RO115759B1 - Metoda si dispozitiv electronic, de masurare a nivelului unui lichid dielectric - Google Patents

Description

Invenția se referă la o metodă și la un dispozitiv de măsurare a nivelului unui lichid dielectric, ca, de exemplu, benzina din rezervoarele automobilelor sau din alte incinte, acoperind un mare spectru de dimensiuni și geometrii.

Se cunosc dispozitive cu plutitor și conversie rezistivă, care au dezavantajul fragilității mecanice, preciziei reduse și a imposibilității corecțiilor de liniaritate; există de asemenea nivelmetre cu ultrasunete, mai precise, dar prohibitiv de scumpe.

Metoda conform invenției înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că nu implică componente mobile, senzorul de nivel fiind un condensator imersatîn lichid, ale cărui armături au lățime variabilă cu înălțimea, iar corecțiile de liniaritate pentru orice geometrie a rezervorului se fac din geometria suprafețelor armăturilor condensatorului, nivelul lichidului fiind convertit într-o primă etapă în capacitate, capacitatea fiind convertită în frecvență într-o a doua etapă, într-o a treia etapă realizându-se conversia frecvenței în curent, conținând informația referitoare la nivelul lichidului dielectric, exprimat în litri.

Dispozitivul pentru aplicarea metodei conform invenției este constituit dintr-un set de armături, formând un condensator îndeplinind funcția de senzor de nivel, și un circuit electronic de prelucrare semnale capabil să facă conversia capacității în frecvență și apoi în curent.

Metoda conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- simplitate și flexibilitate în ceea privește aplicarea acesteia:

- adaptabilitate în funcție de cerințele utilizatorului.

Dispozitivul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- precizie ridicată a măsurărilor;

- reproductibilitate;

- simplitate constructivă;

- lipsa elementelor în mișcare.

Se prezintă în continuare un exemplu de aplicare a invenției, în legătură cu fig. 1...3, care reprezintă:

- fig.1, senzorul de nivel;

- fig.2, schema bloc a circuitului electronic de prelucrare semnale;

- fig.3, schema electrică a circuitului electronic de prelucrare semnale.

Metoda conform invenției permite măsurarea variației capacității unui condensator al cărui dielectric este lichidul în discuție, presupunând următoarele etape:

- conversia nivelului fizic al lichidului dielectric în capacitate;

- corecția de liniaritate a răspunsului prin geometria suprafețelor setului de armături, funcție de forma rezervorului;

- conversia capacității în frecvență;

- conversia frecvenței în curent, conținând informația referitoare la nivelul lichidului dielectric, exprimat în litri;

- conversia nivelului fizic ai lichidului dielectric în capacitate fiind realizată simultan cu corecția de liniaritate a răspunsului.

Dispozitivul conform invenției, în legătură cu fig.1, are în alcătuire un sensor de nivel S realizat prin introducerea a două armături a și b, la o distanță d una de alta, întro incintă etanșă i de o înălțime maximă Hm care se află un lichid dielectric până la o înălțime h, cele două armături a și b formând un condensator de capacitate echivalentă C calculată cu ajutorul relației:

C=C_A+C_L (1), unde C_A este capacitatea zonei cu aer, iar C_L este capacitatea zonei cu lichid.

RO 115759 Bl

Dacă se consideră L lățimea armăturilor, atunci:

C_A=_£oL(H-h)/d

Și

C_L=_£o£lLH/d rezultând:

C=_£oL[[e_L-1 ]h+H]/d

Notând expresiile constante cu:

A=_£oL(e_L-1]/d

Și

B=_£aLH/d expresia capacității va avea forma:

C=Ah+B aceasta reprezentând o funcție liniară:

C=C[h] (2) (3).

(4), (5) (6), (7).

(8).

Dacă suprafața armăturilor este variabilă cu înălțimea h, se introduce o funcție L[h), variabilă, aleasă astfel încât răspunsul întregului sistem să fie liniar.

Pentru liniarizarea răspunsului se folosește un condensator cu lățimea L constantă a armăturilor, se ridică prin cel puțin cinci puncte curba de variație a curentului l=l[h] care trece printr-un instrument indicator, după care, printr-un algoritm numeric specific, 70 se determină funcția L=L[h]în raport cu care se construiesc armăturile corespunzătoare, având lățimea variabilă cu înălțimea, în funcție de geometria specifică a rezervorului.

Dispozitivul conform invenției, în legătură cu fig.2, are în alcătuire un circuit electronic de prelucrare semnale, realizat cu un circuit oscilant RC 1 care produce o oscilație cu perioada direct proporțională cu capacitatea condensatorului dată de sen- 75 zorul de nivel S și, implicit, cu nivelul lichidului dielectric de măsurat dat de înălțimea h. Semnalul modulat în frecvență obținut la ieșirea circuit oscilant RC 1 va fi aplicat la intrarea unui circuit basculant monostabil 2 având două ieșiri, una pozitivă și alta negativă, circuitul basculant monostabil 2 convertind semnalul de la intrare în semnal modulat în impuls, semnal preluat de la ieșirea pozitivă și aplicat unui circuit de ieșire 3. 80

Integrând semnalul cu care este atacat, circuitul de ieșire 3 va furniza un curent proporțional cu factorul de umplere și, implicit, cu nivelul lichidului de măsurat, curent care va fi aplicat pe o bornă J1 unui instrument indicator. Pe de altă parte, semnalul obținut la ieșirea negativă a circuitului basculant monostabil 2 este preluat de către un circuit comparator 4, care validează semnalizarea de nivel foarte mic, activând un circuit 85 oscilant de mică frecvență 5, de 1Hz de exemplu, care comandă, pe o bornă J2, becul de avertizare din bord sau un alt element de avertizare. O sursă de alimentare 6 de curent continuu asigură o tensiune stabilizată de 5V, obținuți prin rezistența becului de avertizare din bord, din tensiunea de 13,8v a bateriei vehiculului.

Dispozitivul conform invenției, în legătură cu fig.3, având în alcătuire un circuit 90 electronic de prelucrare semnale, este realizat cu patru porți ȘI-NU UIA, U1B, U1C și U1D și două amplificatoare operaționale U2A și U2B.

Circuitul oscilant RC 1 (fig.3) este alcătuit dintr-o poartă ȘI-NU U1A, care are intrările interconectate într-un punct de conexiune la care se leagă una din armăturile condensatorului reprezentând senzorul de nivel S, în paralel cu care se conectează un 95 condensator variabil VC1, cealaltă armătură a condensatorului și borna corespunzătoare condensatorului variabil VC1 fiind aduse la masă, un rezistor R1 fiind legat în punctul de

RO 115759 Bl conexiune a intrărilor porții ȘI-NU U1A și ieșirea acesteia.

Circuitul basculant monostabil 2 (fig.3) este constituit din două porți ȘI-NU U1B și U1C, un rezistor R2 legat între o intrare a porții ȘI-NU U1B și masă, un condensator C1 legat cu una dintre armături în punctul de conexiune comun al rezistorului R1 și ieșirea porții ȘI-NU U1A, iar celălaltă armătură într-un punct de conexiune comun al rezistorului rezistorul R2 și o intrare a porții ȘI-NU U1B, cealaltă intrare a porții ȘI-NU U1B fiind legată la ieșirea porții ȘI-NU U1C care are, de asemenea, intrările interconectate într-un punct de conexiune comun cu o bornă a unui rezistor R3 și cu un condensator C2 având o armătură legată la ieșirea porții ȘI-NU U1B, cealaltă armătură fiind conectată la masă prin rezistorul R3, cât la intrările interconectate ale porții ȘI-NU U1C a cărui ieșire este conectată la masă printr-un rezistor R4 în serie cu un condensator C3.

Circuitul de ieșire 3 (fig.3) este realizat cu un amplificator operațional U2A cu intrarea neinversoare legată printr-un rezistor R5 la ieșirea porții ȘI-NU U1C și, printr-un condensator C4, la masă, intrarea inversoare fiind legată printr-un condensator C5 la ieșirea amplificatorului operațional U2A, iar printr-un rezistor R8 înseriat cu un rezistor R7 la borna de tensiune stabilizată +5V și respectiv tr- la masă, punctul de conexiune comun al rezistoarelor R6 și R7 fiind conectat la intrarea inversoare a celui de-al doilea amplificator operațional U2B, îndeplinind funcția de comparator, un rezistor R9 fiind conectat între ieșirea primului amplificator operațional U2A și baza unui tranzistor T1, cu emitorul legat la masă și colectorul la borna J1, iar și un rezistor R10 fiind conectat în paralel cu un condensator C6 având o armătură la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional U2A, celălaltă fiind conectată la borna J1. Un rezistor R15 înseriat cu rezistorul R6 formează un divizor de tensiune conectat între borna de tensiune stabilizată +5V și masă.

Circuitul comparator 4 (fig.3) este realizat cu un amplificator operațional U2B având intrarea inversoare conectată în punctul de conexiune comun al rezistoarelor R6 și R15, și intrarea neinversare conectată în punctul de conexiune comun al rezistorului R4 și condensatorului C3, iar ieșirea la un rezistor R11 înseriat cu o diodă D1 al cărui catod este legat la intrările porții U1D.

Circuitul oscilant de mică frecvență 5 (fig.3) este format dintr-o poartă ȘI-NU U1 □ care are intrările interconectate, un condensator C7 între intrările porții ȘI-NU U1D și masă, un rezistor R12 între ieșirea și intrările porții U1D, un rezistor R13 cu un capăt la intrările porții ȘI-NU U1D și celălalt la catodul unei diode D2 cu anodul la ieșirea porții ȘI-NU U1D.

Sursa de alimentare de curent continuu 6 (fig.3) esterealizată cu un rezistor R14 cu un capăt la ieșirea porții ȘI-NU U1D, iar cu celălalt la baza unui tranzistor T2 cu colectorul la borna J2 și emitorul în baza unui alt tranzistor T3 cu colectorul la borna J2 și emitorul la masă, o diodă D3 cu anodul la colectorul tranzistorului T3 și catodul la borna pozitivă a unui condensator electrolitic C8 a cărui bornă negativă este legată la masă, un stabilizator ST cu borna rece la masă, ieșirea spre borna VCC = +5V, iar intrarea la catodul diodei D3 și un condensator C9 între borna VCC = +5V și masă.

RO 115759 Bl

Claims (3)

Revendicări

1. Metodă de măsurare a nivelului unui lichid dielectric, ce permite măsurarea variației capacității unui condensator al cărui dielectric este lichidul în discuție, caracterizată prin aceea că presupune următoarele etape:

- conversia nivelului fizic al lichidului dielectric în capacitate;

- corecția de liniaritate a răspunsului prin geometria suprafețelor setului de armături funcție de forma rezervorului;

- conversia capacității în frecvență;

- conversia frecvenței în curent conținând informația referitoare la nivelul lichidului dielectric, exprimat în litri.

145

150

2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că conversia nivelului fizic al lichidului dielectric în capacitate se realizează simultan cu corecția de liniaritate a răspunsului.

3. Dispozitiv pentru aplicarea metodei de la revendicarea 1, caracterizat prin aceea că este constituit dintr-un oscilator de tip RC (1) a cărui perioadă de oscilație este 155 direct proporțională cu nivelul lichidului de măsurat și care include un senzor de nivel (S) realizat cu un condensator imersat în lichid, un circuit basculant (2) care convertește semnalul modulat în frecvență într-un semnal modulat în impuls, un circuit de ieșire (3) care aplică pe borna unui instrument indicator un curent proporțional cu nivelul lichidului de măsurat, un circuit comparator (4) care validează semnalizarea de nivel foarte mic 160 și activează un circuit oscilant de mică frecvență (5), pentru comanda unui element de avertizare, și o sursă de alimentare de curent continuu (6) ce furnizează o tensiune stabilizată de 5V, dispozitivul fiind alimentat de la bateria autovehiculului prin filamentul becului de avertizare de la bordul acestuia.