Спосіб вимірювання рівня рідини

Спосіб вимірювання рівня рідини, що включає порівняння змінюваних в залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, розміщених на вертикальній опорі, яку поміщено в умістилище з рідиною, і визначення рівня рідини з урахуванням результатів порівняння, який відрізняється тим, що як первинні перетворювачі використовують гідроакустичні датчики, сполучені з оптичним волокном, яке з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, як змінювані в залежності від навколишнього середовища фізичні пара метри первинних перетворювачів вимірюють і порівнюють інтенсивність світлового випромінювання, що проходить по оптичному волокну і попадає на фотодетектор, причому порівнюють значення величини інтенсивності світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в повітрі, з інтенсивністю світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в рідині, і, якщо абсолютне значення різниці цих величин перевищує встановлене значення, то виробляють імпульс сигналу, кількість даних імпульсів підраховують і реєструють у суматорі, а рівень рідини S визначають за формулою: S=nDh, де п - кількість імпульсів, зареєстрованих суматором; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками. 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, розміщують в об'ємі 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 межа "рідина-повітря" або "рідинагаз"). 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 змінюється їхня ємність у залежності від того, знаходяться вони в рідині або на повітрі. Виконуючи опитуван CM 7420 ня датчиків, знаходять два сусідніх з них з різною ємністю. 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 - яка відстань між сусідніми датчиками. Даний спосіб вимірювання рівня рідини, як і спосіб, що заявляється, включає порівняння змінюваних у залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, розміщених на вертикальній опорі, яка поміщена в ємність з рідиною, і визначення рівня рідини з урахуванням результатів порівняння. Однак відсутність у аналога ознак, згідно з якими як первинні перетворювачі використовують гідроакустичні датчики, сполучені з оптичним волокном, яке з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, як змінювані у залежності від навколишнього середовища фізичні параметри первинних перетворювачів вимірюють і порівнюють інтенсивність світлового випромінювання, що проходить по оптичному волокну і попадає на фотодетектор, причому порівнюють значення величини інтенсивності світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться у повітрі з інтенсивністю світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в рідині, і, якщо абсолютне значення різниці цих величин перевищує встановлене значення, то виробляють імпульс сигналу, кількість даних імпульсів підраховують і реєструють у суматорі, а рівень рідини S визначають за формулою: S=n-h, де п - кількість імпульсів, зареєстрованих суматором; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками, знижує точність вимірювання рівня рідини й ускладнює технологію виготовлення деталей, зборки, налагодження й експлуатації пристрою, який реалізує даний спосіб. Найбільш близьким за технічною сутністю до способу, що заявляється, є спосіб, обраний як прототип [2], 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 оптич ного кабелю після відбивання на межі "матеріал призми - 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 рівнем 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 спочатку виді конкретних відомих відстаней, то за ними і встановлюють рівень рідини. Даний спосіб вимірювання рівня рідини, як і однойменний спосіб, що заявляється, містить у собі порівняння змінюваних у залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, розміщених на вертикальній опорі, яка поміщена в ємність з рідиною, і визначення рівня рідини з урахуванням результатів порівняння. Однак відсутність у прототипі ознак, згідно з якими як первинні перетворювачі використовують гідроакустичні датчики, сполучені з оптичним волокном, які з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, як змінювані в залежності від навколишнього середовища фізичні параметри первинних перетворювачів вимірюють і порівнюють інтенсивність світлового випромінювання, що проходить по оптичному волокну і попадає на фотодетектор, причому порівнюють значення величини інтенсивності світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться у повітрі з інтенсивністю світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в рідині, і, якщо абсолютне значення різниці цих величин перевищує встановлене значення, то виробляють імпульс сигналу, кількість даних імпульсів підраховують і реєструють у суматорі, а рівень рідини S визначають за формулою: S=n-h, де п - кількість імпульсів, зареєстрованих суматором; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками, знижує точність вимірювання рівня рідини й ускладнює технологію виготовлення деталей, зборки, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. В основу корисної моделі поставлена задача в способі вимірювання рівня рідини шляхом застосування як первинних перетворювачів гідроакустичних датчиків, розташованих на вертикальній опорі і сполучених з оптичним волокном, яке з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, а як фізичного параметру, змінюваного в залежності від навколишнього середовища, вимірювання інтенсивності світлового випромінювання, що проходить по оптичному во 7420 локну і попадає на фотодетектор, з наступною обробкою отриманих результатів і визначенням рівня рідини S за формулою: S=n-h, де п - кількість зареєстрованих імпульсів про різницю значень інтенсивності світла, отриманих в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в повітрі або в рідині; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками, 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, що включає порівняння змінюваних у залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, розміщених на вертикальній опорі, яку поміщено в ємність з рідиною, і визначення рівня рідини з урахуванням результатів порівняння, відповідно до корисної моделі, що заявляється, як первинні перетворювачі використовують гідроакустичні датчики, сполучені з оптичним волокном, яке з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, як змінювані в залежності від навколишнього середовища фізичні параметри первинних перетворювачів вимірюють і порівнюють інтенсивність світлового випромінювання, що проходить по оптичному волокну і попадає на фотодетектор, причому порівнюють значення величини інтенсивності світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в повітрі з інтенсивністю світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в рідині, і, якщо абсолютне значення різниці цих величин перевищує встановлене значення, то виробляють імпульс сигналу, кількість даних імпульсів підраховують і реєструють у суматорі, а рівень рідини S визначають за формулою: S=n-h, де п - кількість імпульсів, зареєстрованих суматором; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками. Технічний результат, якого можна досягти при використанні корисної моделі виражається в тому, що підвищується точність вимірювання рівня рідини і спрощується технологія виготовлення деталей, зборки, 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 гідроакустичних датчиків, сполучених з оптичним волокном, яке з одного боку з'єднують із джерелом світла, а з іншого - з фотодетектором, як змінюваних в залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, вимірювання і порівняння інтенсивності світлового випромінювання, що проходить по оптичному волокну і потрапляє на фотодетектор, причому порівняння значення величини інтенсивності світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в повітрі з інтенсивністю світлового випромінювання, отриманого в умовах, коли гідроакустичний датчик знаходиться в рідині, і, якщо абсолютне значення різниці цих величин перевищує встановлене значення, те виробляння імпульсу сигналу, підрахування і реєстрування в суматорі кількості даних імпульсів, а визначення рівня рідини S за формулою: S=n-h, де п - кількість імпульсів, зареєстрованих суматором; h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками, при взаємодії з відомими ознаками, а саме: порівнянням змінюваних у залежності від навколишнього середовища фізичних параметрів первинних перетворювачів, розміщених на вертикальній опорі, поміщеній у ємність з рідиною, і визначенням рівня рідини з урахуванням результатів порівняння, забезпечують підвищення точності вимірювання рівня рідини і спрощення технології виготовлення деталей, зборки, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб. Точність вимірювання рівня рідини підвищується за рахунок того, що геометричні розміри гідроакустичних датчиків 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 за ціною поділки. Технологія виготовлення деталей, зборки, налагодження й експлуатації пристрою, що реалізує даний спосіб, спрощується за рахунок того, що в ньому відсутня призма, яку досить складно виготовити, і застосування якої вимагає спеціального налагодження (юстування) її при установці і постійному відстеженні точності юстування під час експлуатації. Крім того, пристрій за прототипом вимагає більш складної зборки, оскільки виникає необхідність монтажу великої кількості світловодів з оптичного волокна різної довжини, а також джерел світла і фотодетекторів, а для пропонованого способу зборка пристрою є простішою, тому що потрібно змонтувати всього один світловод, одне джерело світла й один фотодетектор. На кресленні показаний пристрій для реалізації способу вимірювання рівня рідини. Пропонований спосіб вимірювання рівня рідини заснований на застосуванні первинного перетворювача, що містить гідроакустичний датчик, сполучений зі світловодом з оптоволокна, до якого з одного боку підключене джерело світла, а з іншого боку - фотодетектор. Гідроакустичний датчик, при цьому, виконаний у виді двох мембран, реагуючих на хвилеподібні коливання рідини, із загнутими усередину зубцюватими краями, а оптичне волокно пропускають усередині датчиків між мембранами крізь їхні зубцюваті краї. У пристрої для реалізації способу вимірювання рівня рідини дані гідроакустичні датчики 1 кріплять на вертикальну опору, збираючи з них лінійку гідроакустичних датчиків 2. Крізь датчики пропус 7420 кають світловод з оптичного волокна 3. Лінійку гідроакустичних датчиків разом з оптичним волокном поміщають в акустичний канал (хвилевід) 4. За своєю довжиною лінійка повинна перекривати весь можливий діапазон вимірювань рівня рідини 5. Акустичний канал (хвилевід) конструктивно виконують у вигляді труби, що спирається на дно умістилища 6 із зазором(ами) так, щоб рідина вільно затікала в неї. Акустичний вібратор 7, що передає імпульсні акустичні коливання рідини, поміщають під акустичним каналом, причому, у залежності від конкретної конструкції такого вібратора і його принципу дії він може бути поміщений або між дном умістилища і трубою акустичного каналу, або під дном. Безпосередньо імпульсні коливання задають за допомогою генератора 8, що одержує живлення від блоку живлення 9. На вході світловода встановлюють джерело світла 10, а на його виході - фотодетектор 11, а також запам'ятовуючий і порівняльний пристрій 12, генератор сигналів 13 і суматор 14. Спосіб вимірювання рівня рідини на прикладі реалізації працює таким чином. У генераторі 8 безупинно з установленою дискретністю задають імпульсні коливання звукової частоти, що за допомогою акустичного вібратора 7 передають рідині в умістилищі 6, утворюючи в рідині смуги хвилеподібних коливань 13, що періодично поширюються знизу нагору. Одночасно фотодетектор 11 виробляє електричний сигнал, який за величиною залежить від інтенсивності світлового випромінювання, що проходить по світловоду 3 від джерела світла 10 до фотодетектора, і значення величини якого запам'ятовують і порівнюють у запам'ятовуючому і порівняльному пристрої 12. При цьому тривалість одного циклу коливань, а також їхню амплітуду з урахуванням Комп'ютерна верстка Н. Лисенко 8 загасань установлюють такими, щоб акустична хвиля встигала проходити від дна ємності до максимально можливого рівня рідини. Якщо гідроакустичний датчик знаходиться в повітрі, то він ніяк не реагує на акустичну хвилю, розповсюджувану в рідині (тому що в повітрі вона загасає) і, природно, ніяк не змінюється при цьому величина електричного сигналу фотодетектора. Якщо ж той або інший датчик знаходиться в рідині, то під тиском хвилі від вібратора він стискується і тим самим перегинає світловод, що викликає зміну інтенсивності світлового випромінювання на виході світловода. Цю зміну у виді конкретної величини сигналу реєструють, запам'ятовують і порівнюють у пристрої 12 із заздалегідь записаною величиною сигналу, яка відповідає ситуації, коли світловод не перетерплює перегинів, тобто коли датчики знаходяться на повітрі. У випадку, якщо їхня різниця, виражена в абсолютних одиницях, перевищує встановлене значення, то дають команду на включення генератора сигналів 13, число сигналів якого підсумовуючи підраховують і запам'ятовують у суматорі 14. Таким чином, п - число зареєстрованих суматором імпульсів - дорівнює числу гідроакустичних датчиків, що знаходяться в рідині. А рівень рідини S, при цьому, визначають за формулою: S=n-h, де h - відстань між двома сусідніми гідроакустичними датчиками. 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 G01IN021/26, опублікований 30.11.76. 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. К и ї в - 4 2 , 01601