Волоконно-оптический измеритель объема и уровня жидкости

 

Изобретение используется в контрольно-измерительной технике, в частности в системах контроля объема и уровня жидкости в резервуарах. Обеспечивает повышение точности измерения, удешевление и автоматизацию процесса измерения. Измерительное устройство содержит оптически согласованные лазерный источник света, волоконные световоды, подключенные к сканеру, который соединен с электронным блоком. Источник света установлен в верхней части боковой стенки резервуара и может поворачиваться относительно нее на угол до 90^o. Один конец источника света направлен внутрь резервуара на поверхность жидкости, а другой - на сканер таким образом, чтобы контролировать угол поворота источника, по которому посредством электронного вычислительного блока можно вычислить уровень жидкости в резервуаре. С помощью сканирования светового пятна через первый световод, расположенный на боковой стенке резервуара, можно учесть деформацию резервуара под влиянием различных факторов, в частности температуры окружающего воздуха. Один конец второго световода расположен на крышке резервуара, а второй конец направлен на сканер. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля объема и уровня жидкости.

Известен ультразвуковой индикатор уровня жидкости, содержащий ультразвуковой датчик, закрепленный на наружной стенке резервуара, и контрольно-измерительный блок для регистрации изменения высоты уровня жидкости в резервуаре (заявка РСТ 9512804, G 01 F 23/28, 11.05.95г.).

Известно измерение уровня жидкости в резервуаре по принципу радара, при котором с помощью зеркала микроволновой передающей антенны, расположенной над поверхностью жидкости, излучают зондирующий сигнал в направлении к поверхности жидкости. Отраженный от поверхности измерительный сигнал принимает приемная антенна. По времени распространения измерительного сигнала определяют высоту уровня (патент Германии 4233324, G 01 F 23/28, 14.04.94г.).

Известно поплавковое устройство определения уровня топлива (патент США 5319973, G 01 F 23/28, 14.06.94г.).

Недостатком известных устройств для измерения уровня жидкости в резервуаре является недостаточная точность, что приводит к проблеме учета и контроля содержимого резервуаров. Так, погрешности измерения в 1 см уровня спирта в резервуаре емкостью 50-70 м³, количество которых на предприятии, например, равно 10, приводит к потерям 5-10 млн. руб.

Наиболее близким к предложенному является волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные источник света, передающий волоконный световод, чувствительный элемент, приемные волоконные световоды и фотоприемник, подключенный к электронному блоку (а. с. СССР 1275220, МПК G 01 F 23/28, 07.12.86г.).

Недостатком известного устройства является низкая точность определения уровня жидкости в резервуаре.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности измерения, удешевление и автоматизация процесса измерения.

Поставленная задача достигается волоконно-оптическим измерителем объема и уровня жидкости, содержащим оптически согласованные источник света, волоконные световоды, светочувствительный элемент, подключенный к электронному блоку, в котором в отличие от прототипа лазерный источник света установлен в верхней части боковой стенка сосуда с возможностью поворота относительно нее на 90^o для обеспечения сканирования светового пятна через световод или несколько световодов, расположенных на боковой стенке сосуда по его высоте, а также через световод, расположенный на крышке сосуда, а второй конец направлен на светочувствительный элемент с возможностью контроля угла поворота, причем волоконные световоды также подключены к светочувствительному элементу.

Светочувствительный элемент может быть выполнен в виде сканера.

На чертеже показана схема устройства. Устройство состоит из лазерного источника света 1, волоконных световодов 2, 3, подключенных к сканеру 4, который соединен с электронным блоком 5. Лазерный источник света 1 установлен в верхней части боковой стенки резервуара 6 и может поворачиваться относительно нее на угол до 90^o. Один конец источника 1 направлен внутрь резервуара на поверхность жидкости 7, а другой конец направлен на сканер 4 таким образом, чтобы контролировать угол поворота источника. Волоконный световод 2 расположен на крышке резервуара, а световод 3 - на его боковой стенке.

Устройство работает следующим образом.

В момент замера включается лазерный источник света 1, на поверхности жидкости образуется световое пятно, которое перемещается благодаря повороту источника света на угол α. Пересекаясь с торцом световода 2, пятно проецируется на сканер 4. На сканере также фиксируется угол α, по которому посредством электронного блока можно вычислить уровень жидкости в резервуаре h_ж , а именно h_ж=Н-h, где Н - высота резервуара, h - расстояние от крышки до уровня жидкости, причем где R - радиус резервуара.

С помощью сканирования светового пятна через световод 3, расположенный на боковой стенке резервуара, можно учесть деформацию резервуара под влиянием различных факторов, в частности температуры окружающего воздуха.

Объем жидкости в резервуаре можно вычислить по формуле V_ж = πR²h_ж.

В случае размещения на боковой поверхности резервуара нескольких световодов по его высоте точность измерения существенно повышается.

Таким образом, предложенный волоконно-оптический измеритель позволяет с высокоточностью, в автоматическом режиме определять объем и уровень жидкости в резервуаре, используя несложную техническую реализацию.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический измеритель объема и уровня жидкости, содержащий оптически согласованные источник света, волоконные световоды, светочувствительный элемент, подключенный к электронному блоку, отличающийся тем, что лазерный источник света установлен в верхней части боковой стенки сосуда с возможностью поворота относительно нее на 90^o, причем один конец этого источника направлен внутрь сосуда на поверхность жидкости для обеспечения сканирования светового пятна через световод или несколько световодов, расположенных на боковой стенке сосуда по его высоте, а также через световод, расположенный на крышке сосуда, второй конец направлен на светочувствительный элемент с возможностью контроля угла поворота, причем волоконные световоды также подключены к светочувствительному элементу.

2. Волоконно-оптический измеритель по п.1, отличающийся тем, что светочувствительный элемент выполнен в виде сканера.

РИСУНКИ

Рисунок 1