Спосіб вимірювання рівня рідини

Спосіб вимірювання рівня рідини, що включає пошук і виявлення на вертикальній опорі, розміщеній у вмістилищі з рідиною, двох первинних перетворювачів з різними значеннями характерних для них фізичних параметрів і визначення рівня рідини як відрізка відстані від нижньої межі розподілу "рідина - не рідина" у вмістилищі до проміжку між даними первинними перетворювачами, який відрізняється тим, що як первинні перетворювачі використовують вигнуті у вигляді петлі на ділянці кріплення до опори світловоди з оптичного волокна, кожний з яких з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичний параметр, що змінюється в залежності від навколишнього середовища, вимірюють інтенсивність світлового випромінювання, що попадає на фотодетектор. Корисна модель, що пропонується, відноситься до вимірювань, зокрема, до вказівників рівня рідини, в яких використовується метод вимірювання фізичних перемінних величин, а також до пристроїв або приладів для оптичних досліджень. З рівня техніки відомий спосіб вимірювання рівня рідини, реалізований у загальному виді з використанням ланцюжка первинних перетворювачів, розташованих послідовно на опорі, яку, у свою чергу, поміщають в об'єм вимірюваної рідини. Первинні перетворювачі в даному випадку мають властивість, що дозволяє певним чином розрізняти середовище, у якій вони знаходяться у рідині або в газі. Такою властивістю є залежність фізичного параметра, характерного для конкретного типу первинного перетворювача, від властивостей середовища, яке його оточує. Процедура визначення місця розташування поверхневого рівня рідини при цьому полягає у виявленні двох сусідніх первинних перетворювачів з різними значеннями величини їхнього фізичного параметра (між ними і лежить границя "рідинаповітря" або "рідина-газ"). За таким способом працює, зокрема, ємнісний рівнемір, обраний як аналог, який містить штангу з послідовно з'єднаними секціями з ємнісними датчиками (первинними перетворювачами) рівня і комутаторами імпульсів опитування, блок перетворювачів, мікропроцесорний блок і обчислювальний блок. Кожна секція містить безперервні і дискретні ємнісні датчики, що чергуються, рівня. Вхідні електроди безперервних датчиків рівня розташовані паралельно і з перекриттям. У зоні перекриття розташовані вхідні електроди дискретних датчиків рівня. Усі вхідні електроди розташовані на поверхні друкованих плат у виді згорнутої в трубку гнучкої діелектричної плівки. Виходи ємнісних датчиків рівня кожної секції об'єднані і підключені до входу відповідного комутатора імпульсів опитування. Входи обчислювального блоку з'єднані з виходом блоку перетворювачів і виходом мікропроцесорного блоку, до входів яких підключені відповідно виходи комутаторів імпульсів опитування датчиків, відповідний вхід кожного з яких з'єднаний з виходом мікропроцесорного блоку, а другий вихід підключений до блоку перетворювачів [1]. Тут у первинних перетворювачах міняється їхня ємність у залежності від того, знаходяться вони в рідині або на повітрі. Виконуючи опитування датчиків, знаходять два сусідніх з них з со о> 7419 різною ємністю. Очевидно, що верхня поверхня рідини знаходиться між ними. Знаючи, на якій глибині розташовані ці датчики, і обробивши відповідним чином за допомогою електронних пристроїв сигнал від них. визначають рівень рідини. Точність визначення, при цьому, у першу чергу залежить від того, з якою дискретністю встановлені на планці датчики, або іншими словами - яке відстань між сусідніми датчиками. Даний спосіб вимірювання рівня рідини, як і однойменний спосіб, що заявляється, включає пошук і виявлення на вертикальній опорі, розміщеній у вмістилищі з рідиною, двох первинних перетворювачів з різними значеннями характерних для них фізичних параметрів, що змінюються в залежності від навколишнього середовища, і визначення рівня рідини як відрізка відстані від нижньої межі розподілу "рідина - не рідина" у вмістилищі до проміжку між даними первинними перетворювачами. Однак відсутність у аналога ознак, згідно з якими як первинні перетворювачі використовують вигнуті у вигляді петлі визначеного радіуса вигину на ділянці кріплення до опори світловоди з оптичного волокна, кожне з яких з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичний параметр, що змінюється в залежності від навколишнього середовища, вимірюють інтенсивність світлового випромінювання, що попадає на фотодетектор, знижує точність вимірювання рівня рідини й ускладнює технологію виготовлення, налагодження і експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. Найбільш близьким за технічною сутністю до способу, що заявляється, є спосіб, обраний як прототип, за яким працює електрооптична система вимірювання рідини. До складу оптоволоконного дискретного рівнеміра рідини, що реалізує даний спосіб, входить оптичний чуттєвий елемент, перший оптоволоконний кабель, який знаходиться в оптичному контакті з джерелом світла і підводить світло до чуттєвого елемента, другий оптичний кабель, що знаходиться в оптичному контакті з фотодетектором, по якому світло, що пройшло через чуттєвий елемент, подається до фотодетектора. Чуттєвий елемент являє собою виконану з прозорого для світла матеріалу призму, до однієї з граней якої підводять світло. Геометрично призма виконана так, щоб світло, яке відбивається від іншої грані, попадало на третю грань у місце, де в оптичному контакті з цією гранню знаходиться торець другого оптичного кабелю, так, що коли призма знаходиться в рідині, світло з першого оптичного кабелю після відбивання на границі "матеріал призма-рідина" попадає на торець другого оптичного кабелю і потім по ньому - на фотодетектор. У випадку коли чуттєвий елемент знаходиться в повітрі зазначене юстування порушується, і світло у фотодетектор не попадає. Для реалізації даного способу застосовується також електронна схема, що забезпечує опитування по черзі всіх первинних перетворювачів і визначення двох сусідніх з них, один із яких знаходиться в рідині (і пропускає світло), а сусідній не пропускає світло і. отже знаходиться над рів нем рідини - у повітрі. Рівень рідини, при цьому, з точністю до відстані між ними знаходиться вище того первинного перетворювача, який пропускає світло, і нижче того, який світло не пропускає. Оскільки положення всіх первинних перетворювачів задано попередньо у виді конкретних відомих відстаней, то за ними і встановлюють рівень рідини. Даний спосіб вимірювання рівня рідини, як і однойменний спосіб, що заявляється, включає пошук і виявлення на вертикальній опорі, розміщеній у вмістилищі з рідиною, двох первинних перетворювачів з різними значеннями характерних для них фізичних параметрів, що змінюються в залежності від навколишнього середовища, і визначення рівня рідини як відрізка відстані від нижньої межі розподілу "рідина - не рідина" у вмістилищі до проміжку між даними первинними перетворювачами. Однак відсутність у аналога ознак, згідно з якими як первинні перетворювачі використовують вигнуті у вигляді петлі визначеного радіуса вигину на ділянці кріплення до опори світловоди з оптичного волокна, кожний з яких з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичний параметр, що змінюється в залежності від навколишнього середовища, вимірюють інтенсивність світлового випромінювання, що попадає на фотодетектор, знижує точність вимірювання рівня рідини й ускладнює технологію виготовлення, налагодження і експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. В основу корисної моделі поставлена задача в способі вимірювання рівня рідини шляхом застосування як первинних перетворювачів оптичних світловодів з оптичного волокна, вигнутих у вигляді петлі визначеного радіуса вигину, і вимірювання після проходження петлі інтенсивності світлового випромінювання як фізичного параметра, що міняється в залежності від середовища, яке оточує петлю, підвищити точність вимірювання рівня рідини і спростити технологію виготовлення, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. Задача, що поставлена, вирішується за рахунок того, що в способі вимірювання рівня рідини, який включає пошук і виявлення на вертикальній опорі, яка розміщена у вмістилищі з рідиною, двох первинних перетворювачів з різними значеннями характерних для них фізичних параметрів, що змінюються в залежності від навколишнього середовища, і визначення рівня рідини як відрізка відстані від нижньої межі розподілу "рідина - не рідина" у вмістилищі до проміжку між даними первинними перетворювачами, відповідно до корисної моделі, що заявляється, як первинні перетворювачі використовують вигнуті у вигляді петлі визначеного радіуса вигину на ділянці кріплення до опори світловоди з оптичного волокна, кожний з яких з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичний параметр, що змінюється в залежності від навколишнього середовища, вимірюють інтенсивність світлового випромінювання, що попадає на фотодетектор. Технічний результат, якого можна досягти 7419 при використанні корисної моделі виражається в тому, що підвищується точність вимірювання рівня рідини і спрощується технологія виготовлення, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом спостерігається в тому, що нові ознаки, введені в спосіб вимірювання рівня рідини, а саме: використання як первинних перетворювачів, вигнутих у вигляді петлі визначеного радіуса вигину на ділянці кріплення до опори світловодів з оптичного волокна, кожний з яких з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичного параметру, що змінюється в залежності від навколишнього середовища, вимірювання інтенсивності світлового випромінювання, що попадає на фотодетектор, при взаємодії з відомими ознаками, а саме: пошуком і виявленням на вертикальній опорі, розміщеній у вмістилищі з рідиною, двох первинних перетворювачів з різними значеннями характерних для них фізичних параметрів і визначенням рівня рідини як відрізка відстані від нижньої межі розподілу "рідина - ні рідина" у вмістилищі до проміжку між даними первинними перетворювачами, забезпечують підвищення точності вимірювання рівня рідини і спрощення технологія виготовлення, налагодження й експлуатації пристрою, реалізуючий даний спосіб. Точність вимірювання рівня рідини підвищується за рахунок того, що геометричні розміри оптоволокна і радіус його вигину в петлю менші, ніж розміри призми в прототипі, а це дає можливість розмістити більшу кількість первинних перетворювачів на одиницю висоти рівнеміра або, іншими словами, зробити більш дрібною, а значить і більш точною його шкалу розподілу. Технологія виготовлення, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб, спрощується за рахунок того, що в ньому відсутня призма, яку виготовити досить складно і, застосування якої вимагає спеціального налагодження (юстування) її при установці і постійному відстеженні точності юстування під час експлуатації. На Фіг.1 показаний первинний перетворювач, на застосуванні якого заснований спосіб вимірювання рівня рідини. На Фіг.2 показаний пристрій для реалізації способу вимірювання рівня рідини. Пропонований спосіб вимірювання рівня рідини заснований на застосуванні первинного перетворювача, який містить світловод з оптичного волокна 1, що на ділянці кріплення до опори має петлеподібний крутий вигин 2. Оптичне волокно через оптичний рознім 3 підключено до джерела світла на вході світловода 4 і до фотодетектора на виході 5. У пристрої для реалізації способу вимірю вання рівня рідини світловоди, що містять первинні перетворювачі з крутими вигинами оптоволокна у вигляді петель, об'єднані в лінійку з розміщенням друг за другом на визначеному між ними відстані знизу нагору. При цьому, кожен світловод, крім ділянки петлі - активної ділянки, має ще дві допоміжні ділянки: по одній з них світло від джерела світла підводять до петлі, а по другій направляють світло після проходження петлі до фотодетектора. Лінійку зі світловодами закріплюють на вертикальній опорі (штанзі), що поміщають в умістилище, де міряють рівень рідини. Довжина набору петель на лінійці має перекривати весь можливий діапазон вимірювань рівня рідини в ємності. Лінійка зі світловодами має оптичний рознім, через який світловоди підключають до блоку джерел світла і до блоку фотодетекторів. Блок фотодетекторів, у свою чергу, з'єднаний з комутатором і реєструвальним пристроєм. Спосіб вимірювання рівня рідини на прикладі реалізації працює таким чином. Світло від джерела світла направляють у серцевину оптичного волокна, де воно поширюється відповідно до принципу повного внутрішнього відбиття на межі розподілу "серцевинаоболонка". Щоб світло взаємодіяло з зовнішнім середовищем необхідно вивести його із серцевини в оболонку. Для цього оптичне волокно піддають крутому вигину з радіусом, що залежить від показників переломлення матеріалу серцевини і матеріалу оболонки. Світло, увійшовши із серцевини в оболонку, падає на межу розподілу "оболонка-навколишнє середовище". Якщо навколишнім середовищем є повітря, світло відбивається від межі розподілу і повертається в серцевину на ділянці, де закінчується вигин. Якщо ж навколишнім середовищем є рідина з показником переломлення, більшим за 1,28, то оптичне випромінювання частково або цілком (залежно від радіуса вигину) залишає світловод, і тоді фотодетектор, на який світло попадає після проходження вигину, прореагує на наступне різке зниження інтенсивності світла зниженням величини вироблюваного електричного сигналу. Отримані з фотодетекторів електричні сигнали направляють на електронну схему обробки сигналів, що складається в загальному виді з комутатора і реєстру вального пристрою. У реєстраторі визначають два світловода, сусідніх за висотою розташування вигину, у яких зафіксована різка різниця інтенсивності світла, що попадає на фото детектори. По вертикалі в проміжку між вигинами цих світловодів і знаходиться вимірюваний рівень рідини. Джерела інформації: 1. Патент на винахід RU №2042928, МПК G01F23/26, опублікований 27.08.95, Бюл. №24. 2. Патент на винахід USA №3995168, Neuscheler і ін., МПК G01 N021/26, опублікований 30.11.76. 7419 Фіг. 1 peroqpy вальний пристрій етекторів оптичний рознім блок джерел світла лшінка СЕПГЛОВООІВ лінійка первинних перетворювачі» ; опорна штанга Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601