PL204266B1 - Sposób i układ elektroniczny do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ elektroniczny do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza, znajdujące zastosowanie zwłaszcza do ciągłej bezkontaktowej elektronicznej kontroli poziomu płynów spożywczych i innych płynów w pojemnikach.

Znane są sposoby pomiaru poziomu cieczy w pojemnikach polegające na wprowadzaniu elektrod zespołu elektronicznego do styku z cieczą w wyniku czego zamykany jest obwód elektryczny na określonym poziomie cieczy i na tej podstawie określany jest stan tego poziomu.

Znane są także elektroniczne czujniki pojemnościowe z generatorem częstotliwości zaopatrzonym w kondensator, którego pojemność zależy od środowiska go otaczającego, przy czym wykrywanie obecności tego środowiska polega na pomiarze pojemności tego kondensatora poprzez kontrolę częstotliwości tego generatora.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-301505 sygnalizator poziomu cieczy zawierający zespół elektroniczny i końcówkę pomiarową usytuowana w dolnej części korpusu tego sygnalizatora, która styka się z nadajnikiem oraz odbiornikiem zespołu elektronicznego zaopatrzonego z przeciwnej strony w zespół stykowy.

Znany jest także z polskiego zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-327547 sposób pomiaru prędkości i/lub objętości przepływającej substancji dielektrycznej, zwłaszcza mającej postać płynu, polegający na tym, że strumień substancji dielektrycznej przepuszcza się pomiędzy okładzinami kondensatora, którego jedna okładzina przedzielona jest na dwie części szczeliną poprzeczną do kierunku przepływu substancji dielektrycznej, po czym łączy się elektrycznie poprzez rezystor obie te okładziny. Pomiędzy okładzinami kondensatora utrzymuje się stałe napięcie zasilające oraz mierzy się wielkość napięcia i/lub natężenia prądu przepływającego pomiędzy częściami przedzielonej okładziny, a następnie wielkość prędkości i/lub objętości przepływającej substancji dielektrycznej ustala się z odpowiedniej zależności.

Znane jest również z polskiego zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-349033 urządzenie piezoelektryczne do pomiaru poziomu płynu zawierające zespół wykrywający, zaopatrzony w dwie komórki piezoelektryczne związane z elementami sterującymi dla odpowiedniego emitowania fal ultradźwiękowych naprzeciw odpowiedniego elementu odbijającego odniesienia, umieszczonego w znanej odległości od związanej komórki z jednej strony i wyższej powierzchni płynu z drugiej strony, elementy przetwarzające przystosowane do określenia poziomu płynu wykorzystujące odpowiednie czasy propagacji fal ultradźwiękowych emitowanych przez każdą z tych dwóch komórek. W urządzeniu tym znajdują się elementy, które mogą określić po podaniu napięcia do urządzenia fazę inicjalizacji (1100, 1100 bis), podczas której elementy sterujące sterują komórkami piezoelektrycznymi tak, aby stosunek pomiędzy rytmem pobudzania komórki odniesienia i rytmem komórki pomiaru poziomu był większy w porównaniu z tymi samymi rytmami podczas póź niejszej fazy ustabilizowanego pomiaru (1300).

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i układu elektronicznego do kontroli poziomu płynów w pojemnikach o zróżnicowanym przeznaczeniu poprzez ich izolację elektryczną z równoczesnym wyeliminowaniem kontaktu tych płynów z elementami pomiarowymi w postaci elektrod lub pływaków.

Istota sposobu wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza według wynalazku polega na tym, że dokonuje się zliczania ilości sygnałów sterujących odniesienia będących funkcją: ładunku elektrycznego gromadzonego na kondensatorze pomiarowym w czasie jego ładowania, ładunku elektrycznego gromadzonego na kondensatorze odniesienia w czasie jego ładowania impulsowym sygnałem sterującym, napięcia zasilania układu sterowania będącego źródłem prądu ładowania kondensatora pomiarowego i odniesienia, napięcia zadanego przez układ sterowania do jakiego powinien rozładować się kondensator pomiarowy podczas zliczania sygnałów sterujących odniesienia i temperatury otoczenia kondensatora pomiarowego i kondensatora odniesienia, wysyłanych z układu sterowania, niezbędnych do naładowania kondensatora pomiarowego, a następnie dokonuje się rozładowania uprzednio naładowanego kondensatora pomiarowego do zadanego przez układ sterujący napięcia progowego, po czym dokonuje się zliczania ilości sygnałów sterujących zależnych od otaczającego go środowiska będących funkcją: ładunku elektrycznego gromadzonego na kondensatorze pomiarowym w czasie jego ładowania, ładunku elektrycznego gromadzonego na kondensatorze uzależnionym od otaczającego go środowiska w czasie jego ładowania impulsowym sygnałem sterującym, napięcia zasilania układu sterowania będącego źródłem prądu ładowania kondensatora pomiarowego i odniesienia, napięcia zadaPL 204 266 B1 nego przez układ sterowania do jakiego powinien rozładować się kondensator pomiarowy podczas zliczania sygnałów sterujących odniesienia i temperatury otoczenia kondensatora pomiarowego i kondensatora odniesienia, wysyłanych z układu sterowania, niezbędnych do ładowania kondensatora uzależnionego od otaczającego środowiska, po czym rozładowuje się uprzednio naładowany kondensator pomiarowy do zadanego przez układ sterujący napięcia progowego zadanego przez układ sterowania, a następnie dokonuje się porównania ilości ustalonych impulsowych sygnałów sterujących z ich stanem odniesienia, a otrzymany wynik wskazuje na obecność ś rodowiska przewodzącego lub dielektrycznego w otoczeniu kondensatora uzależnionego od tego środowiska.

Z kolei, układ elektroniczny do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza według wynalazku składa się z mikroprocesorowego układu sterowania posiadającego w swym obwodzie elektrycznym kondensator pomiarowy, połączonego elektrycznie z czujnikiem pomiarowym złożonym z pierwszego klucza elektronicznego i połączonego z nim kondensatora uzależnionego od otaczającego go środowiska przewodzącego lub dielektrycznego, przy czym linia układu sterowania, stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora uzależnionego od otaczającego go środowiska, będąca również wejściem prądu rozładowania kondensatora pomiarowego połączona jest z tym kluczem, linia tego układu stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora pomiarowego, a zarazem wejście testujące napięcie podczas rozładowania tego kondensatora, połączona jest z tym kondensatorem oraz ze wspomnianym kluczem, linia tego układu stanowiąca zarówno wejście prądu ładowania kondensatora pomiarowego, jak i wyjś cie prą du rozł adowania tego kondensatora, połączona jest poprzez ten kondensator z pierwszym kluczem elektronicznym, natomiast masa układu sterowania połączona jest poprzez kondensator uzależniony od otaczającego go środowiska również z tym kluczem.

W innym wykonaniu układ elektroniczny zawiera dodatkowo czujnik odniesienia złożony z drugiego klucza elektronicznego, dołączonego do linii układu sterowania, stanowiącej wyjście prądu ładowania kondensatora pomiarowego i zarazem wejście testujące napięcie podczas rozładowania tego kondensatora, i połączonego z tym kluczem kondensatora odniesienia, którego jeden biegun dołączony jest do masy układu oraz poprzez kondensator uzależniony od otaczającego go środowiska z pierwszym kluczem elektronicznym, zaś linia układu sterowania, stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora odniesienia, a także wejście prądu rozładowania kondensatora pomiarowego, dołączona jest do drugiego klucza elektronicznego czujnika odniesienia.

Sposób i układ według wynalazku umożliwiają łatwe i szybkie wykrywanie obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza, a prosta budowa tego układu pozwala na wielorakie ich zastosowanie, w tym zarówno w branży artykułów gospodarstwa domowego, w tym w termosach stanowiących wyposażenie lokali gastronomicznych, jak i w branży samochodowej do pomiaru pojemności paliwa w zbiornikach paliwa.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony na przykładach wykonania układów elektronicznych do stosowania sposobu według wynalazku pokazanych na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat blokowo-ideowy układu elektronicznego do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza złożony tylko z układu sterowania i czujnika pomiarowego, a fig. 2 - schemat blokowo-ideowy układu elektronicznego do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza, złożony z układu sterowania, czujnika pomiarowego i czujnika odniesienia.

Układ elektroniczny przedstawiony na fig. 1 składa się z mikroprocesorowego układu sterowania US posiadającego w swym obwodzie elektrycznym kondensator Cp, połączonego elektrycznie z czujnikiem pomiarowym CP złożonym z klucza elektronicznego K1 i połączonego z nim kondensatora Cx, uzależnionego od otaczającego go środowiska przewodzącego lub dielektrycznego, przy czym linia Pn układu sterowania US, stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora Cx, będąca również wejściem prądu rozładowania kondensatora Cp połączona jest z kluczem K1, linia I/S tego układu stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora Cp, a zarazem wejście testujące napięcie podczas rozładowania kondensatora Cp połączona jest z tym kondensatorem oraz kluczem K1, linia CEN tego układu, stanowiąca zarówno wejście prądu ładowania kondensatora Cp, jak i wyjście prądu rozładowania tego kondensatora, połączona jest poprzez kondensator Cp z kluczem K1, natomiast masa układu sterowania US połączona jest poprzez kondensator Cx z kluczem K1.

Układ elektroniczny przedstawiony na fig. 2 składa się z mikroprocesorowego układu sterowania US posiadającego w swym obwodzie elektrycznym kondensator Cp, połączonego elektrycznie z czujnikiem pomiarowym CP złożonym z klucza elektronicznego K1 i połączonego z nim kondensato4

PL 204 266 B1 ra Cx, uzależnionego od otaczającego go środowiska przewodzącego lub dielektrycznego, przy czym linia Pn układu sterowania US, stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora Cx, będąca również wejściem prądu rozładowania kondensatora Cp połączona jest z kluczem K1, linia I/S tego układu stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora Cp, a zarazem wejście testujące napięcie podczas rozładowania kondensatora Cp połączona jest z tym kondensatorem oraz kluczem K1, linia CEN tego układu, stanowiąca zarówno wejście prądu ładowania kondensatora Cp, jak i wyjście prądu rozładowania tego kondensatora, połączona jest poprzez kondensator Cp z kluczem K1, natomiast masa układu sterowania US połączona jest poprzez kondensator Cx z kluczem K1.

Ponadto układ ten zaopatrzony jest dodatkowo w czujnik odniesienia CO złożony z klucza elektronicznego K2, dołączonego do linii I/S układu sterowania US i połączonego z tym kluczem kondensatora odniesienia Cod, którego jeden biegun dołączony jest do masy układu oraz poprzez kondensator Cx z kluczem K1, przy czym linia Pod układu sterowania US, stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora odniesienia Cod, a także wejście prądu rozładowania kondensatora Cp, dołączona jest do klucza elektronicznego K2 czujnika odniesienia CO.

Zasada działania układu elektronicznego według wynalazku polega na tym, że po włączeniu napięcia zasilania Ucc w układzie sterowania US następuje gromadzenie ładunków Qp w kondensatorze Cp w obwodzie elektrycznym: wyjście I/S układu sterowania US, kondensator Cp i wejście CEN, po czym wyjście I/S przełączane jest jako wejście pomiarowe napięcia na kondensatorze Cp. W tym samym czasie klucze elektroniczne K1 i K2 z uwagi na brak sygnałów na liniach Pn i Pod układu sterowania US pozostają nieaktywne.

Po zakończeniu ładowania kondensatora Cp klucz elektroniczny K1 pozostaje nadal nieaktywny, a klucz elektroniczny K2 poprzez linię Pod uaktywnia się cyklicznym sygnałem prostokątnym No, który to klucz powoduje przełączanie umożliwiające gromadzenie ładunku Qod w kondensatorze Cod według zależności Qod = f(Cod, Ucc, T), którego źródłem jest wysoki poziom sygnału sterującego w obwodzie: wyjście Pod układu sterowania US, klucz elektroniczny K2, kondensator Cod i masa układu sterowania US.

Po określonym czasie niski poziom sygnału sterowania powoduje przełączenie klucza elektronicznego K2 w stan rozładowania kondensatora Cp według zależności Qr = f(Qp, Qod, Ucc, T) w obwodzie: kondensator Cp, klucz K2, linia Pod układu sterowania US i linia CEN w taki sposób, że ilość ładunku odpływającego z kondensatora Cp jest zależna od ilości ładunku zgromadzonego w kondensatorze Cod w czasie jego ładowania. Takie impulsowe rozładowanie kondensatora spowoduje obniżenie skokowe napięcia na kondensatorze Cp, które jest sprawdzane i porównywane przez układ sterowania US z poziomem napięcia progowego Up. Układ sterowania US podaje tyle sygnałów sterowania No zależnych od (Qp, Qod, Ucc, Up, T) aż napięcie na tym kondensatorze osiągnie zadany przez układ sterowania US poziom napięcia progowego Up, przy czym sygnały te podlegają jednocześnie zliczeniu i zapamiętaniu jako No.

Następnie cykl powtarza się od ponownego gromadzenia ładunku w kondensatorze Cp, w którym klucz K2 pozostaje nieaktywny, a klucz K1 poprzez linię Pn układu sterowania US uaktywnia się cyklicznym sygnałem prostokątnym Nx, który to klucz powoduje także przełączenie umożliwiające gromadzenie ładunku Qx w kondensatorze Cx według zależności Qx = f(Cx, Ucc, T), którego źródłem jest wysoki poziom sygnału sterującego, a wielkość zgromadzonego ładunku jest zależna od otaczającego kondensator Cx środowiska, w szczególności jego przenikalności dielektrycznej w obwodzie: wyjście Pn układu sterowania US, klucz elektroniczny K1, kondensator Cx i masa układu sterowania US.

Po określonym czasie niski poziom sygnału sterowania powoduje przełączenie klucza elektronicznego K1 w stan rozładowania kondensatora Cp według zależności Qr = f(Qp, Qx, Ucc, T) w obwodzie: kondensator Cp, klucz elektroniczny K1, linia Pn układu sterowania US i linia CEN w taki sposób, że ilość ładunku odpływającego z kondensatora Cp jest zależna od ilości ładunku Qx zgromadzonego w kondensatorze Cx w czasie jego ładowania, co powoduje obniżenie skokowe napięcia na kondensatorze Cp, które jest sprawdzane i porównywane przez układ sterowania US z poziomem napięcia progowego Up. Układ sterowania US podaje tyle sygnałów sterowania Nx zależnych od (Qp, Qx, Ucc, Up, T) aż napięcie na kondensatorze osiągnie zadany przez ten układ poziom napięcia Up.

Sygnały te podlegają jednocześnie zliczeniu i zapamiętaniu jako Nx, po czym następuje porównanie zarejestrowanej ilości sygnałów sterujących No i Nx i na tej podstawie układ sterowania US sygnalizuje obecność w okolicy kondensatora Cx środowiska przewodzącego lub dielektrycznego.

PL 204 266 B1

Możliwe jest również wykrywanie w okolicach kondensatora Cx środowiska stałego lub dielektrycznego w jednym cyklu pomiarowym, to jest bez użycia czujnika odniesienia CO, klucza K2 i kondensatora Cod.

Jednakże, w tym przypadku bazowym odniesieniem jest zliczona ilość sygnałów sterujących No niezbędnych do rozładowania kondensatora Cp i naładowania kondensatora Cx, wówczas gdy środowiskiem otaczającym kondensator Cx jest powietrze. Ta ilość sygnałów No jest zapamiętana i po każdym cyklu pomiarowym, w którym sprawdzana jest obecność środowiska dielektrycznego jest porównywana z ilością zliczonych sygnałów Nx i na tej podstawie układ sterowania US sygnalizuje obecność w okolicy kondensatora Cx środowiska przewodzącego lub dielektrycznego.

Claims (3)

1. Sposób wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza za pomocą czujnika pomiarowego zaopatrzonego w kondensatom, znamienny tym, że dokonuje się zliczania ilości sygnałów sterujących (No) wynikającej z zależności No = f(Qp, Qod, Ucc, Up, T) wysyłanych z układu sterowania (US) niezbędnych do ładowania kondensatora (Co), a następnie rozładowania uprzednio naładowanego kondensatora (Cp) do zadanego przez układ sterujący (US) napięcia progowego (Up), po czym dokonuje się zliczania ilości sygnałów sterujących (Nx) wynikającej z zależności Nx = f(Qp, Qx, Ucc, Up, T) wysyłanych z układu sterowania (US) niezbędnych do ładowania kondensatora (Cx) i rozładowania uprzednio naładowanego kondensatora (Cp) do zadanego przez układ sterujący (US) napięcia progowego (Up), gdzie:

Qp - oznacza ładunek elektryczny gromadzony w kondensatorze Cp w czasie jego ładowania

Qod - oznacza ładunek elektryczny gromadzony w kondensatorze odniesienia Cod w czasie jego ładowania sygnałem sterującym No

Qx - oznacza ładunek elektryczny gromadzony w kondensatorze Cx uzależnionym od otaczającego go środowiska w czasie jego ładowania sygnałem sterującym Nx

Ucc - oznacza napięcie zasilania układu sterowania US oraz napięcie ładowania kondensatorów Cp, Cx i Cod

Up - oznacza napięcie zadane przez układ sterowania US, do jakiego powinien rozładować się kondensator Cp podczas zliczania sygnałów sterujących No i Nx

T - oznacza temperaturę otoczenia, w jakiej znajdują się kondensatory Cp i Cx oraz pozostałe elementy układu sterowania US w czasie zliczania cykli rozładowania kondensatora Cp a następnie dokonuje się porównania ilości ustalonych sygnałów sterujących (Nx) z ich stanem odniesienia (No), a otrzymany wynik wskazuje na obecność w otoczeniu kondensatora (Cx) środowiska przewodzącego lub dielektrycznego.

2. Układ elektroniczny do wykrywania obecności środowiska przewodzącego lub dielektrycznego o przenikalności dielektrycznej większej od powietrza zaopatrzony w czujnik pomiarowy wykorzystujący właściwości kondensatora, znamienny tym, że składa się z mikroprocesorowego układu sterowania (US) posiadającego w swym obwodzie elektrycznym kondensator (Cp), połączonego elektrycznie z czujnikiem pomiarowym (CP) złożonym z klucza elektronicznego (K1) i połączonego z nim kondensatora (Cx), uzależnionego od otaczającego go środowiska przewodzącego lub dielektrycznego, przy czym linia (Pn) układu sterowania (US), stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora (Cx), będąca również wejściem prądu rozładowania kondensatora (Cp) połączona jest z kluczem (K1), linia (I/S) tego układu stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora (Cp), a zarazem wejście testujące napięcie podczas rozładowania kondensatora (Cp) połączona jest z tym kondensatorem oraz kluczem (K1), zaś linia (CEN) tego układu, stanowiąca zarówno wejście prądu ładowania kondensatora (Cp), jak i wyjście prądu rozładowania tego kondensatora, połączona jest poprzez kondensator (Cp) również z tym kluczem, natomiast masa układu sterowania (US) połączona jest poprzez kondensator (Cx) z kluczem (K1).

3. Układ elektroniczny według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera dodatkowo czujnik odniesienia (CO) złożony z klucza elektronicznego (K2), dołączonego do linii (I/S) układu sterowania (US) i połączonego z tym kluczem kondensatora odniesienia (Cod), którego jeden biegun dołączony jest do masy układu oraz poprzez kondensator (Cx) do klucza (K1), przy czym linia (Pod) układu sterowania (US), stanowiąca wyjście prądu ładowania kondensatora odniesienia (Cod), a także wejście prądu rozładowania kondensatora (Cp), dołączona jest do klucza elektronicznego (K2) czujnika odniesienia (CO).