RU2204809C1

RU2204809C1 - Discrete level gauge

Info

Publication number: RU2204809C1
Application number: RU2001130512/28A
Authority: RU
Inventors: О.В. Цымбалист; И.В. Демина
Original assignee: Алтайский государственный аграрный университет
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: instrumentation engineering, measurement of level of liquid in closed volume. SUBSTANCE: discrete level gauge has float with constant magnet, non-magnetic pipe placed vertically, hermetically sealed reed relay, indicator, controlling microcontroller, reversible motor, discrete detector of turning angle, drum with helical surface, cable with non-magnetic weight, photosensors of start of reading and operation of contacts of hermetically sealed reed relay, bearing plate, additional constant magnet, non-magnetic limiter, blinds. Cable is produced from flexible conductor, is attached with one end to drum and is placed inside non-magnetic pipe. Additional magnet and non-magnetic limiter are made fast to lower end of non- magnetic pipe. Blinds are mounted freely of upper end of pipe. Controlling microcontroller is connected to reversible motor and photosensors. Contacts of hermetically sealed reed relay are linked to cable. EFFECT: reduced measurement error. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня жидкости в замкнутых объемах. The invention relates to the field of instrumentation and can be used to measure liquid level in confined spaces.

Известен дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе герконы, регистрирующий прибор (А.с. СССР 614332, кл. G 01 F 23/12). Known discrete level gauge containing a float with a permanent magnet, placed on a vertically arranged non-magnetic reed pipe, recording device (AS USSR 614332, class G 01 F 23/12).

Недостатком этого уровнемера является низкая точность, сложность конструкции и недостаточная надежность из-за наличия большого количества магнитоуправляемых контактов (герконов), шифратора и дешифратора. При близком расположении один от другого магнитоуправляемых контактов магнитный поток постоянного магнита может замкнуть сразу несколько из них, что приведет к погрешности измерения уровня жидкости. The disadvantage of this level gauge is low accuracy, design complexity and lack of reliability due to the presence of a large number of magnetically controlled contacts (reed switches), an encoder and a decoder. If magnetically controlled contacts are close to one another, the magnetic flux of a permanent magnet can short-circuit several of them at once, which will lead to an error in measuring the liquid level.

Известен дискретный уровнемер, содержащий поплавок с магнитами и герконы, немагнитную направляющую трубу, показывающий прибор (А.с. СССР 1325982, кл. G 01 F 23/74). Known discrete level gauge containing a float with magnets and reed switches, a non-magnetic guide tube showing the device (A.S. USSR 1325982, class G 01 F 23/74).

Недостатком данного уровнемера является низкая точность определения уровня и малый диапазон измерения. При расположении герконов на близком расстоянии один от другого уменьшится диапазон измерения и происходит возрастание погрешности, так как поле постоянного магнита воздействует на герконы из соседних групп. The disadvantage of this level gauge is its low level accuracy and a small measurement range. When the reed switches are located at a close distance from one another, the measurement range decreases and the error increases, since the field of the permanent magnet affects the reed switches from neighboring groups.

При расположении герконов один от другого на расстоянии, например, 10 см и более диапазон измерения увеличивается от 160 см и более. В этом случае при расположении постоянного магнита между герконами его магнитный поток не воздействует ни на один из герконов, что приводит к потере информации. When the reed switches are located one from another at a distance of, for example, 10 cm or more, the measurement range increases from 160 cm or more. In this case, when a permanent magnet is located between the reed switches, its magnetic flux does not affect any of the reed switches, which leads to the loss of information.

Наиболее близким по своей технической сущности является дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе геркон и показывающий прибор (RU 2135961 С1, 27.08.1999, G 01 F 23/74). The closest in its technical essence is a discrete level gauge containing a permanent magnet float located on a vertically located non-magnetic reed switch and showing a device (RU 2135961 C1, 08.27.1999, G 01 F 23/74).

Недостатком данного уровнемера является высокая погрешность измерения из-за возможности срабатывания одновременно двух герконов при их попадании одновременно в поле действия магнита (магнитное поле). The disadvantage of this level gauge is the high measurement error due to the possibility of triggering simultaneously two reed switches when they fall simultaneously into the field of action of the magnet (magnetic field).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение погрешности измерения. The objective of the present invention is to reduce the measurement error.

Настоящая задача решается тем, что дискретный уровнемер, содержащий поплавок с постоянным магнитом, размещенные на вертикально расположенной немагнитной трубе геркон и показывающий прибор, дополнительно снабжен управляющим микроконтроллером, реверсивным двигателем, дискретным датчиком угла поворота, барабаном с винтовой поверхностью, тросом, выполненным из гибкого проводника с немагнитным грузом и установленным внутри немагнитной трубы, фотодатчиками начала отсчета и срабатывания контактов геркона, опорной пластиной, дополнительным постоянным магнитом и немагнитным ограничителем, жестко закрепленными на нижнем конце немагнитной трубы шторками, свободно установленными на верхнем конце трубы, при этом трос одним концом закреплен на барабане, управляющий микроконтроллер соединен с реверсивным двигателем и фотодатчиками, а контакты геркона - с тросом. The present problem is solved in that a discrete level gauge containing a permanent magnet float located on a vertically mounted non-magnetic reed switch and showing the device is additionally equipped with a control microcontroller, a reversing motor, a discrete angle sensor, a drum with a screw surface, a cable made of a flexible conductor with a non-magnetic load and installed inside the non-magnetic pipe, photosensors of the reference point and operation of the contacts of the reed switch, base plate, additional with a permanent magnet and a non-magnetic limiter, shutters rigidly fixed on the lower end of the non-magnetic pipe, freely installed on the upper end of the pipe, with the cable attached to the drum at one end, the control microcontroller connected to the reversing motor and photosensors, and the reed contacts to the cable.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого уровнемера. The drawing shows a block diagram of the proposed level gauge.

Дискретный уровнемер содержит немагнитную трубу 1, нижний конец которой герметично закрыт, поплавок 2 с постоянным кольцевым магнитом 3, который установлен на трубе 1, трос 4, выполненный из гибкого проводника, геркон 5, контакты которого соединены с тросом 4, немагнитный груз 6 натяжения троса 4, дополнительный постоянный магнит 7, жестко закрепленный на нижнем конце трубы 1, немагнитный ограничитель 8 хода поплавка, смонтированный на нижнем конце трубы 1, показывающий прибор 9 (микроконтроллер с интерфейсом RS-485), реверсивный двигатель 10, дискретный датчик угла поворота 11, барабан 12 с винтовой образующей поверхностью, ввинченный в опорную пластину 13, фотодатчик-транслятор 14 срабатывания контактов геркона 5, фотодатчик начала отсчета 15 и шторку 16, установленную на верхнем конце трубы 1 с возможностью ее вертикального перемещения. The discrete level gauge contains a non-magnetic pipe 1, the lower end of which is hermetically closed, a float 2 with a permanent ring magnet 3, which is mounted on the pipe 1, a cable 4 made of a flexible conductor, a reed switch 5, whose contacts are connected to the cable 4, a non-magnetic load 6 of the cable tension 4, an additional permanent magnet 7, rigidly mounted on the lower end of the pipe 1, a non-magnetic limiter 8 of the float stroke mounted on the lower end of the pipe 1, showing device 9 (microcontroller with RS-485 interface), a reversing motor 10, discrete a rotation angle sensor 11, a drum 12 with a helical forming surface screwed into the support plate 13, a photo-sensor-translator 14 for operating the contacts of the reed switch 5, a photo-sensor of reference 15 and a shutter 16 mounted on the upper end of the pipe 1 with the possibility of its vertical movement.

Дискретный уровнемер работает следующим образом. Discrete level gauge works as follows.

При пустой емкости поплавок 2 с постоянным магнитом 3 находится на ограничителе 8 хода поплавка под действием собственного веса. При этом трос 4 намотан на барабан 12 в один слой, шторка 16 приподнята грузом 6 так, что перекрывает световой поток фотодатчика 15 и электрический сигнал с его выхода не поступает на вход микроконтроллера 9. В этом случае цифровой индикатор микроконтроллера 9 показывает "0". With an empty tank, the float 2 with a permanent magnet 3 is located on the limiter 8 of the stroke of the float under the action of its own weight. In this case, the cable 4 is wound on the drum 12 in one layer, the shutter 16 is lifted with a load 6 so that the light flux of the photosensor 15 is blocked and the electric signal from its output does not go to the input of the microcontroller 9. In this case, the digital indicator of the microcontroller 9 shows "0".

При поступлении жидкости в емкость поплавок 2 с магнитом 3 перемещаются жидкостью вверх по трубе 1. Одновременно с этим с пульта оператора (или по внутреннему таймеру) на микроконтроллер 9 поступает сигнал, включается реверсивный двигатель 10 и трос 4 разматывается с барабана 12 и грузом 6 перемещается вниз вдоль трубы 1. В момент начала разматывания троса 4 с барабана 12 шторка 16 опускается и фотодатчик 15 дает разрешение на счет импульсов от дискретного датчика 11 угла поворота. Счет импульсов микроконтроллера 9 происходит до момента замыкания контактов геркона 5 постоянным магнитом 3, который находится на поплавке 2 на уровне жидкости. После этого происходит фиксация результатов отсчета. В момент замыкания контактов геркона 5 включается фотодатчик-транслятор 14 и электрический сигнал с его выхода поступает на вход микроконтроллера 9. Таким образом происходит измерение высоты L_n от верхней части емкости до поверхности жидкости.When liquid enters the tank, the float 2 with magnet 3 moves liquid up the pipe 1. At the same time, a signal is sent to the microcontroller 9 from the operator’s control panel (by the internal timer), the reversing motor 10 is turned on, and the cable 4 is unwound from the drum 12 and the load 6 is moved down along the pipe 1. At the beginning of the unwinding of the cable 4 from the drum 12, the shutter 16 is lowered and the photosensor 15 gives permission for counting pulses from the discrete angle sensor 11. The pulse count of the microcontroller 9 occurs until the contacts of the reed switch 5 are closed by a permanent magnet 3, which is located on the float 2 at the liquid level. After this, the counting results are fixed. At the instant the reed switch contacts 5 photosensor circuit switched-translator 14 and the electrical signal from its output goes to the input of the microcontroller 9. Thus there is a height dimension L _n from the top of the tank to the liquid surface.

Определение уровня жидкости L_ж в емкости производится из условия
L = L_e - L_n,
где L_e - высота емкости.The determination of the liquid level L _W in the tank is made from the condition
L = L _e - L _n ,
where L _e is the height of the tank.

Вычисления выполняет микроконтроллер 9 и результат отображается на цифровом табло. The calculations are performed by microcontroller 9 and the result is displayed on a digital display.

При работе уровнемера в режиме сканирования реверсивный двигатель 10 меняет направление вращения и геркон 5 перемещается вверх до размыкания его контактов. Затем двигатель вновь меняет направление вращения и геркон 5 опускается вниз до замыкания его контактов и цикл снова повторяется. Таким образом, геркон 5 совершает колебательные движения у поверхности жидкости. Направление счета импульсов от датчика угловых перемещений 9 в процессе движения геркона 5 совпадает с направлением его движения (вниз +1, вверх -1). При вращении барабана 12 трос 4 равномерно наматывается (разматывается) на винтовую поверхность барабана в один ряд. Барабан 12 расположен в отверстии пластины 13, находится в ней в винтовом зацеплении. При вращательном движении барабан 12 совершает и осевое перемещение на величину, равную толщине троса, обеспечивая его расположение по центру трубы 1. When the level gauge is in scan mode, the reversing motor 10 changes the direction of rotation and the reed switch 5 moves up until its contacts open. Then the engine again changes the direction of rotation and the reed switch 5 drops down to close its contacts and the cycle repeats again. Thus, the reed switch 5 oscillates at the surface of the liquid. The direction of counting pulses from the sensor of angular displacements 9 during the movement of the reed switch 5 coincides with the direction of its movement (down +1, up -1). When the drum 12 rotates, the cable 4 is evenly wound (unwound) on the screw surface of the drum in one row. The drum 12 is located in the hole of the plate 13, is in it in helical engagement. When the rotational movement of the drum 12 performs axial movement by an amount equal to the thickness of the cable, ensuring its location in the center of the pipe 1.

При перемещении геркона 5 из верхнего положения трубы 1 до замыкания его контактов магнитом 7 с датчиком угловых перемещений 11 поступают электрические импульсы на микроконтроллер 9. Этим обеспечивается калибровка уровнемера, исключающая погрешность измерения из-за уменьшения радиуса барабана 12, то есть из-за уменьшения длины окружности барабана. When the reed switch 5 is moved from the upper position of the pipe 1 until its contacts are closed by a magnet 7 with an angular displacement sensor 11, electrical pulses are transmitted to the microcontroller 9. This ensures the calibration of the level gauge, eliminating the measurement error due to a decrease in the radius of the drum 12, that is, due to a decrease in length drum circumference.

Информация об измеренном уровне с микроконтроллера 9 может быть передана для дальнейшей обработки на компьютер. Information about the measured level from the microcontroller 9 can be transmitted for further processing to a computer.

Уровнемер исключает дополнительную погрешность измерения за счет дополнительного магнита и немагнитного ограничителя, которые установлены на нижнем конце трубы. The level gauge eliminates the additional measurement error due to the additional magnet and non-magnetic limiter, which are installed on the lower end of the pipe.

Уровнемер надежен в работе из-за простоты и технологичности конструкции. The level gauge is reliable in operation due to the simplicity and manufacturability of the design.

Claims

A discrete level gauge containing a permanent magnet float located on a vertically located non-magnetic pipe, a reed switch and an indicating device, characterized in that it is additionally equipped with a control microcontroller, a reversible motor, a discrete angle sensor, a drum with a helical surface, a cable made of a flexible conductor with a non-magnetic load and installed inside the non-magnetic pipe, photo sensors of the reference point and operation of the contacts of the reed switch, base plate, additional stand nym magnet and nonmagnetic stopper rigidly fixed to the lower end of the non-magnetic pipe, shutters, freely mounted on an upper end of the tube, wherein one end of the cable is secured to the drum, a control microcontroller is connected to a reversible motor and photo sensors, reed contacts and - with a rope.