Гидростатический оптоволоконный датчик уровня жидкости с позиционно-чувствительным детектором

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня жидкости, в том числе пожаро- и взрывоопасных жидкостей. Задачей изобретения является создание надежного и простого в эксплуатации устройства для измерения уровня жидкости в реальном времени технологического процесса в различных пожароопасных средах. В соответствии с поставленной задачей в заявляемое устройство, содержащее чувствительный элемент в виде сильфона 8, компенсатор плотности, включающий поплавок 6 постоянного погружения, введены оптический триангуляционный датчик 7, свето-излучающий диод 13 (лазер), формирователь импульсов излучения 14, коллиматор ИК-излучения 21, приемная линза 22, оптоволоконный кабель 11, оптоволоконный плоский шлейф 12, позиционно-чувствительный детектор 18 (ПЧД), усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 20 (АЦП). 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня жидкости, в том числе пожаро- и взрыво-опасных жидкостей.

Известно устройство, для непрерывного измерения уровня жидкости, основанное на измерении гидростатического столба жидкости, содержащее чувствительный элемент в виде сильфона, компенсатор плотности, включающий поплавок постоянного погружения, закрепленный на двух дополнительных сильфонах между двумя кронштейнами, оптоэлектронный преобразователь малых перемещений, преобразователь импульсов в код, блок обработки информации, два блока памяти и блок индикации. (А.С. СССР №1809317, 1993.04.15).

Предлагаемое устройство является дополнительным к А.С. СССР №1809317.

Задачей изобретения является создание надежного и простого в эксплуатации искро-, взрыво-безопасного устройства для измерения уровня жидкости в реальном времени технологического процесса.

В соответствии с поставленной задачей предлагаемое устройство для измерения уровня жидкости содержит чувствительный элемент в виде сильфона, компенсатор плотности, включающий поплавок постоянного погружения, закрепленный на двух сильфонах, между двумя кронштейнами, отличающееся тем, что в данный поплавок встроен оптический триангуляционный датчик, включающий в себя свето-излучающий диод (лазер), формирователь импульсов излучения, коллиматор ИК-излучения, два оптических разъема, приемную линзу, оптоволоконный кабель, оптоволоконный плоский шлейф, позиционно-чувствительный детектор (ПЧД), усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

На фиг. 1 представлена функциональная схема гидростатического оптоволоконного датчика уровня жидкости с ПЧД.

На фиг. 2 иллюстрация работы оптического триангуляционного датчика.

Гидростатический оптоволоконный датчик уровня жидкости с ПЧД содержит кронштейны 1 и 2, крепящиеся к стенке емкости 3, уровень жидкости в которой измеряют, к кронштейнам одними концами закреплены сильфоны 4 и 5, другие концы которых герметично укреплены на поплавке 6, в поплавке 6, часть которого показана в разрезе, встроен оптический триангуляционный датчик малых перемещений 7, к нижней стороне кронштейна 2 крепится сильфон 8, в корпус оптического триангуляционного датчика крепятся оптический разъем 9 и оптический разъем 10, к разъему 9 подключается оптоволоконный кабель 11, а к разъему 10 подключается оптический плоский шлейф 12, вход оптоволоконного кабеля 11 соединен со светоизлучающим диодом (СИД) 13, вход СИД 13 соединен с выходом формирователя импульсов излучения 14, вход которого соединен с выходом блока управления и обработки информации 15, выход оптоволоконного шлейфа 12 подключен к позиционно-чувствительному детектору (ПЧД) 18, выход которого подключен к входу усилителя 19, выход которого подключен к входу АЦП 20, выход которого подключен к цифровому входу блока 15, первый выход блока 15 соединен с блоком памяти 16, второй выход соединен с блоком алфавитно-цифровой индикации 17, оптический триангуляционный датчик малых перемещений 7, включает в себя коллиматор 21, соединенный с оптическим разъемом 9, приемную линзу 22 отраженного, от днища сильфона 8, луча ИК-излучения.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При заполнении емкости 3 жидкостью, уровень которой измеряется, последняя гидростатическим столбом Н оказывает давление по всей эффективной площади измерительного сильфона 8, днище которого будет в результате перемещаться, при этом будет меняться угол отражения, падающего на днище сильфона 8, луча ИК-излучения, проходящего через приемную линзу 22 оптического триангуляционного датчика.

Работа триангуляционного датчика иллюстрируется на фиг 2.

Принцип действия триангуляционного датчика 7 основан на геометрических свойствах треугольников. Излучения от СИД 13, точка А, работающего в ближней ИК-области спектра излучения, проходя через оптоволоконный кабель 11 и через линзу коллиматора 21, формирует луч В с малым углом отклонения. Луч В представляет собой импульс длительностью 0,7 мС, который пересекает поверхность С в точке D. Если поверхность С не является зеркалом, то свет будет рассеянно отражаться во всех направлениях в виде полусферы вокруг точки D. Если расположим линзу или объектив в точку Е, так чтобы оптическая ось линзы пересекала поверхность С в точке D, все лучи проходящие через линзу Е будут в той или иной степени сфокусированы в точке F в зависимости от типа и свойств приемной оптики. Расстояние ЕF зависит от расстояния DE и фокусного расстояния линзы. Если поверхность С переместить вверх на новую позицию , то пучок света В будет рассеяно отражаться вокруг точки . Так как линза Е остается на прежнем месте, отраженный свет будет сфокусирован где-то в направлении продолжения линии . Используя формулу линзы, положение этой точки может быть рассчитана с высокой степенью точности. На фиг. 2 новое положение изображения обозначено буквой . Если переместить поверхность С вниз на позицию (расстояние ), получим новое положение изображения в точке . Когда поверхность (днище сильфона 8) перемещается из положения в положение , отраженный и сфокусированный свет переместится из точки в точку . Для того, чтобы измерить перемещение поверхности (днища сильфона 8) при помощи измерения перемещения точки F применяется позиционно-чувствительный датчик, который располагается вдоль прямой , в данном устройстве для решения задачи искробезопасности, вдоль прямой расположены оптические входы плоского оптоволоконного кабеля шлейфа 12, входы которого подключены к оптическим входам позиционно-чувствительного детектора 18 (ПЧД).

ПЧД работает на принципе фотоэффекта. Световое пятно, перемещающееся по чувствительной зоне, ПЧД преобразует в одномерный сигнал, пропорциональный расстоянию до объекта. Расстояние между электродами и равно S, а соответствующее этому расстоянию сопротивление .

Предположим, что луч попадает на поверхность ПЧД в зону расположенную на расстоянии x от электрода . Сопротивление между электродом и точкой падения луча соответственно равно . Фотоэлектричесикй ток I0 генерируемый при попадании луча на поверхность детектора, пропорционален интенсивности излучения.

Поскольку зависимость сопротивления от расстояния является практически линейной, то можно определить токи

Для исключения зависимости выходных токов от фотоэлектричекого тока (а следовательно и от интенсивности света) найдем отношения токов:

тогда

Обращаясь к фиг 2 и решая задачу с двумя подобными треугольниками получим расстояние:

где - фокусное расстояние приемной линзы.

Подставляя в (4) уравнение (3), получим зависимость между расстоянием и отношением выходных токов

где - величина перемещения днища сильфона 8 под действием гидростатической силы жидкости.

k - геометрическая константа модуля.

Зависимость (5) является линейной.

Одновременно под действием выталкивающей силы поплавок 6 совместно с оптическим триангуляционным датчиком 7, перемещается на сильфонах 4,5 пропорционально плотности жидкости, тем самым осуществляется компенсация величины перемещения днища сильфона 8 под влиянием изменения плотности жидкости.

Так как перемещение днища сильфона 8 пропорционально уровню жидкости, то для получения показателя уровня нужно величину Lb умножить на коэффициент пропорциональности KL

Таким образом, предложенное устройство исключает недостатки прототипа, повышает надежность, за счет отсутствия электрических элементов в зоне измерения, а так же повышает искровзрывобезопасность и позволяет применять его в различных пожароопасных средах.

Гидростатический оптоволоконный датчик уровня с позиционно-чувствительным детектором, содержащий чувствительный элемент в виде сильфона и компенсатор плотности, включающий поплавок постоянного погружения, закрепленный на двух дополнительных сильфонах между двумя кронштейнами, отличающийся тем, что в поплавок встроен оптический триангуляционный датчик, включающий в себя коллиматор ИК-излучения, два оптических разъема, приемную линзу, через первый оптический разъем и оптоволоконный кабель коллиматор соединен со светоизлучающим диодом, который соединен с выходом формирователя импульсов излучения, вход которого соединен с первым выходом блока управления и обработки информации, через оптический разъем для плоского шельфа и оптоволоконный плоский шлейф оптический триангуляционный датчик соединен с позиционно чувствительным детектором, выход которого соединен с входом АЦП, выход которого соединен с цифровым входом блока управления и обработки информации, второй выход которого соединен с блоком памяти, третий выход с блоком алфавитно-цифровой индикации.



 

Похожие патенты:

Автоматическая система предназначена для фиксации критического повышения уровня воды на контролируемой местности и передачи информации на пульт централизованного наблюдения.

Изобретение относится к кондиционированию изолирующих газов. Устройство для кондиционирования газов включает сепарирующее устройство (3), предназначенное, в частности, для отделения жидкостей и/или частиц от газа, проходящего через устройство, со сборным резервуаром (1) для отделенных веществ, причем сепарирующее устройство (3) содержит циклонный сепаратор (3), при этом на сборном резервуаре (1) предусмотрены два штуцера (25, 27) датчиков, соединенные с сенсорным устройством (29), представляющим собой трубки, соединяющиеся с внутренней частью сборного резервуара (1).
Заявленное решение используется для определения полной и остаточной объемной деформации сосудов (баллонов) под действием пробного давления. Техническая задача заключается в уменьшении трудоемкости и в устранении сложных расчетов для определения полной и остаточной объемной деформации.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в лабораторных или пилотных установках моделирования процессов крекинга, гидрокрекинга и гидроочистки нефтепродуктов.

Изобретение относится к способу эксплуатации для транспортного средства, который содержит этапы измерения уровня наполнения жидкости в резервуаре транспортного средства посредством средства измерения, отнесения измеренного уровня наполнения к ближайшему порогу уровня наполнения из множества известных порогов уровня наполнения, в которых каждый порог уровня наполнения представляет определенное значение наполнения, активизации по меньшей мере одного порога уровня наполнения из множества порогов уровня наполнения посредством средства измерения, анализа, повторяемости активизации порога уровня наполнения и/или повторяемости отнесения измеренного уровня наполнения к ближайшему порогу уровня наполнения и определения порога уровня наполнения, который имеет максимальную повторяемость относительно определенного периода времени и поэтому представляет реальное значение наполнения, в частности для времени, в течение которого выполняется следующее определение.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня и плотности жидкости в замкнутых объемах, в частности топлива для двигателей внутреннего сгорания железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения (контроля) высоты уровня жидкости в резервуарах. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля уровня различных жидкостей в аппаратах, емкостях и сосудах стационарных и подвижных установок.

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в информационной системе автомобиля, включающей в себя аналоговый датчик уровня топлива (ДУТ) и маршрутный компьютер (МК), в состав которого входят АЦП, микроЭВМ с ПЗУ, орган управления, дисплей и драйвер дисплея.

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для использования в технических системах измерения и контроля уровня технологических объектов в относительных единицах.

Изобретение относится к комбинированной оптической системе распознавания контейнера и уровня заполнения. Система содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью извлечения контейнер (14, 114, 214, 314) с внутренней полостью (32, 332) для приема текучих или сыпучих сред (34, 334) и по меньшей мере один контейнероприемник (12, 312) для контейнера (14, 114, 214, 314).

Изобретение относится к комбинированной оптической системе распознавания контейнера и уровня заполнения. Система содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью извлечения контейнер (14, 114, 214, 314) с внутренней полостью (32, 332) для приема текучих или сыпучих сред (34, 334) и по меньшей мере один контейнероприемник (12, 312) для контейнера (14, 114, 214, 314).

Группа изобретений относится к системе калибровки для измерения расстояния. Калибровочная система для калибровки устройства для измерения расстояния содержит по меньшей мере один измерительный отрезок, на котором может быть смонтировано по меньшей мере одно для измерения расстояния, по меньшей мере один монтируемый с возможностью перемещения на по меньшей мере одном измерительном отрезке отражатель для отражения сигнала (Di) измерения, выданного по меньшей мере одним устройством для измерения расстояния, и лазерный трекер.

Изобретение относится к области техники для измерения высотных положений узлов сооружений. Видеодатчик гидростатического нивелира содержит оптически связанные матричный фотоприемник с объективом и узлом электроники, формирующим телевизионный видеосигнал, и источники света, которые установлены зеркально симметрично на противоположных сторонах объектива на отрезках линий, параллельных строкам матричного фотоприемника, а отношение длин отрезков линий к расстоянию между ними равно формату телевизионного видеокадра.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается системы индикации уровня текучей среды с подсветкой для транспортного средства. Система включает в себя контейнер, текучую среду, расположенную в контейнере, фотолюминесцентный элемент, расположенный на контейнере, и источник света, выполненный с возможностью испускать излучение для возбуждения фотолюминесцентного элемента и тем самым подсветки контейнера.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к измерению уровня жидкости в емкости. Световой уровнемер жидкости, содержащий измерительную трубу и разделительный корпус, на который навинчен цилиндр с крышкой, отделяющий жидкость, находящуюся в емкости, от фотоприемника, источники света, оптически сопряженные с приемным фотоэлементом, выходы которых подключены к входам устройства измерения, причем прозрачная измерительная труба с установленным в ней фотоприемником, закрепленная в верхнем и нижнем фланцах, вставлена в корпус, внутри которого свободно перемещается плавающий поршень-поплавок с верхней зеркальной поверхностью, причем источники света жестко закреплены в верхнем фланце внутри корпуса на равных расстояниях друг от друга по окружности, а в нижнем фланце имеется кольцеобразный вырез для доступа жидкости.

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, пищевой, строительной и т.д.

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах путем получения изображения с помощью телекамеры, закрепленной над поверхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, и мерной шкалы, нанесенной на боковую стенку резервуара, дополнительно в центре крышки устанавливают над вторым герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом лазер-дальномер таким образом, чтобы оптическая ось лазера дальномера совпадала осью симметрии резервуара, при этом мерную шкалу изготавливают в виде набора светодиодов, которые покрывают пылеотталкивающей прозрачной пленкой, при этом в процессе измерения включают лазер-дальномер, включают светодиоды и цифровую видеокамеру, после чего определяют лазером-дальномером расстояние от крышки до поверхности сыпучего материала, а при помощи мерной шкалы и сигнала с видеокамеры определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на мерной шкале области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем рассчитывают по формуле.

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, в качестве измерительного устройства используют два лазера-дальномера, один из которых устанавливают в центре крышки над герметически отделенном от сыпучего материала оптически прозрачным элементом, таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера совпадала с осью симметрии резервуара, второй лазер-дальномер устанавливают в периферийной части крышки над герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера была параллельна оси симметрии резервуара, при этом в процессе контроля первым лазером-дальномером определяют расстояние от крышки до поверхности сыпучего материала, а вторым определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на в области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем сыпучего материала в резервуаре рассчитывают по формуле.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к области электрических измерений неэлектрических величин, и может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, пищевой, строительной и т.д.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня жидкости, в том числе пожаро- и взрывоопасных жидкостей. Задачей изобретения является создание надежного и простого в эксплуатации устройства для измерения уровня жидкости в реальном времени технологического процесса в различных пожароопасных средах. В соответствии с поставленной задачей в заявляемое устройство, содержащее чувствительный элемент в виде сильфона 8, компенсатор плотности, включающий поплавок 6 постоянного погружения, введены оптический триангуляционный датчик 7, свето-излучающий диод 13, формирователь импульсов излучения 14, коллиматор ИК-излучения 21, приемная линза 22, оптоволоконный кабель 11, оптоволоконный плоский шлейф 12, позиционно-чувствительный детектор 18, усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 20. 2 ил.

Наверх