Устройство для автоматического контроля заполнения резервуаров электропроводной средой

 

Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор с двумя вторичными обмотками 2 и 3, выпрямительный диод 4, источник оперативного тока, выполненный в виде конденсатора 5, охранный электрод 6, ограничительный резистор 7, двухканальный измерительный блок 8, два элемента помехозащиты, в качестве которых использованы конденсаторы 9 и 10, двенадцать резисторов 11 - 14, 17, 18, 23 - 25, 33 - 35, оптрон с излучателем 19 и приемником 26, исполнительное реле 27, три диода 28, 30 и 32, три транзистора 20, 21 и 22, источник эталонного тока - конденсатор 31, конденсатор 29. 1 ил.

Изобретение относится к приборам для автоматического контроля заполнения резервуаров сыпучими и жидкими электропроводными материалами, например углем, породой, силосом, мукой, суспензиями, химреагентами и т.д. и предназначено в основном для использования в условиях взрывоопасной среды на предприятиях горнодобывающей, химической, нефтяной промышленности и в сельском хозяйстве.

Цель изобретения повышение функциональной надежности за счет исключения неустойчивой работы исполнительного органа.

Цель достигается тем, что в устройстве для двухуровневого контроля заполнения резервуаров электропроводной средой, содержащем трансформатор с двумя вторичными обмотками, оптронный блок, двухканальный измерительный блок, источник оперативного тока, выполненный в виде конденсатора, первая обкладка которого подключена к охранному электроду и второму выводу второй вторичной обмотки трансформатора, первый вывод которой через выпрямительный диод соединен с второй обкладкой источника оперативного тока, подключенной также через ограничительный резистор к общей шине, электроды верхнего и нижнего уровня, подключенные через соответственно первый и второй резисторы соответственно к первому и четвертому входам двухканального измерительного блока, которые также подключены к первым выводам соответственно первого и второго элементов помехозащиты, вторые выводы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами двухканального измерительного блока, первый и второй выходы которого через соответственно третий и четвертый резисторы подключены к входам оптронного блока, которые также соединены соответственно с пятым и шестым резисторами, при этом излучатель оптрона включен последовательно между седьмым и восьмым резисторами, а первый вывод приемника оптрона подключен к первому выводу обмотки исполнительного реле и катоду первого диода, анод которого соединен с вторым выводом обмотки исполнительного реле и первой обкладкой первого конденсатора, соединенной с анодом второго диода, катод которого соединен с первым выводом первой вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к второй обкладке первого конденсатора и второму выводу приемника оптрона, оптронный блок выполнен в виде элемента И-НЕ, а в устройство дополнительно введены девятый, десятый резисторы, подключенные к охранному электроду и соответственно второму и третьему входам двухканального измерительного блока, одиннадцатый и двенадцатый резисторы, вторые выводы которых подключены соответственно к первому и четвертому входам двухканального измерительного блока, третий диод и источник эталонного тока, выполненный в виде конденсатора, первая обкладка которого подключена к первым выводам одиннадцатого и двенадцатого резисторов, второму выводу седьмого резистора и аноду третьего диода, катод которого соединен с первым выводом второй вторичной обмотки трансформатора, вторая обмотка которого подключена также к второй обкладке источника эталонного тока, соединенной с первой обкладкой источника оперативного тока и вторыми выводами пятого и шестого резисторов, при этом элемент И-НЕ выполнен в виде транзисторного ключа, подключенного к источнику эталонного тока, и триггера, выполненного в виде первого и второго транзисторов разной проводимости, вход которого подключен к первому выходу двухканального измерительного блока, второй выход которого подключен к входу транзисторного ключа, выход которого соединен последовательно с выходом триггера и излучателем оптрона.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство для автоматического контроля заполнения резервуаров электропроводной средой содержит трансформатор с первичной обмоткой 1 и двумя вторичными обмотками 2 и 3. При этом первый вывод второй вторичной обмотки 3 трансформатора через выпрямительный диод 4 подключен к источнику оперативного тока, выполненного в виде конденсатора 5. Первая обкладка конденсатора 5 присоединена к охранному электроду 6 и второму выводу второй вторичной обмотки 3 трансформатора, а вторая обкладка, соединенная с выпрямительным диодом 4, через ограничительный резистор 7 подключена к общей шине.

В состав устройства входит двухканальный измерительный блок 8 с четырьмя входами, зашунтированными элементами помехозащиты, в качестве которых использованы конденсаторы 9 и 10. При этом первые выходы конденсаторов 9 и 10 подключены соответственно к первому и третьему входам блока 8, а вторые выводы соответственно к второму и четвертому входам блока 8, второй и третий входы которого через девятый и десятый резисторы 11 и 12 подключены к охранному электроду 6, а первый и четвертый входы через первый и второй резисторы 13 и 14 подключены к электродам 15 и 16 верхнего и нижнего уровня. Выходы измерительного блока 8 через третий и четвертый резисторы 17 и 18 подключены к входам оптронного блока.

Оптронный блок состоит из излучателя 19 оптрона, логического элемента И-НЕ, выполненного в виде триггера на двух транзисторах 20 и 21 разной проводимости и транзисторного ключа 22.

Эмиттер транзистора 20 соединен с коллектором транзистора 21 через восьмой резистор 23, а вход триггера соединен с пятым резистором 24 и через третий резистор 17 подключен к первому выходу измерительного блока 8, второй выход которого через четвертый резистор 18 соединен с шестым резистором 25 и входом транзисторного ключа 22, выход которого соединен последовательно с выходом триггера и излучателя 19 оптрона.

Первый вывод приемника 26 оптрона присоединен к первому выводу обмотки исполнительного реле 27 и катоду первого диода 28, анод которого соединен с вторым выводом обмотки исполнительного реле 27, подключенного также к первой обкладке первого конденсатора 29, соединенной с анодом второго диода 30, катод которого соединен с первым выводом первой вторичной обмотки 2 трансформатора, второй вывод которой подключен к второй обкладке первого конденсатора 29 и второму выводу приемника 26 оптрона.

В качестве источника питания для оптронного блока использован конденсатор 31, который одновременно является и эталонным источником для измерительного блока 8. Первая обкладка конденсатора 31 подключена к аноду третьего диода 32, катод которого соединен с первым выводом второй вторичной обмотки трансформатора, второй вывод данной обмотки подключен к второй обкладке конденсатора 31 и соединен с первой обкладкой источника оперативного тока конденсатора 5, вторыми выводами пятого и шестого резисторов 24 и 25 и транзисторным ключом 22.

При этом первая обкладка конденсатора 31 подключена также через седьмой резистор 33 к излучателю 19 оптрона и соединена с первыми выводами одиннадцатого и двенадцатого резисторов 34 и 35, вторые выводы которых подключены соответственно к первому и четвертому входам измерительного блока 8.

В результате излучатель 19 оптрона включен последовательно между седьмым и восьмым резисторами 33 и 23.

Устройство работает следующим образом.

При пустом резервуаре ток от оперативного источника по измерительным цепям через входы блока 8 не протекает. На выходах измерительного блока 8 сигналы отсутствуют, ток через оптронный блок не протекает, исполнительное реле 27 обесточено.

По мере загрузки резервуара корпус которого присоединен к общей заземляющей шине, нижний электрод 16 касается заполняемого резервуар материала. В результате этого через входы 3-4 нижнего уровня контроля измерительного блока 8 протекает ток по цепи: первая обкладка конденсатора 5, входы 3-4 нижнего уровня контроля измерительного блока 8, резистор 14, электрод 16, сопротивление материала, заполняющего резервуар, корпус резервуара 36, общая заземляющая шина, ограничительный резистор 7, вторая обкладка конденсатора 5. При этом оперативный ток через входы измерительного блока 8 превышает ток от эталонного источника (конденсатор 31), величина которого определяется сопротивлением двенадцатого резистора 35. В результате этого на втором выходе измерительного блока 8 появляется сигнал, который переводит транзисторный ключ 22 в состояние проводимости. Однако ток через оптронный блок не протекает, так как триггер, выполненный на транзисторах 20, 21, закрыт, исполнительное реле 27 обесточено.

При достижении поверхности заполняемого резервуар материала электрода 15 верхнего уровня оперативный ток проходит через входы 1-2 верхнего уровня контроля измерительного блока 8. Величина этого тока, определяемая в основном сопротивлением контролируемого материала (сопротивлениями первого резистора 13 и ограничительного резистора 7, входящих в цепь контролируемого тока, можно пренебречь, так как их величины на порядок и более меньше сопротивления контролируемого материала), превышает порог, задаваемый током эталонного источника (конденсатора 31), который определяется величиной одиннадцатого резистора 34. В результате этого на первом выходе измерительного блока 8 появляется сигнал, переводящий триггер 20, 21 в состояние проводимости. Так как транзисторный ключ 22 в это время находился в состоянии проводимости, через излучатель 19 оптрона начинает протекать ток, который через приемник 26 оптрона приводит к срабатыванию исполнительного реле 27.

При разгрузке резервуара электрод 15 верхнего уровня теряет контакт с контролируемым материалом. На первом выходе измерительного блока 8 в этом случае сигнал отсутствует, но исполнительное реле 27 остается в притянутом состоянии. Это обусловлено тем, что триггер 20, 21 и без сигнала управления остается в состоянии проводимости, выполняя роль электрической защелки. Исполнительное реле 27 остается в притянутом состоянии до того момента, пока разгружаемый резервуар не опорожнится, т.е. прекратится контакт контролируемого материала с электродом 16 нижнего уровня. При этом на втором выходе измерительного блока 8 сигнал становится близким к нулю. Транзисторный ключ 22 закрывается, прерывая цепь прохождения тока через приемник 26 оптрона. Реле 27 отпадает, сигнализируя о том, что уровень контролируемого материала достиг нижней границы. Триггер 20, 21 закрывается, цепь с излучателем 19 оптрона возвращается в исходное состояние, т.е. триггер 20, 21 и ключ 22 выполняют функции логического элемент И-НЕ, состояние проводимости каждого из которых соответствует логической "1", а закрытое состояние логическому "0".

Указанное построение оптронного блока, наряду с гальваническим разделением измерительных и исполнительных цепей, обеспечивает релейность срабатывания исполнительного реле 27 и исключает возможность появления неустойчивого режима его работы на уставке срабатывания. При этом введение эталонного источника на конденсаторе 31 позволяет исключить влияние на работу устройства колебаний напряжения в сети, температуры окружающей среды и снижение напряжения оперативного источника при срабатывании исполнительного реле.

Это достигается тем, что на входах измерительного блока 8 осуществляется сравнение оперативного тока, пропорционального напряжению на конденсаторе 5, и эталонного тока, пропорционального напряжению на конденсаторе 31. Конденсаторы 5 и 31 присоединены к одной и той же вторичной обмотке 3 трансформатора через встречно включенные между собой диоды 4 и 32. Вследствие этого напряжение на конденсаторе 5 пропорционально напряжению одной полуволны, а напряжение на конденсаторе 31 пропорционально напряжению другой полуволны одного и того же источника. Поэтому практически напряжения на конденсаторах равны между собой, а величины токов через входные цепи измерительного блока 8 определяются лишь соотношением между сопротивлением контролируемого материала в цепи оперативного источника (конденсатора 5) и сопротивлением в цепи эталонного источника (конденсатора 31) соответственно верхнего и нижнего уровней. При достаточно большом коэффициенте усиления измерительного блока 8 величина выходного сигнала практически не зависит ни от колебаний напряжения в сети, ни от температуры окружающей среды и порог срабатывания измерительного блока зависит только от соотношения резисторов в цепи оперативного и эталонного токов.

Вследствие этого посадка напряжения на вторичной обмотке 2 при срабатывании мощного исполнительного реле 27 так же не оказывает влияния на входные измерительные цепи блока 8, а следовательно, не может вызвать неустойчивой работы исполнительного реле 27.

Таким образом, изобретение позволяет повысить функциональную надежность устройства контроля уровня, расширить его область применения при автоматизации загрузки резервуаров электропроводными материалами в условиях взрывоопасной среды.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ СРЕДОЙ, содержащее трансформатор с двумя вторичными обмотками, оптронный блок, двухканальный измерительный блок, источник оперативного тока, выполненный в виде конденсатора, первая обкладка которого подключена к охранному электроду и второму выводу второй вторичной обмотки трансформатора, первый вывод которого через выпрямительный диод соединен с второй обкладкой источника оперативного тока, подключенной также через ограничительный резистор к общей шине, электроды верхнего и нижнего уровня, подключенные через первый и второй резисторы соответственно к первому и четвертому входам двухканального измерительного блока, которые также подключены к первым выводам соответственно первого и второго элементов помехозащиты, вторые выводы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами двухканального измерительного блока, первый и второй выходы которого через соответственно третий и четвертый резисторы подключены к входам оптронного блока, которые также соединены соответственно с пятым и шестым резисторами, при этом излучатель оптрона включен последовательно между седьмым и восьмым резисторами, а первый вывод приемника оптрона подключен к первому выводу обмотки исполнительного реле и катоду первого диода, анод которого соединен с вторым выводом обмотки исполнительного реле и первой обкладкой первого конденсатора, соединенной также с анодом второго диода, катод которого соединен с первым выводом первой вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к второй обкладке первого конденсатора и второму выводу приемника оптрона, отличающееся тем, что оптронный блок выполнен в виде элемента И - НЕ, а в устройство дополнительно введены девятый и десятый резисторы, подключенные к охранному электроду и соответственно второму и третьему входам двухканального измерительного блока, одиннадцатый и двенадцатый резисторы, вторые выводы которых подключены соответственно к первому и четвертому входам двухканального измерительного блока, третий диод и источник эталонного тока, выполненный в виде конденсатора, первая обкладка которого подключена к первым выводам одиннадцатого и двенадцатого резисторов, второму выводу седьмого резистора и аноду третьего диода, катод которого соединен с первым выводом второй вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которого подключен также к второй обкладке источника эталонного тока, соединенной с первой обкладкой источника оперативного тока и вторыми выводами пятого и шестого резисторов, при этом элемент И - НЕ выполнен в виде транзисторного ключа, подключенного к источнику эталонного тока, и триггера, выполненного в виде первого и второго транзисторов разной проводимости, вход которого подключен к первому выходу двухканального измерительного блока, второй выход которого подключен к входу транзисторного ключа, выходы которого соединены последовательно с выходом триггера и излучателем оптрона.

РИСУНКИ

Рисунок 1