PL218703B1 - Układ i urządzenie do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu płynnego z bezprzewodową transmisją danyc - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektryczno - mechaniczny układ pomiarowy urządzenia do pomiaru poziomu gazu płynnego, umieszczanego na zbiornikach gazu płynnego, które to urządzenie jest wyposażone w bezprzewodową transmisję danych oraz urządzenie do realizacji pomiaru z wykorzystaniem tego układu.

Gaz płynny jest wykorzystywany zarówno w instalacjach przemysłowych różnego rodzaju jak i w gospodarstwach domowych. Dla dostawców tego medium z punktu widzenia pozyskiwania nowych klientów i utrzymania obecnych jest potrzebny stały monitoring zarówno bieżącego zużycia gazu jak i poziomu gazu w zbiornikach. Te pomiary są realizowane bądź w określonym cyklu (sekwencyjnie) bądź na żądanie, a wyniki pomiaru odbywają się bądź w drodze odczytu wizualnego z obrotowych tarcz wskazujących umieszczonych w głowicach pomiarowych zamontowanych na zbiornikach, bądź też wyniki te są przekazywane telemetrycznie.

Przy obecnym stanie techniki w powszechnym użyciu są mechaniczne poziomowskazy wykorzystujące pływak unoszący się na powierzchni płynnego gazu lub innego płynnego czynnika, umieszczony na obrotowym ramieniu z przekładnią zamieniającą obrót ramienia w osi poziomej na odpowiadający mu obrót elementu pionowego względem osi pionowej. Na końcu, w najwyższym punkcie obracającego się elementu pionowego, w możliwie małej odległości od górnej pokrywy wykonanej z materiału obojętnego na pole magnetyczne, zamykającej szczelnie otwór w zbiorniku służący do umieszczenia tej części poziomowskazu wewnątrz zbiornika, jest zamocowany magnes tak, że pole magnetyczne zmienia kierunek wraz z obracającym się pionowym elementem. Wskaźnik ze skalą określającą stopień wypełnienia zbiornika w postaci busoli magnetycznej w obudowie dostosowanej do zamocowania na zewnątrz zbiornika bezpośrednio nad górną pokrywą ustawia się zgodnie z kierunkiem pola magnesu i tym samym wskazuje na skali położenie pływaka czyli ilość płynnego czynnika w zbiorniku. Tego typu poziomowskazy są uważane za niezawodne, spełniają istotne wymagania instytucji nadzorujących i wydających zgody na użytkowania takich zbiorników, lecz wymagają bezpośredniego kontaktu wzrokowego z wskaźnikiem.

Z opisu patentowego US 20004/0079152 jest znany układ elektryczny do pomiaru ilości gazu płynnego w zbiorniku, składający się z zespołu czujników magnetycznych, modułu pomiaru temperatury z mikroprocesorem wraz z modułem radiowym, w którym są używane przetworniki magnetorezystywne pola magnetycznego, które maja tę właściwość, że posiadają większą czułość od przetworników Halla (mogą mierzyć mniejsze pola), ale mają istotną wadę w postaci małego zakresu mierzonego pola. Z tego powodu w opisanym urządzeniu zastosowano drugi czujnik bardziej oddalony od magnesu i do pomiaru wykorzystuje się ten, który mierzy lepiej, co i tak nie zapewnia że w każdej sytuacji z różnymi przypadkowymi poziomowskazami układ będzie działał poprawnie.

Z opisu patentowego US 2006/243345 jest znany układ do bezprzewodowej transmisji wyniku pomiaru zapełnienia zbiornika z gazem, wykorzystujący czujnik Halla i posiadający stację bazową z kontrolą stanu baterii zasilającej z przyłączonym modułem radiowym.

Żaden z ujawnionych układów nie posiada kierunkowego magnesu pośredniczącego, który przy współpracy z czujnikiem o mniejsze czułości umożliwia prawidłową pracę układu w szerokim zakresie pomiarowym, co stanowi istotę opisanego poniżej wynalazku.

Urządzenie do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu płynnego z bezprzewodową transmisją danych, w szczególności z wykorzystaniem sygnału radiowego, współpracujące z głowicą poziomowskazu pływakowego zabudowaną na zbiorniku gazu płynnego, ma obudowę, której dolna część posiada kształt umożliwiający zabudowanie jej na głowicy poziomowskazu w miejsce busoli wskazującej i realizujące poza bezprzewodową transmisją danych dotychczasowe funkcje busoli. Ta część posiada dwa symetrycznie rozmieszczone ucha dla śrub mocujących ją do głowicy zabudowanej na zbiorniku gazu. Wewnątrz dolnej części obudowy urządzenia, w tarczy ze skalą pełniącej funkcje busoli, jest - umiejscowiony, co najmniej jeden magnes kierunkowy w dolnej części tarczy oraz usytuowany centralnie w osi obrotowej tarczy walcowy magnes przetwornika pomiarowego. Tarcza jest wyskalowana w procencie zajętości zbiornika i służy do optycznego odczytu poziomu gazu w zbiorniku. Tarcza jest zabudowana w pierścieniowej wkładce pozycjonującej umocowanej w dolnej części obudowy urządzenia i obejmującej tarczę ze skalą oraz płytkę z układem elektrycznym urządzenia. Ponad tarczą, w której współśrodkowo jest umieszczony walcowy magnes przetwornika pomiarowego, na płytce obwodu elektronicznego urządzenia, utrzymywanej w kołnierzu wkładki pozycjonującej, jest zamontowany współśrodkowo przetwornik pomiarowy urządzenia. Do górnej powierzchni płytki z przetwornikiem pomiaPL 218 703 B1 rowym urządzenia jest przymocowana bateria litowa osłonięta izolującą osłoną, której zewnętrzne powierzchnie są odwzorowaniem wewnętrznej powierzchni górnej części obudowy urządzenia połączonej trwale z podstawą za pomocą zgrzewu ultradźwiękowego. W osłonie izolującej oraz w górnej części obudowy jest usytuowany przepust z kołnierzem uszczelniającym dla anteny przymocowanej trwale do płytki z przetwornikiem pomiarowym. Obudowa urządzenia, pozwalająca na funkcjonowanie urządzenia w warunkach atmosferycznych panujących w przestrzeni otwartej przez cały rok, jest wykonana z odpornego na udary poliwęglanu.

W zgodnym z wynalazkiem układzie elektrycznym urządzenia do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu na jego wejściu jest umieszczony pomiarowy przetwornik z czujnikiem Halla, a wyjście przetwornika jest połączone z wejściem mikroprocesora, do którego to wejścia jest przyłączone również wyjście modułu pomiaru temperatury. Wejście przetwornika pomiarowego jest połączone z magistralą łączącą wejście modułu pomiaru temperatury z wejściem modułu radiowego oraz poprzez blok klucza odcinającego zasilanie z wejściem modułu kontroli baterii zasilającej. Jedno z wyjść mikroprocesora jest połączone z kluczem, a drugie z wyjść mikroprocesora jest połączone z modułem radiowym z anteną. Wyjście modułu kontroli baterii zasilającej jest połączone z kolejnym wejściem mikroprocesora, z którym również magistralą szeregową jest połączony moduł portu optycznego sygnalizującego stan pracy urządzenia. Wykorzystanie czujnika Halla w przetworniku pomiarowym zapewnia w porównaniu do innych rozwiązań wykorzystujących czujniki magnetorezystywne, większy zakres mierzonego pola magnetycznego i tym samym pewniejsze działanie.

Działanie ujawnionego urządzenia jest następujące.

Zainstalowany w zbiorniku gazu płynnego poziomowskaz pływakowy zamienia poziom gazu na kąt skręcenia osi doprowadzonej do głowicy poziomowskazu. Na końcu osi poziomowskazu wewnątrz głowicy znajduje się magnes, który obraca się razem z osią. W efekcie tego obrotu poziomowi gazu w zbiorniku odpowiada kąt skręcenia pola magnetycznego. Głowica, na której jest umieszczone urządzenie pomiarowe według wynalazku jest wykonana z materiału obojętnego magnetycznie i jest przykręcona do zbiornika gazu płynnego, przy czym jest to element krytyczny ze względu na zachowanie szczelności zbiornika. Magnes poziomowskazu, dzięki sprzężeniu magnetycznemu z magnesem kierunkowym urządzenia pomiarowego osadzonym osiowo od dołu tarczy wyskalowanej w procencie zajętości zbiornika, obraca tę tarczę. Z kolei magnes przetwornika pomiarowego, który uniezależnia działanie przetwornika od pola magnesu poziomowskazu, jest osadzony osiowo od góry tej tarczy i współpracuje z przetwornikiem kąta skręcenia pola magnetycznego. Przetwornik pomiarowy urządzenia według wynalazku jest wyposażony w specjalnie dobrany przetwornik wykorzystujące efekt Halla, do którego jest dobrany magnes zamocowany na tarczy, który również stanowi istotę wynalazku, zapewniający właściwy poziom pola magnetycznego dla poprawnego działania przetwornika.

Sygnał na wyjściu przetwornika ma postać 10-bitowej wartości kąta pozycji magnesu wyrażonej w jednostkach bezwzględnych. Sygnał ten magistralą szeregową jest przesyłany do mikroprocesora. Drugim z obwodów wejściowych jest moduł pomiaru temperatury, na którego wyjściu wartość temperatury ma postać sygnału cyfrowego, a odczyt tego sygnału przez mikroprocesor odbywa się również w sposób szeregowy. Zgromadzone przez mikroprocesor wartości pomiarowe oraz inne wyznaczone na ich podstawie wielkości wraz z dodatkowymi informacjami diagnostycznymi są wysyłane przy użyciu układu radiowego pracującego w ogólnodostępnym paśmie SRD. Mikroprocesor będący jednostką centralną układu pomiarowego urządzenia zarządza również energią pobieraną przez cały układ pomiarowy z baterii zasilającej, przy czym informacji o stanie baterii dostarcza do mikroprocesora połączony z nim blok kontroli baterii. Do czasu aktywacji urządzenie pozostaje w trybie czuwania, czyli trybie ograniczonego poboru energii, w którym pomiary nie są wykonywane i nie występuje transmisja danych. Do aktywacji urządzenia do stanu pracy służy port optyczny składający się z czujnika natężenia oświetlenia oraz diody świecącej LED. Aktywacji urządzenia dokonuje się silnym źródłem światła według ściśle określonej sekwencji, a potwierdzenie prawidłowej aktywacji jest sygnalizowane diodą LED. W trybie pracy dioda LED sygnalizuje również przesył pakietu danych pomiarowych.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat elektryczny układu pomiarowego, fig. 2 - schematyczną budowę urządzenia do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu płynnego z bezprzewodową transmisją danych według wynalazku, a fig. 3 ukazuje warianty rozmieszczenia magnesów kierunkowych względem tarczy ze skalą urządzenia pomiarowego.

Jak pokazano na fig. 1 rysunku wejście układu elektrycznego urządzenia do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu stanowi przetwornik (PH) pomiarowy z czujnikami Halla, którego wyjście

PL 218 703 B1 jest połączone magistralą łączącą wejściowy moduł (PT) pomiaru temperatury z mikroprocesorem (uP). Mikroprocesor (uP) jest połączony z modułem radiowym (SRD). Pętla zasilania przetwornika (PH), przetwornika (PT) i modułu radiowego (SRD) jest kluczowana przez blok (K) sterowany sygnałem z mikroprocesora (uP). Wejście klucza (K) jest połączone z mikroprocesorem (uP) oraz z wyjściem modułu (SBAT) kontroli baterii zasilającej. Wyjście modułu (SBAT) kontroli baterii zasilającej jest połączone z kolejnym wejściem mikroprocesora (uP), Z którym również magistralą szeregową jest połączony moduł (OPT) portu optycznego sygnalizującego stan pracy urządzenia.

Z kolei na fig. 2 rysunku przedstawiono poglądowo schematyczną budowę urządzenia do p omiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu płynnego z bezprzewodową transmisją danych. Ujawnione urządzenie współpracuje z poziomowskazem pływakowym zabudowanym na zbiorniku gazu i jest zabudowane podstawą (1) w głowicy wykonanej z materiału obojętnego magnetycznie przykręconej do zbiornika gazu płynnego. Dolna część (1) obudowy urządzenia posiada kształt umożliwiający zabudowanie jej w głowicy poziomowskazu w miejsce busoli wskazującej. Ta część (1) posiada dwa symetrycznie rozmieszczone ucha dla śrub mocujących ją do głowicy zabudowanej na zbiorniku gazu. Wewnątrz dolnej części (1) obudowy urządzenia jest usytuowany pierścieniowy lub cylindryczny magnes kierunkowy (2) pierścieniowy lub cylindryczny, współpracujący z usytuowanym nad nim walcowym magnesem (4) przetwornika pomiarowego. Ten z kolei magnes (4) jest usytuowany centralnie w osi obrotowej tarczy (3) wyskalowanej w procencie zajętości zbiornika i służącej do mechanicznego odczytu poziomu gazu w zbiorniku.

W innym przykładzie realizacji, ujawnionym na fig. 3 rysunku, w miejsce kierunkowego magnesu (2) mogą być użyte dwa magnesy (2) o dowolnym kształcie rozmieszczone na średnicy tarczy (3). Tarcza (3) jest zabudowana w pierścieniowej wkładce (5) pozycjonującej umocowanej w dolnej części (1) obudowy urządzenia, a ponad tarczą (3) z współśrodkowo umieszczonym w niej walcowym magnesem (4) przetwornika pomiarowego jest umieszczona płytka (6) z obwodem elektronicznym urządzenia, która jest utrzymywana w kołnierzu wkładki (5) pozycjonującej tarczę (3). Do górnej powierzchni płytki (6) z obwodami elektrycznymi urządzenia jest przymocowana bateria (7) litowa osłonięta izolującą osłoną (10), której zewnętrzne powierzchnie są odwzorowaniem wewnętrznej powierzchni górnej części (9) obudowy urządzenia połączonej trwale z podstawą (1). W osłonie (10) oraz w górnej części (9) obudowy jest usytuowany przepust z kołnierzem uszczelniającym dla anteny (8) przymocowanej trwale do płytki (6) z obwodami elektrycznymi urządzenia. Obudowa (1, 9) urządzenia jest wykonana z odpornego na udary poliwęglanu, przy czym obie części (1, 9) są z sobą połączone poprzez zgrzanie ultradźwiękowe.

Claims (4)

1. Układ elektrycznego urządzenia do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu wyposażony w czujnik pomiarowy w postaci przetwornika z czujnikiem Halla, moduł pomiaru temperatury, moduł do bezprzewodowej transmisji danych pomiarowych oraz połączony z nim moduł kontrolujący stan baterii zasilającej, a także w układ mikrokontrolera przetwarzającego pole magnetyczne na informację o poziomie płynu, znamienny tym, że wyjście pomiarowego przetwornika (PH) zawierającego czujnik Halla jest połączone magistralą łączącą wejściowy moduł (PT) pomiaru temperatury z mikroprocesorem (uP) połączonym z modułem radiowym (SRD), natomiast pętla zasilania pomiarowego przetwornika (PH), przetwornika (PT) pomiaru temperatury i modułu radiowego (SRD) jest kluczowana przez klucz (K) połączony z modułem (SBAT) kontroli baterii zasilającej, który to klucz (K) jest sterowany sygnałem z mikroprocesora (uP) tak, że wejście klucza (K) jest połączone z mikroprocesorem (uP), przy czym z kolejnym wejściem szeregowym mikroprocesora (uP) jest połączony moduł (OPT) portu optycznego sygnalizującego stan pracy urządzenia.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wyjście modułu (SBAT) kontroli baterii zasilającej jest połączone z kolejnym wejściem mikroprocesora (uP), a wyjście mikroprocesora (uP) jest połączone poprzez moduł radiowy (SRD) z anteną.

3. Urządzenie do pomiaru poziomu gazu płynnego w zbiornikach gazu płynnego z bezprzewodową transmisją danych przeznaczone do współpracy z poziomowskazem pływakowym zabudowanej na zbiorniku gazu głowicy wykonanej z materiału obojętnego magnetycznie, mocowane do zbiornika gazu za pomocą dwóch śrub, w obudowie którego jest usytuowany przetwornik pomiarowy z magnesem usytuowanym centralnie w osi obrotowej tarczy służącej do mechanicznego odczytu poziomu

PL 218 703 B1 gazu w zbiorniku i wyposażone w antenę modułu radiowego, baterię osłoniętą izolującą osłoną oraz w umieszczoną wewnątrz płytkę układu elektronicznego, znamienne tym, że ma obudowę (1, 9), której dolna część (1) posiada kształt umożliwiający zabudowanie jej w głowicy poziomowskazu w miejsce busoli wskazującej, obudowa (1, 9) jest wykonana z odpornego na udary poliwęglanu, przy czym obie części (1, 9) są ze sobą połączone poprzez zgrzanie ultradźwiękowe, górna część (9) obudowy posiada izolującą osłonę (10), której zewnętrzne powierzchnie są odwzorowaniem wewnętrznej powierzchni górnej części (9) obudowy urządzenia połączonej trwale z podstawą (1), przy tym w osłonie (10) oraz w górnej części (9) obudowy jest usytuowany przepust z kołnierzem uszczelniającym dla anteny (8), przy tym we wnętrzu dolnej części (1) obudowy (1, 9), od dołu obrotowej tarczy (3) jest usytuowany co najmniej jeden pośredniczący magnes kierunkowy (2) współpracujący z usytuowanym nad nim walcowym magnesem (4) przetwornika pomiarowego, który to magnes (4) jest usytuowany centralnie w osi obrotowej tarczy (3) wyskalowanej w procencie zajętości zbiornika i służącej do mechanicznego odczytu poziomu gazu w zbiorniku, a ponad tarczą (3) zabudowaną w kołnierzu pozycjonującej tarczę (3) wkładki (5) jest umieszczona płytka (6) z obwodem elektronicznym urządzenia, do której od strony jej górnej powierzchni jest przymocowana antena (8) i litowa bateria (7) osłonięta osłoną (10).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że w miejsce kierunkowego magnesu (2) usytuowanego osiowo pod tarczą (3) są zastosowane dwa magnesy (2) o dowolnym kształcie, rozmieszczone symetrycznie od spodu tarczy (3).