PL60374B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest elektro¬ niczne urzadzenie do sygnalizacji poziomu cieczy oraz materialów sypkich, oparte ma zasadzie umia¬ ny pojemnosci elektrycznej.Zagadnienie sygnalizacji poziomu cieczy i cial sypkich w zbiornikach, bunkrach, silosach i innych pojemnikach ima duze znaczenie w wielu galeziach przemyslów, a zwlaszcza w przemysle chemicznym i spozywczym.Znane sa liczne sposoby rozwiazania tego zagad¬ nienia poprzez zastosowanie róznych typów sygnali¬ zatorów poziomu mp. mechanicznych, plywakowych, indukcyjnych, pirzewodnosciowych, (pojemnoscio¬ wych itp.Z wymienionych rodzajów urzadzen wyrózniaja sie uniwersalnoscia i szerokimi mozliwosciami sto¬ sowania pojemnosciowe sygnalizatory poziomu, których zasada dzialania opiera sie na zjawisku zmiany pojemnosci elektrycznej pomiedzy elektroda pomiarowa a zbiornikiem lub dwiema elektrodami sondy pomiarowej (umieszczonej w zbiorniku na skutek wprowadzenia medium (plyn lub material sypki) o stalej dielektrycznej wiekszej od jednosci.W grupie pojemnosciowych sygnalizatorów po¬ ziomu znany jest szereg rozwiazan technicznych np. opartych na zasadzie rozstrajania obwodu rezonan¬ sowego lub zmiany równowagi mostka pomiaro¬ wego.Znane urzadzenia tego rodzaju skladaja sie z czujnika pojemnosciowego, jukladu elektronicznego 20 25 30 2 i przekaznika. Ulklad elektroniczny zawiera genera¬ tor dostrojony do czestotliwosci rezonansowej.W obwód rezonansowy siatki generatora wchodzi pojemnosc czujnika pojemnosciowego, lacznie z po¬ jemnoscia kabla doprowadzajacego. W obwodzie anodowym generatora znajduje sie przekaznik syg¬ nalizacyjny. Przy dostrojeniu generatora do czesto¬ tliwosci rezonansowej prad anodowy jest niewiel¬ ki i przekaznik znajduje sie w stanie spoczynku.Przy zanurzeniu czujnika w medium o stalej die¬ lektrycznej wiekszej od jednosci wzrasta jego po¬ jemnosc, która rozstraja generator, przez co wzra¬ sta prad anodowy, powodujac zadzialanie przekaz¬ nika, który steruje organami wykonawczymi.Powyzsze rozwiazanie techniczne posiada szereg' wad technicznych i eksploatacyjnych, znacznie ograniczajacych mozliwosci zastosowania urzadze¬ nia. Najwazniejszym mankamentem jest mala sta¬ bilnosc i pewnosc pracy urzadzenia. Ze wzgledu na wymagana czulosc tego typu urzadzen na zmiane pojemnosci w granicach 1,5 pF warunki wzbudzenia generatora musza byc ustawione na granicy zer¬ wania drgan w sposób bardzo krytyczny. W zwiaz¬ ku z tym urzadzenia tego typu sa bardzo wrazliwe na zmiane parametrów ulkladu, zmiane warunków pracy, temperatury, wahania napiecia, drgania me¬ chaniczne, zmiane wartosci elektrycznych podzespo¬ lów itp., które to zmiany moga powodowac falszywe zadzialanie urzadzenia lufo powodowac jego nieza- 60374603 3 \ •-' • -¦-'../ dzialanie przy zmianie poziomu kontrolowanego medium.Druga wada tych urzadzen jest koniecznosc sto¬ sowania bardzo .krótkich o scisle okreslonej dlugosci przewodów laczacych czujnik z czescia sygnaliza- 5 cyjna i w zwiazku z tym koniecznosc montowania czesci sygnalizacyjnej bezposrednio w sasiedztwie czujnika.Poza tym w .powyzszym rozwiazaniu technicznym niekorzystna jest charakterystyka zmiany pradu 10 anodowego przeplywajacego przez przekaznik w funkcji zmian pojemnosci czujnika, która to cha¬ rakterystyka ma w przyblizeniu przebieg liniowy, co powoduje brak silnie zaznaczonego momentu zadzialania przekaznika. Powoduje to powstawanie 15 stanów przejsciowych, które moga powodowac bled¬ ne zadzialanie urzadzenia.Znane sa równiez urzadzenia oparte na takiej sa¬ mej zasadzie dzialania rozwiazane w. ten sposób, ze pojemnosc elektryczna wystepujaca miedzy elek- 20 troda czujnika, a sciankami zbiornika jest wlaczona w jedna z galezi mostka pomiarowego zasilanego z generatora samodlawnejjo, przy czyni mostek jest strojony za pomoca zmiennego kondensatora. Na¬ piecie wyjsciowe mostka pomiarowego poprzez re- 25 gulowany opornik oraz stopien odwracajacy faze steruje przerzutnik dwustabilny dostarczajacy syg¬ nal do koncowego stopnia mocy w obwód którego jest wlaczony przekaznik wykonawczy. Powyzsze rozwiazanie pozwala na sygnalizacje dwóch pozio- 30 mów granicznych wymaga jednak stosowania specjalnych elektrod umieszczanych wzdluz osi zbiornika. Elektrody takie musza byc dlugie i izolo¬ wane specjalnymi materialami o odpowiednich od- pornosciach chemicznych i mechanicznych dobie- 35 ranych dla kazdego osrodka. Istotna wada tego roz¬ wiazania sa trudnosci wystepujace przy pomiarach osrodków przewodzacych prad elektryczny i odzna¬ czajacych sie duza lepkoscia. Poza tym powyzsze rozwiazanie techniczne charakteryzuje sie skompli- 4Q kowanym ukladem elektrycznym przy czym wyma¬ ga duzej stalosci czestotiiwosói generatora zasilaja¬ cego mostek oraz odznacza sie stosunkowo mala czuloscia i dokladnoscia co ogranicza jego zakres zastosowania.' 45 Wyzej wymienione wady pojemnosciowych syg¬ nalizatorów poziomu wedlug znanych rozwiazan technicznych zostaly wyeliminowane w rozwiaza¬ niu technicznym elektronicznego urzadzenia do syg¬ nalizacji poziomu opartym na zasadzie zmiany po- gQ jemnosci bedacym przedmiotem niniejszego wyna¬ lazku.Elektroniczny pojemnosciowy sygnalizator pozio¬ mu wedlug wynalazku jest urzadzeniem przezna¬ czonym do sygnalizacji granicznych poziomów oie- 55 czy lub cial sypkich we wszelkiego rodzaju zbior¬ nikach, bunkrach, silosach i innych pojemnikach.Ogólna zasada pracy urzadzenia jest oparta na znanym zjawisku zmiany pojemnosci pomiedzy elektroda pomiarowa a zbiornikiem lub dwiema & elektrodami czujnika pomiarowego, umieszczonego w zbiorniku, na skutek wprowadzenia osrodka o stalej dielektrycznej wiekszej od jednosci.Elektroniczny pojemnosciowy sygnalizator pozio¬ mu wedlug wynalazku sklada sie z dwóch zasadni- 65 czyeh zespolów, umieszczonych w oddzielnych obu¬ dowach, a mianowicie czujnika i zespolu sygnaliza. cyjnego. Czujnik umieszcza sie beaposrednip w miejscu kontroli zadanegio poziomu a zespól sygna¬ lizacyjny moze byc umieszczony w miejscu dowol¬ nym w odleglosci nawet do 100 m od czujnika.Glowica czujnika zawiera uklad elektroniczny, zadaniem którego jest przetworzenie zmian pojem¬ nosci pomiedzy elektroda czujnika,.', a obudowa zbiornika na odpowiadajace im zmiafriy napiecia ctalego, które jest przesylane linia do zespolu syg¬ nalizacyjnego. W zespole sygnalizacyjnym zmiana napiecia sterujacego" z czujnika powoduje zmiane stanu przekaznika, który steruje- elementami wyko¬ nawczymi.Wynalazek zostanie objasniony szczególowo na podstawie przykladu wykonania urzadzenia przed¬ stawionego na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia konstrukcje czujnika, fig. 2 — schemat blokowy urzadzenia, a fig. 3 — jego szczególowy uklad po¬ laczen.Czujnik sklada sie z elektrody 1 zamocowanej za pomoca izolatora ceramicznego 2 do kolnierza 3, na iktórym jest obsadzona glowica 4 wewnatrz któ¬ rej jest osadzony uklad elektroniczny 5. Charakte¬ rystyczna cecha konstrukcji czujnika jest sposób zabezpieczenia ukladu elektronicznego 5 przed wplywem temperatury osrodka kontrolowanego po¬ przez specjalna konstrukcje glowicy 4, który posia¬ da kilka, np. trzy specjalne wyciecia 6 zapewnia¬ jace odpowiedni rozklad temperatury- Zespól sygnalizacyjny jest konstrukcyjnie rozwia¬ zany w ten sposób, ze uklad elektroniczny i prze¬ kaznik wykonawczy sa umieszczone w obudowie metalowej, posiadajacej otwierana pokrywe celem umozliwienia dostepu do elementów regulacyjnych urzadzenia.Uklad elektroniczny pojemnosciowego sygnaliza¬ tora poziomu jest wykonany calkowicie na elemen¬ tach pólprzewodnikowych, co zapewnia duza pew¬ nosc pracy urzadzenia.Uklad elektroniczny czujnika sklada sie z gene¬ ratora. 7 o czestotliwosci np. 100 kHz, dzielnika po¬ jemnosciowego 8 skladajacego sie z pojemnosci po¬ miedzy elektroda czujnika a obudowa zbiornika lub obudowa czujnika, oraz dodatkowej stalej po¬ jemnosci, wtórnika emiterowego 9 dopasowujacego dzielnik pojemnosciowy do detektora 10, który do¬ starcza napiecie stale do sterowania zespolem syg¬ nalizacyjnym.Uklad elektroniczny zespolu sygnalizacyjnego sklada sie z ukladu porównujacego 11 sluzacego do porównania napiecia z czujnika z napieciem odnie¬ sienia, wzmacniacza tranzystorowego 12 o charak¬ terystyce przekaznikowej, który steruje przekazni¬ kiem wykonawczym oraz zasilacza 13 dostarczaja¬ cego napiec zasilajacych do ukladów elektronicz¬ nych czujnika i zespolu ^sygnalizacyjnego.Generator wytwarzajacy napiecie zmienne o cze¬ stotliwosci np. 100 kHz zbudowany na ? tranzystorze T4 pracuje w ukladzie generatora saimodlawnegc.Uklad ten charakteryzuje sie przy swojej prostocie duza niezaleznoscia amplitudy drgan od czynników zewnetrznych, np. temperatury oraz od zmian para¬ metrów tranzystora. Dla pelniejszej kompensacji6*374 5 zmian termicznych przenikalnosci magnetycznej rdzenia transformatora ferrytowego Tr 1 zastoso¬ wano opornik miedziany R2.Napiecie zmienne z wtórnego uzwojenia trans¬ formatora generatora zasila dzielnik pojemnosciowy 5 skladajacy sie z pojemnosci Ce pomiedzy elektroda czujnika, a obudowa zbiornika oraz stalej pojem¬ nosci C2 o wartosci np. 200 pF. Wyjsciowe napiecie dzielnika powstajace na pojemnosci C2 zalezy od wartosci pojemnosci pomiedzy elektroda czujnika 10 a zbiornikiem i w szerokich granicach jest nieza¬ lezne, od zmian czestotliwosci generatora zasilaja¬ cego.Napiecie wyjsciowe dzielnika pojemnosciowego jest doprowadzone na wejscie wtórnika emiterowe- 15 go wykonanego na tranzystorze T2, którego zada¬ niem jest wzmocnienie mocy tego sygnalu. Uklad ten ze wzgledu na specjalna konstrukcje posiada duza opornosc wejsciowa i w dosc duzym zakresie nie wprowadza znieksztalcen podzialu napiecia M dzielnika pojemnosciowego.Uzyskane z transformatora Tr Z napiecie jest poddawane, detekcji w ukladzie skladajacym sie z diody B± oraz pojemnosci Ce.Wyprostowane napiecie z detektora Jest iprizesy- 25 lane do ukladu porównujacego wykonanego na opornikach R14, ¥l9 P2, Rs. Zadaniem tego ukladu jest przeprowadzenie sumowania dwóch napiec, a mianowicie napiecia, otrzymanego z czujnika oraz napiecia odniesienia nastawionego potencjometrami 30 Pi oraz P2, co pozwala na kompensacje pojemnosci poczatkowej czujnika i regulacje warunków pracy sygnalizatora.Wypadkowe napiecie z ukladu .porównujacego jest podawane na wejscie tranzystorowego wzmac- 35 niacza z równoleglym sprzezeniem zwrotnym o charakterystyce przekaznikowej.Wzmacniacz ten, wykonany na tranzystorach T3 i T4, wzmacnia prad uzyskany z ukladu porów¬ nujacego do wartosci koniecznej dla zadzialania 40 przekaznika wykonawczego, DjLa uzyskania charak¬ terystyki przekaznikowej wzmacniacz objety jest petla dodatniego sprzezenia zwrotnego zrealizowa¬ nego za pomoca opornika R9 i potencjometru P8.Potencjometr Pz zmienia dojdatnie sprzezenie 45 zwrotne ukladu zmieniajac jednoczesnie czulosc ^ sygnalizatora. W kolektorze tranzystora T4 znajdu¬ je sie wykonawczy przekaznik elektromechaniczny A blokowany ukladem Rii, G6 zabezpieczajacym tranzystor przed przepieciami. Styki at i a?.prze- 50 kaznika A sluza do sterowania 'zewnetrznymi ukla¬ dami sygnalizacyjnymi lub wykonawczymi.Zasilacz sieciowy dostarcza wszystkich potrzeb¬ nych napiec do zasilania ukladów elektronicznych czujnika i zespolu sygnalizacyjnego. 55 Jeden z zestyków zwiernych a8 przekaznika A wykorzystany jest do zmiany jasnosci k swiecenia 6 neonówki sygnalizacyjnej L, zwierajac opornik R15 w czasie zadzialania przekaznika A. Umozliwia to sygnalizacje zalaczenia urzadzenia do sieci oraz syg¬ nalizacje zadzialania przekaznika przy uzyciu, tej samej neonówki. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia, patentowe 1. Elektroniczne urzadzenie do sygnalizacji pozio¬ mu cieczy oraz materialów sypkich oparte na zasa¬ dzie zmiany pojemnosci elektrycznej, skladajace sie z czujnika w którego glowicy umieszczony jest uklad elektroniczny oraz z oddzielnego zespolu sygnalizacyjnego, znamienne tym, ze uklad elektro¬ niczny czujnika sklada sie z generatora (7) zasilaja¬ cego dzielnik pojemnosciowy (8) zlozony z pojem¬ nosci (Ce) pomiedzy elektroda czujnika, a sciankami zbiornika lub obudowa czujnika oraz ze stalej po¬ jemnosci (C2) wlaczonej na wej'scie wtórnika emi- terowego (9) sterujacego detektorem (10) wytwa¬ rzajacym napiecie stale proporcjonalne do zmian pojemnosci (Ce), przesylane za pomoca linii do zespolu sygnalizacyjnego, skladajacego sie z ukladu porównujacego (11) sterujacego wzmacniaczem o charakterystyce przekaznikowej (12), przy czym wszystkie zespoly zasilane sa z jednego zasila¬ cza (13).

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze uklad porównujacy (11) skladajacy sie z oporni¬ ków (R14 i;R8) oraz potencjometrów (Px i P2) wla¬ czony jest na wejscie wzmacniacza (12) w ten spo¬ sób, ze sumuje napiecie przychodzace z ukladu elektronicznego czujnika z dodatkowym napieciem stalym umozliwiajac kompensacje pojemnosci po¬ czatkowej czujnika i regulacje warunków 'pracy urzadzenia.

3. Urzadzenie wedlug zastrz1. 1—2, znamienne tym, ze w zespole sygnalizacyjnym/ jest, zastosowany wzmacniacz z dodatnim sprzezeniem zwrotnym i charakteryslyceT.przEk&znikpweU zawierajacy w petli sprzezenia zwrotnego; opornik (tyB) i potencjo¬ metr (Pa) sluzacy do. regulacji czulosci urzadzenia.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1^3, znamienne tym, ze posiada lampke sy^alizacyjnar (L)| wlaczona do sieci przez dodatkowy opornik XRl5) zwierany zesty¬ kiem (a3) przekaznika (A) co umozliwia sygnaliza¬ cje zalaczenia urzadzenia do sieci oraz kontrole uzyskania zadanego poziomiu przy* uzyciu jednej lampki sygnalizacyjnej.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 1—4, znamienne tym, ze glowica czujnika (4) posiada kilka specjalnych wyciec (6) zadaniem których jest zabezpieczenie ukladu elektronicznego (5) przed wplywem tempe¬ ratury kontrolowanego osrodka.KI. 74 b,1 60374 MKP G 08 c, 19/10 -E IL Rg. / flSLLKI. 74 b, 1 60374 MKP G 08 c, 19/10 Fio.5 PL PL