устройство для измерения уровня и плотности жидкости

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее вертикально расположенную перфорированную трубу, внутри которой размещен поплавок, систему перемещения поплавка, измерительный блок и датчик температуры, отличающееся тем, что снабжено тензопреобразователем, система перемещения поплавка выполнена в виде шагового реверсивного электродвигателя, барабана с тросом, установленного на его валу, и направляющего ролика, причем система перемещения поплавка сопряжена с тензопреобразователем посредством смонтированного на нем направляющего ролика, поплавок выполнен в виде трубки, нижний конец которой герметично закрыт, а измерительный блок изготовлен в виде управляющего микроконтроллера, первый вход которого связан с выходом тензопреобразователя, второй вход - с выходом датчика температуры, а выход - с входом шагового реверсивного электродвигателя.

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, содержащее поплавок с отверстием, мерные шкивы и шкивы с противовесом, счетчики (перфорированные диски), каждый из которых закреплен на торце мерного шкива, оптические датчики перемещения, многозвенный шарнирный буек, верхняя цилиндрическая часть которого установлена в отверстие поплавка, передающий элемент (мерную ленту), причем, буек и поплавок связаны с соответствующим мерным шкивом через мерную ленту, микропроцессорный контроллер, входы которого подключены к выходам оптических датчиков перемещения (патент РФ № 2047845, кл. G 01 F 23/30, G 01 F 23/36).

Недостатком известного устройства является низкая точность, недостаточная надежность и малый диапазон измерения. На перфорированные диски и оптические датчики может попасть пыль и влага, что приводит к снижению точности или потере информации. Многозвенный шарнирный буек расположен под поплавком, что приводит к снижению диапазона измерений. Кроме этого, устройство имеет сложную конструкцию и недостаточную надежность из-за перфорированных дисков и оптических датчиков.

Наиболее близким по своей технической сущности является 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 надува (систему перемещения поплавка) (а.с. СССР 1578584, кл. G 01 F 23/30, G 01 N 9/10).

Недостатком этого устройства является низкая точность определения уровня и плотности, недостаточная надежность и малый диапазон измерения. При расположении катушек индуктивности на близком расстоянии одна от другой уменьшится 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 индуктивности ни одна из них не взаимодействует с кольцом, что приводит к потере информации. Поплавок переменного объема и система перемещения поплавка не обладают достаточной надежностью. Кроме того, устройство не обеспечивает достаточную точность измерения плотности, так как ее определяют по среднему значению давления, измеренного стрелочным манометром, и по тарировочной кривой поплавка.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности, надежности и увеличение диапазона измерения.

Настоящая задача достигается тем, что устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее вертикально расположенную перфорированную трубу, внутри которой размещен поплавок, систему перемещения поплавка, измерительный блок и датчик температуры, снабжено тензопреобразователем, система перемещения поплавка выполнена в виде шагового реверсивного электродвигателя, барабана с тросом, установленного на его валу, и направляющего ролика, причем система перемещения поплавка сопряжена с тензопреобразователем посредством смонтированного на нем направляющего ролика, поплавок выполнен в виде трубки, нижний конец которой герметично закрыт, а измерительный блок выполнен в виде управляющего микроконтроллера, первый вход которого связан с выходом тензопреобразователя, второй вход - с выходом датчика температуры, а выход - со входом шагового электродвигателя.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости содержит перфорированную трубу 1, поплавок 2, который установлен в трубе 1, измерительный блок 3 (управляющий микроконтроллер), тензопреобразователь 4, шаговый реверсивный электродвигатель 5, на валу которого установлен барабан 6, гибкий трос 7, один конец которого соединен с барабаном 6, а другой - с поплавком 2, направляющий ролик 8, который смонтирован на тензопреобразователе 4, и датчик температуры 9, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера 3.

При измерении уровня устройство работает следующим образом.

В исходном положении уровень жидкости ниже предельного и нижний конец поплавка 2 не контактирует с жидкостью. Под действием силы тяжести поплавка 2 F_т =mg тензопреобразователь 4 испытывает деформацию порядка 0,13 мм, где m - масса поплавка, g - 9,8 м/с² - ускорение свободного падения. В данном случае на цифровом табло микроконтроллера 3 высвечивается "0". При поступлении жидкости в емкость на поплавок 2 действует давление Р=gh, где h - высота уровня жидкости, - плотность жидкости. Под действием этого давления выталкивающая сила, равная ghS, перемещает поплавок 2 вверх, где S - площадь основания поплавка, при этом деформация тензопреобразователя 4 уменьшается и на его выходе появляется электрический сигнал, напряжение U₁ которого пропорционально уровню h жидкости. Электрический сигнал с выхода тензопреобразователя 4 поступает на вход микроконтроллера 3 и его цифровое табло показывает измеренный уровень h жидкости.

При измерении плотности жидкости устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 3 запоминает значение напряжения U₁ электрического сигнала, пропорционального измеренному уровню h₁ жидкости, которое поступает с тензопреобразователя 4. С выхода управляющего микроконтроллера 3 электрические импульсы поступают на вход шагового реверсивного электрического двигателя 5, вал его поворачивается, трос 7 движется по направляющему ролику 8 и наматывается на барабан 6. При этом поплавок 2 перемещается вверх и занимает положение h₂, пропорциональное напряжению U₂ электрического сигнала, которое поступает от тензопреобразователя 4 на первый вход микроконтроллера 3.

Разность потенциалов от тензопреобразователя 4 при положении поплавка h₁ и h₂ равна U=U ₂-U₁

где k - коэффициент пропорциональности, h₂-h ₁=const. С датчика 9 температуры на вход микроконтроллера 3, поступает электрический сигнал пропорциональный температуре жидкости. Микроконтроллер 3 в соответствии с соотношением (1) определяет плотность жидкости, так как U=f() и его цифровое табло показывает измеренную плотность жидкости.

После этого с выхода управляющего микроконтроллера 3 поступают электрические импульсы на вход шагового реверсного электрического двигателя 5 и вал его поворачивается в обратном направлении. При этом трос 7 с барабана 6 разматывается и поплавок 2 занимает исходное положение h₁, и устройство переходит в режим измерения уровня.

Информация об измеренном уровне и плотности жидкости с микроконтроллера 3 может быть передана, для дальнейшей обработки, на компьютер (не показан).

Устройство обеспечивает высокую точность, надежность и широкий диапазон измерения за счет поплавка, выполненного в виде трубки, управляющего микроконтроллера, тензопреобразователя, шагового реверсного электрического двигателя, барабана с тросом, направляющего ролика, смонтированного на тензопреобразователе.

Устройство надежно в работе из-за простоты и технологичности конструкции.