Оптический бесконтактный уровнемер

Авторы патента:

G01F23/22 - путем измерения физических переменных величин, кроме линейных размеров, давления и веса, зависящих от измеряемого уровня, например путем измерения разности коэффициентов теплопередачи воды и водяных паров (с помощью поплавков G01F 23/30)

Использование: в контрольной технике, в частности в оптических бесконтактных уровнемерах, Сущность изобретения:-устройство содержит источник питания 1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, два усилителя постоянного тока 5 и 10,синхронный детектор 6, длиннофокусный объектив 7, не менее двух приемных фотодиодов 8, термостат 9, индикатор 11.8 10-6-11. , 1-2. Приемные фотодиоды включены встречно-параллельно и установлены в термостате . Излучатель света, прерыватель светового потока, фотоДатчик синхросигнала и длиннофокусный объектив расположены последовательно. 4 ил.

(s1)s G 01 F 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5037255/10 (22) 13.04.92 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (76) В.И, Песчанников (56) Кашуба А.И. и др, Оптические и волоконно-оптические приборы контроля уровня жидкостей. M„1987, вып. 6.

Авторское свидетельство ЧСФР

М 260276. кл. G 01 F 23/28, 1988. (54) ОПТИЧЕСКИЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ

УРОВНЕМЕР (57) Использование: в контрольной технике, в частности в оптических бесконтактных уровнемерах, Сущность изобретения. . устИзобретение относится к измерительной технике, преимущественно для измерения уровня стек loMBccH u стеклоплавильных агрегатах. Кроме того, изобретение может быть использовано для измерения уровня других жидкостей и расплавов, имеющих зеркальную поверхность и отражающую способность в видимом диапазоне оптического излучения.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в упрощении конструкции и схемного решения уровнемера-прототипа, устране ния фоновых помех на результаты измерения 3а счет температурной стабилизации приемных фотодиодов и за счет изменения схемы их включения, а также за счет выбора определенного класса излучателей светово-. го потока. Применение в схеме уровнемера синхронного детектора, управляемого синхроимпульсами, поступающими с дополнительного фотодатчика с частотой ройство содержит источник питания 1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, два усилителя постоянного тока 5 и 10, синхронный детектор 6, длиннофокусный объектив

7, не менее двух приемных фотодиодов 8, термостат 9, индикатор 11.8=10-6-11, 4-5-6, 1-2.

Приемные фотодиоды включены встречно-параллельно и установлены в термостате. Излучатель света, прерыватель светового потока, фотодатчик синхросигнала и длиннофокусный объектив расположены последовательно. 4 ил. следования, равной частоте прерывания светового потока, обеспечивает второй уровень фильтрации помех, обусловленных излучением расплавленной стекломассой.

Сущность изобретения характеризуется совокупностью признаков, включающий источник питания, излучатель света, прерыватель светового потока, длиннофокусный обьектив, по крайней мере два приемных фотодиода, усилитель постоянного тока и индикатор. Отличительными существенными признаками являются: термостат. в котором размещены приемные фотодиоды, дополнительный фотодатчик синхросигнала, установленный между прерывателем светового потока иобьективом. синхронный детектор, включенный между усилителем постоянного тока и индикатором, при этом приемные фотодиоды включены между собой встречно-параллельно, фотодатчик синхроимпульса подключен через дополнительный усилитель постоянного то2000023 кэ ко второму входу синхронного детектора. а в качестве излучателя света использована галогенная лампа. например, типа КГМ-24150.

Технический результат от реализации изобретения заключается в исключении влияния фоновых помех на точность измерения уровня стекломассы и повышении надежности работы уровнемера. Кроме того, достигается упрощение измерительной схемы устройства и снижение влияния вибраций и протуберанцев за счет использования сходящегося конического луча, формируемого длиннофокусным объективом. Направляемый под углом конусный луч образует на поверхности стекломассы световое пятно в виде эллипса, протяженность которого по большой оси эллипса зависит от угла падения луча. Поэтому поверхностное волнение стекломассы практически не оказывает влияния на флуктуацию светового пятна в зоне рабочей плоскости приемных фотодиодов, На фиг. 1 приведена общая блок-схема уровне. лера; на фиг. 2 вЂ” эквивалентная схема усилителя постоянного тока; на фиг. 3вЂ” функциональная схема синхронного детектора; на фиг, 4 вЂ” временные диаграммы работы синхронного детектора.

Уровнемер содержит источник питания

1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3. фотодатчик синхросигнала 4, подключенный через дополнительный усилитель постоянного тока 5 ко второму входу синхронного детектора 6, длиннофокусный обьектив 7, приемные фотодиоды 8, разме- 35 щенные в термостате 9 и включенные между собой встречно-параллельно, усилитель постоянного тока 10 и индикатор 11, в качестве которого может быть использован стрелочный или цифровой прибор. 40

Уровнемер работает следующи л образом, От стабилизированного источника питания 1 питающее напряжение подается на излучатель света 2, в качестве которого при- 45 менена галогенная лампа типа КГМ-24-150, создающая непрерывный расходящийся световой поток. Прерывание светового потока осуществляется механическим прерывателем 3 с частотой 30 Гц. 50

Получаемый такий образом расходящийся импульсный световой поток собирается длиннофокусным объективом 7 (MTO-1000) и направляется на поверхность стекломассы под углОм. равным ориентиро- 55 вочно 10 угл.радиусам. На зеркальной поверхности стекломассы образуется зллипти еский след. имеющий площадь. достаточную для сглаживания поверхностных возмущений стекломассы. Отраженный от стекломассы световой луч фокусируется обьективо л 7 на поверхность приемных фотодиодов 8, которые расположены вплотную друг к другу и оси которых находятся в вертикальной плоскости, Рабочая поверхность фотодиодов ориентирована перпендикулярно падающему на них лучу. Любое изменение уровня стекломассы Ah вызывает линейно связанное с ним перемещение сфокусированного луча Ж Причем Л1=

=2 icosa, где a вЂ” угол наклона оптической оси к поверхности стекломассы, При номинальном уровне (Ah = О) световое пятно. образованное отраженным лучом, создает одинаковую засветку обеих приемных фотодиодав 8 и выходной сигнал с усилителем постоянного тока равен нулю. При смещении светового пятна вверх (уровень стекломассы повышается) полезный импульсный сигнал имеет положительную полярность, а его амплитуда изменяется пропорционально Ah. При смещении луча вниз полярность импульсов будет отрицательной. Зависимость амплитуды импульсов от Ah при этом сохраняется, Термостат 9 стабилизирует окружающую фотодиоды температуру в пределах

Т, 37"С2 С, тем самым обеспечивает исключение влияния температурного дрейфа фототоков на точность измерения, Встречно-параллельное включение приемных фотодиодов 8 наряду с применением гальваноматрического режима, в котором они работают как генераторы тока (фиг. 2), позволяет осуществить первый уровень компенсации фоновой засветки, Равномерная засветка приемных фотодиодов создает равные и противонаправленные токи 11 и

12, суммарное воздействие которых не вызывает изменения выходного напряжения с усилителя 10. Такая схема включения приемных фотодиодов обеспечивает также увеличение динамического диапазона усилителя постоянного тока.

Второй уровень компенсации фоновой засветки, необходимый при неравномерном освещении приемных фотодиодов фоновой засветкой, осуществляется в синхронном детекторе 6 (фиг. 3). Синхроимпульсы со скважностью, равной 5-6, несущие информацию о моментах появления (t>, тэ) и пропадания (tz, t4) полезного сигнала (фиг. 4), коммутируют электронный ключ К. На интервалах времени (О-t, tz-tg, t4--), когда синхроимпульсы отсутствуют, ключ К замкнут и разделительный конденсатор С накаливает информацию об уровне фоновой засветки

Оф, При наличии синхооимпуль (>B. поступающих с фотодлтчика 4 (ин1. л.>л времени

2000023

t>-t, 1з-të), ключ К разомкнут и сигнал проходит на выход детектора б, при этом содержащаяся в нем составляющая 0ф компенсируется и на индикатор 11 поступает только полезный импульсный сигнал, 5

Реализация существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в измерении уровня стекломассы в плавильных агрегатах в пределах +2,5 мм с приве- 10 денной погрешностью не более 4-2$, что превышает аналогичные значения прототипа в два раза.

Формула изобретения

Оптический бесконтактный уровнемер для расплавленной стекломассы, содержащий источник питания, подключенный к излучателю света. последовательно установленному с прерывателем светового потока и длиннофокусным объектом, не менеедвух приемных фотодиодов, первыйусилитель постоянного тока и индикатор, о тл и ч а ю шийся тем, что, в него введены фотодатчик синхросигнала, установленный между прерывателем светового потока и длиннофокусным обьективом, синхронный

Уровнемер обладает повышенной на дежностью в работе, а также простотой конструкции и дешевизной за счет исключения дорогостоящих лазерных установок и использования стандартных отечественных узлов, особенно галогенных источников.

Кроме того, за счет использования схемы защиты приемных фотодиодов от влияния внсшних температурных факторов, расширен диапазон устойчивой работы уровнемера, что особенно важно при измерении уровня высокотемпературных расплавов. детектор, включенный между первым усилителем постоянного тока и индикатором, второй усилитель постоянного тока, подключенный к второму входу синхронного детектора, и термостат, при этом анод и катод фотодатчика синхросигнала подключены соответственно к первому и второму входам второго усилителя постоянного тока, приемные фотодиоды установлены в термостате, включены встречно-параллельно и соединены с входами первого усилителя постоянного тока, а излучатель света выполнен в виде галогенной лампы.

2000023 ос

Фиг. 4

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор А.Мотыль

Редактор

Заказ 3040

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Изобретение относится к области приборостроения, а более конкретно - к области создания уровнемеров и сигнализаторов уровня и может быть использовано при создании уровнемеров для криогенных жидкостей, например, для жидкого водорода

Датчик предельного уровня сыпучего материала // 1836626

Изобретение относится к средствам измерений уровня заполнения бункеров и может быть применено в горной, строительной, химической, пищевой отраслях промышленности и т.д

Сигнализатор уровня сжиженного газа в железнодорожной цистерне // 1835492

Изобретение относится к гидростатическим средствам измерения и контроля уровня сжиженных газов и может найти применение для сигнализации уровня налива сжиженных газов в железнодорожные цистерны

Оптический сигнализатор уровня жидкости // 1833681

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для точного дозирования жидкости

Дискретный оптический уровнемер // 1830461

Устройство для измерения параметров жидкости // 1830460

Способ определения уровня жидкости при заполнении ею резервуара // 1820226

Изобретение относится к измерению уровня жидкости в сосудах и резервуарах и может использоваться в химической, нефтехимической промышленности и других областях народного хозяйства

Оптический уровнемер // 1796913

Уровнемер для жидкости // 1795298

Способ контроля уровня жидкости в герметичном сосуде // 1783309

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для замера уровня жидкости в сосуде без его разгерметизации

Устройство для сигнализации наличия жидкости // 2107898

Устройство для непрерывного измерения уровня жидкости // 2114400

Устройство для определения уровня теплоносителя в реакторе (варианты) // 2153712

Изобретение относится к техническим средствам системы внутриреакторного контроля и может быть использовано в устройствах определения уровня теплоносителя в реакторах, преимущественно в водо-водяных и кипящих реакторах

Способ определения уровня теплоносителя в реакторе // 2161829

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении уровня теплоносителя в реакторах

Способ измерения уровня и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий, в резервуарах // 2170912

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня и/или местоположения границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтянных эмульсий, в резервуаре и может быть использовано в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти, а также при учетных операциях

Поплавковый волоконно-оптический уровнемер для контроля истечения или натекания жидкости // 2212635

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля аварийного состояния в отсеках надводных и подводных плавсредств

Способ теплового измерения уровней раздела сред // 2213330

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях промышленности для определения границ раздела сред, в которых чувствительный элемент измерительного преобразователя имеет различную теплоотдачу

Термисторный сигнализатор уровня жидкости // 2217703

Изобретение относится к средствам измерения уровня жидкости в промышленных и бытовых резервуарах и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя в автоматизированных системах контроля и управления

Способ определения высоты уровня жидкости (варианты) // 2231028

Изобретение относится к области эксплуатации стационарных резервуаров с топливом, водой или другими жидкостями и может быть использовано при работах, связанных с определением высоты уровня жидкости

Способ определения положения границ раздела сред // 2250439

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения положения границ раздела в слоистых средах