*** « um'L Twórcywynalazku: Zbigniew Moron, Zbigniew Kedryna, Henryk Juniewicz, Zbigniew Rucki, Zdzislaw Szczepanik, Andrzej Hachol Uprawniony zpatentu: Politechnika Wroclawska, Wroclaw (Polska) Czujnik poziomu cieczy i materialów sypkich przewodzacych prad elektryczny Przedmiotem wynalazku jest czujnik poziomu cieczy i materialów sypkich przewodzacych prad elektryczny, znajdujacy zastosowanie zwlaszcza do pomiarów poziomu i zmian poziomu lustra wody i scieków.Z opisu zgloszenia wynalazku nr P—198018, znany jest czujnik poziomu lustra wody i scieków, zbudowany z rezystorów i elementów stykowych. Elementy stykowe sa zamocowane na wsporniku izolacyjnym i umieszczone jeden nad drugim, w pewnych odstepach od siebie. Rezy¬ story sa polaczone ze soba szeregowo, a wspólne punkty polaczen rezystorów sa polaczone z elementami stykowymi. W zaleznosci od poziomu wody, nastepuje zwarcie elementu stykowego usytuowanego na danym poziomie i wlaczenia w obwód pomiarowy rezystorów, których wartosc rezystancji jest miara poziomu cieczy.W przypadku malych wartosci rezystancji rezystorów, czujnik jest wrazliwy na zanieczyszcze¬ nia elementów stykowych oraz na zmiany rezystywnosci badanej cieczy, natomiast stosowanie duzych wartosci rezystancji powoduje zwiekszenie podatnosci czujnika na uplywnosc powierzch¬ niowa i pojemnosci pasozytnicze.Z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 1469 209 znane jest urzadzenie do pomiaru poziomu cieczy zawierajace czujnik pojemnosciowy i uklad elektroniczny, skladajacy sie ze zródla napiecia zmiennego, zespolu filtrów i komparatorów oraz miernika wyjsciowego. Czujnik zawiera jedna metalowa wspólna elektrode oraz zespól metalowych elektrod wzajemnie izolowanych od siebie i umieszczonych jedna nad druga, naprzeciw elektrody wspólnej. Elektroda wspólna oraz pozostale elektrody tworza kondensatory z dielektrykiem powietrznym. Do okladziny wspólnej kondensato¬ rów doprowadzone jest napiecie zmienne, a kazda z pozostalych okladzin polaczona jest z oddziel¬ nym komparatorem.Wzrost poziomu cieczy powoduje zmiane pojemnosci kondensatorów, których okladziny sa zanurzone w cieczy, w wyniku czego na wyjsciach odpowiednich komparatorów pojawiaja sie sygnaly sterujace wskazaniem miernika wyjsciowego. Ilosc wyprowadzen z czujnika jest równa liczbie elektrod polaczonych z komparatorami. Pojemnosci kondensatorów czujnika zaleza od2 126 453 odlglosci miedzy elektrodami, ich powierzchni ora/ stalej dielektrycznej cieczy. W czujniku stoso¬ wanym do pomiaru duzych zmian poziomu cieczy z duza zozdzielczoscia pojemnosci kondensato¬ rów musza byc niewielkie ze wzgledu na ograniczone wymiary elektrod, natomiast ilosc wyprowadzen jest duza.Poniewaz pojemnosci miedzyprzewodowe sa tego samego rzedu co pojemnosci kondensato¬ rów, ich wplyw na prace komparatorów jest istotny. Duza ilosc wyprowadzen /czujnika ora/duza ilosc komparatorów zwiekszaja zawodnosc urzadzenia.Z opisu patentowego USA nr 4003 259 znany jest czujnik poziomu cieczy zbudowany z elementów pojemnosciowych i zespolu elementów stykowych. Metalowe pierscieniowe elektrody elementów pojemnosciowych umieszczone sa parami, jedna nad druga, w pewnych odstepach od siebie, w scianie izolacyjnego wspornika. Para elektrod tworzy kondensatorz dielektrykiem powietrznym. Jedne z okladzin kondensatorów sa polaczone ze soba a pozostale okladziny podlaczone sa do elementów stykowych, którymi sa kontaktrony. W czujniku zamontowany jest dodatkowy magnetyczny element ruchomy, powodujacy zadzialanie kolejnego elementu styko¬ wego i podlaczenie kondensatora wspólpracujacego z tym elementem do ukladu pomiarowego.W zaleznosci od poziomu cieczy nastepuje gwaltowna zmiana wartosci pojemnosci na granicy faz ciecz — powietrz, wynikajaca z duzej wartosci róznicy miedzy wspólczynnikami przenikalnosci dielektrycznej cieczy i powietrza. Odpowiedni uklad elektryczny okresla liczbe kondensatorów o jednakowej wartosci pojemnosci i tym samym poziom cieczy. Jednak elektromechaniczne ele¬ menty stykowe wplywaja niekorzystnie na niezawodnosc dzialania czujnika, zwlaszcza przy ciaglej pracy i duzej ilosci kontaktronów. Kontaktrony wymagaja magnetycznego lub elektromagnety¬ cznego sterowania zapewniajacego zalaczanie kolejnych kontaktronów wraz ze zmiana mierzo¬ nego poziomu cieczy.Zatem czujnik wyposazony jest w mechaniczny uklad przesuwania magnesu, lub zawiera specjalny uklad do sekwencyjnego wlaczania kontaktronów.Ponadto uklad pomiarowy wspólpracujacy z czujnikiem musi zawierac elektroniczny uklad detekcji zmian pojemnosci oraz licznik z pamiecia. Komplikuje to budowe czujnika, jak równiez ukladu pomiarowego. Dodatkowa niedogodnoscia tego czujnika jest dynamiczny charakter jego pracy, co powoduje wrazliwosc czujnika na zaklócenia elektryczne oraz stosunkowo dlugi czas pomiaru, powodowany ograniczona szybkoscia dzialania kontraktorów oraz ukladów sterujacych nimi.Przedmiotem wynalazku jest czujnik, wykonany w postaci wspornika izolacyjnego, na którym umieszczona jest co najmniej jedna sekcja elementów stykowych, polaczonych z kondensatorami.Istota wynalazku polega na wykonaniu elementów stykowych w postaci elektrod pomiarowych wspólpracujacych z elektroda pomocnicza, przy czym kazda z elektrod pomiarowych jest pola¬ czona zjedna z okladzin oddzielnego kondensatora, a pozostale okladziny kondensatorówdanej sekcji sa polaczone ze soba. Ponadto, w przypadku wiekszej ilosci sekcji pomiarowych elektrod, miedzy kolejnymi sekcjami sa umieszczone elektrody sterujace.Korzystnym rozwiazaniem czujnika wedlug wynalazku jest wykorzystanie elektrod pomiaro¬ wych jako jednych okladzin kondensatorów. Elektrody pomiarowe pokryte sa wówczas warstwa dielektryka i w danej sekcji sa polaczone ze soba, natomiast pozostale okldziny kondensatorów stanowi ciecz lub material sypki, których poziom jest mierzony.W takim rozwiazaniu eliminuje sie koniecznosc stosowania kondensatorów jako oddzielnych elementów konstrukcyjnych.Czujnik wedlug wynalazku charakteryzuje sie nieskomplikowana konstrukcja, jest latwy do wykonania i niezawodny w dzialaniu. W porównaniu ze zgloszeniem wynalazku nrP—198018 rezystancja cieczy lub materialu sypkiego oraz zanieczyszczenie elektrod czujnika maja wplyw jedynie na wartosc tangensa kata strat polaczonych równolegle kondensatorów, natomiast wplyw tych czynników na wypadkowa pojemnosc kondensatorówjest praktycznie pomijalny, W porów¬ naniu z rozwiazaniem opisanym w patencie brytyjskim nr 1469 209 czujnik wedlug wynalazku nie zawiera komparatorów polaczonych z kazda okladzina kondensatora, a liczba wyprowadzen z czujnika jest znacznie zmniejszona.W porównaniu z rozwiazaniem opisanym w patencie USA nr 4003 259 czujnik wedlug wyna¬ lazku nie zawiera ruchomych czesci mechanicznych. Elementy stykowe w postaci elektrod pomia-126 453 3 rowych i elektrody pomocniczej sa zwierane przez ciecz lub material sypki, których poziom jest mierzony, a w przypadku wykorzystania elektrod z warstwa dielektryka, ciecz lub material sypki, których poziom jest mierzony, stanowia ruchoma okladzine kondensatorów, powodujaca zmiane pojemnosci wypadkowej, proporcjonalnej do mierzonego poziomu.C/ujnik wedlug wynalazku moze wspólpracowac z ukladem pomiarowym zawierajacym przetwornik pojemnosci na elektryczny sygnal pradowy lub napieciowy, albo na czestotliwosc sygnalu elektrycznego. Uklady takie charakteryzuja sie prosta budowa. Ponadto, sygnal wyjsciowy czujnika zgodnego z wynalazkiem jest proporcjonalny do calkowitej wartosci mierzonego poziomu, dzieki czemu czujnik jest niewrazliwy na zaklócenia elektryczne, zwlaszcza impulsowe.Wielosekcyjna budowa czujnika zapewnia pomiar duzych zmian poziomu cieczy i matrialów sypkich z duza rozdzielczoscia i dokladnoscia.Przedmiot wynalazku jest objasniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy czujnika poziomu wody, polaczonego z ukladem do pomiaru poje¬ mnosci elektrycznej, a fig. 2 — schemat ideowy jednosekcyjnego czujnika poziomu wody, wyposa¬ zonego w elektrody pomiarowe pokryte dielektrykiem.Przyklad I. Czujnik wedlug wynalazku sklada sie z trzech sekcji pomiarowych elektrod 1, przy czym kazda sekcja zawiera 99 elektrod. Kazda z elektrod 1 jest polaczona z oddzielnym kondensatorem 2, natomiast pozostale okladziny kondensatorów 2 danej sekcji sa polaczone ze soba i z przelacznikiem 3. Pomiedzy kolejnymi sekcjami pomiarowych elektrod 1 sa umieszczone dodatkowe, sterujace elektrody 4. Czujnik jest ponadto wyposazony w pomocnicza elektrode 5, która wraz ze wspólnymi punktami polaczen kondensatorów 2 stanowi wyjscie czujnika, z którego sygnal jest podawany do ukladu 6 pomiaru pojemnosci. Sterujace elektrody 4 sluza do przelacza¬ nia, za posrednictwem sterujacego czlonu 7, sekcji pomiarowych elektrod 1, przy czym sterujacy czlon 7 sygnalizuje jednoczesnie liczbe calkowicie zanurzonych sekcji pomiarowych.W przykladowym wykonaniu czujnika wszystkie elektrody 1 i 4 sa umieszczone na izolacyj¬ nym wsporniku 8 i wykonane ze stali kwsoodpornej, natomiast pomocnicza elektroda 5ma postac stalowego plaskownika. Odstepy miedzy pomiarowymi elektrodami 1 oraz odstepy miedzy steruja¬ cymi elektrodami 4 a pomiarowymi elektrodami 1 wynosza 1 cm, srednice elektrod 1 i 4 wynosza takze 1 cm, wartosci pojemnosci kondensatorów 2 wynosza 1 nF.Woda, w której zanurzony jest czujnik, powoduje zwieranie pomocniczej elektrody 5 z pomiarowa elektroda 1 usytuowana na poziomie lustra wody, dzieki czemu kondensatory 2 lezace ponizej poziomu lustra sa laczone ze soba równolegle. Wypadkowa pojemnosc kondensatorów 2, proporcjonalna do mierzonego poziomu, jest podawana do pomiarowego ukladu 6. Po osiagnieciu przez wode poziomu, na którym usytuowanajest sterujaca elektroda 4, sterujacy czlon 7powoduje zalaczenie na wejscie pomiarowego ukladu 6 nastepnej sekcji pomiarowych elektrod 1. Przykla¬ dowy czujnik wedlug wynalazku umozliwia pomiar pozimu lustra wody do wysokosci 3m z rozdzielczoscia 1 cm.Przykladu. Czujnik wedlug wynalazku sklada sie zjednej sekcji pomiarowych elektrod 1, umieszczonych jedna nad druga na izolacyjnym wsporniku 8, oraz jest wyposazony w pomocnicza elektrode 5. Pomiarowe elektrody 1 sa polaczone ze soba, a wspólny punkt polaczen elektrod 1 i pomocnicza elektroda 5 stanowia wyjscie czujnika, z którego sygnal jest mierzony przez uklad pomiarowy. Kazda z pomiarowych elektrod 1 jest pokryta dielektrycza warstwa 9.W tak zbudowanym czujniku, badana ciecz oraz pomiarowe elektrody 1, pokryte warstwa dielektryka 9, tworza równolegly uklad kondensatorów.Miara poziomu cieczyjest wartosc wypad¬ kowej pojemnosci kondensatorów znajdujacych sie ponizej lustra cieczy.Zastrzezenia patentowe 1. Czujnik poziomu cieczy i materialów sypkich przewodzacych prad elektryczny, zbudo¬ wany z elementów pojemnosciowych i elementów stykowych, zawierajacy elektrody pomiarowe i elektrode pomocnicza, wykonany w postaci wspornika izolacyjnego, na którym umieszczona jest co najmniej jedna sekcja elementów stykowych, znamienny tym, ze elementy stykowe stanowia pomiarowe elektrody (1) wspólpracujace z pomocnicza elektroda (5), natomiast kazda z pomiaro-4 126 453 t wych elektrod (1) jest polaczona z jedna z okladzin oddzielnego kondensatora (2), natomiast pozostale okladziny kondensatorów (2) danej sekcji sa polaczone ze soba, zas miedzy kolejnymi sekcjami pomiarowych elektrod (1) sa umieszczone sterujace elektrody (4). 2. Czujnik poziomu cieczy i materialów sypkich przewodzacych prad elektryczny, zbudo¬ wany z elementów pojemnosciowych i elementów stykowych, zawierajacy elektrody pomiarowe i elektrode pomocnicza, wykonany w postaci wspornika izolacyjnego, na którym unjleszczona jest co najmniej jedna sekcja elementów stykowych, znamienny tym, ze elementy stykowe stanowia pomiarowe elektrody (1) wspólpracujace z pomocnicza elektroda (5), przy czym polaczone ze soba i pokryte warstwa dielektryka (9) pomiarowe elektrody (1) danej sekcji stanowia jepne okladziny kondensatorów, natomiast pozostale okladziny kondensatorów stanowi ciecz lub material sypki, których poziom jest mierzony, zas pomiedzy kolejnymi sekcjami pomiarowych elektrod (1) sa umieszczone sterujace elektrody (4).Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL