з анодом діністора, а катод цього діністора з’єднаний з негативним полюсом випрямного мосту М; паралельно обмотці вихідного реле включений конденсатор С1; крім того, позитивний полюс випрямного мосту Μ підключений до одної сторони котушки індуктивності, друга сторона якої підключена до колектора транзистора типу n-р-n, емітер якого з’єднаний з омічним опором R1,а другий контакт R1 підключений до негативного полюсу випрямного мосту М; між позитивним і негативним полюсами мосту Μ включений повний опір потенціометру, повзунок якого підключений до бази транзистора; між емітером транзистора і позитивним полюсом мосту Μ включений конденсатор С2; вузол зєднання катоду діода з анодом діністора з’єднаний з одним із контактних щупів, при цьому другий контактний щуп з’єднаний з колектором транзистора, самі контактні щупи використовуються для контролю рівня електропровідної рідини, а контакти вихідного реле підключені до схеми автоматики. Принципова схема пристрію приведена на фіг. Схема складається з низьковольтного джерела НИ синусоїдальної напруги, випрямного мосту М, діністора Д1,діода Д2, реле постійного струму 1P, високовольтного транзистора Т, індуктивності L з активним опором RL, потенціометра П, конденсаторів С1 і С2, опору R1 і контактних щупів Щ1,Щ2. Розглянемо работу схеми враховуючи наступні обмеження: R1 x C2 > 1/f (1) RL x C2 > 1/f (2) Rp x C1 > 1/f (3) Rn / RL < k (4) Ua Ud (6) де f - частота джерела ИH; RL - омічний опір індуктивності L; Rp - омічний опір обмотки реле 1Р; rn - опір частини потенціометру Π між його повзунком і позитивним полюсом випрямного мосту M; k - коефіцієнт підсилювання по струму транзистора T; Ua - амплитуда напруги джерела ИH; Ud - напруга пробою діністора Д1; Еа - амплітуда ерс самоіндукції L в момент зачинення Т. Для спрощення подальшого викладу припустимо, що в момент включення джерела ИН рідина знаходиться на рівні 1,тобто контактні щупи не замкнуті цією рідиною. Після включення ИН реле 1P залишається без струму в силу справедливості (5). Конденсатор С2 зарядиться до напруги Uс, приблизно рівної відношенню Ua x R1 / (R1 + rn) і ця напруга, в силу справедливості (1) і (2), буде практично незмінною. При цьому кожну півхвилю напруги живлення відбуватиметься наступне: а). Поки u Uc міст Μ відчиняється і в колі C2 - R1 з’являється струм; при цьому на емітері Τ виникає позитивний потенціал по відношенню до його бази і транзистор Τ зачинений. Коли вказана умова порушується, схема переходить в режим, описаний в п. а). Найбільш важливим з точки зору роботи пристрою є момент зачинення транзистора Т. При цьому в індуктивності L наводиться ерс самоіндукції, амплітудне значення якої Еа може значно перевищувати Ua. B цей момент у індуктивності L змінюється полярність напруги (вона для цього моменту вказана на фіг. в дужках). Якщо в зоні щупів Щ1, Щ2 нема рідини то енергія, що накопичена L розряджується через опір ізоляції підключених кіл. А якщо щупи Щ1, Щ2 замкнуті рідиною, то Еа прикладається до діністора Д1 по колу К - Щ2 - Щ1 - Д1 - К1 - С2 - RL ;діністор Д1 пробивається в силу справедливості (6), ємність С1 заряджується через відчинений діністор Д1, реле 1P спрацьовує і утримується в такому стані до з’яви наступного імпульсу в силу справедливості (З). Таким чином, поки щупи Щ1, Щ2 замкнуті рідиною, реле 1P збуджено, а коли рідина опускається нижче рівня щупів реле 1P відключається через час, приблизно рівний Rp x C2. Значення Еа (і, отже, чутливість пристрою) регулюється положенням повзунка потенціометру її. Вище відмічалось, що амплітуда ерс самоіндукції Еа індуктивності L в момент зачинення транзистора може досягти великих значень (за рахунок чого і досягається висока ефективність пристрою, тому що масляна плівка на електродах пробивається цією напругою), через це параметри котушки індуктивності L повинні задовольняти обмеженням, що витікають із вимог техніки безпеки. Для визначення цих обмежень знайдемо найбільшу можливу величину діючого струму Ід через людину, що торкається електродів Щ1 ,Щ2 запропонованого пристрою. Величину Ід визначним за час Τ з моменту появи імпульсу ерс самоіндукції на котушці L до моменту появи наступного імпульсу, що(при стандартній частоті 50Гц) складає Т = 0,01сек. В силу однаковості таких імпульсів знайдене значення Ід і буде тим струмом, під вплив якого наражається людина(впливом ИН на людину знехтуємо, бо цей вплив безпечний в силу визначення ИН). Тепер із умови: ІД Τ, тο індуктивність в схемі буде недовикорнстана, бо значна частина накопиченої в цій індуктивності енергії не встигне розсіятись до наступного відчинення транзистора, а тому можливо прийняти наступне обмеження: τ < Т/2. (14) Але в цьому разі exp(-2T/τ)