UA7032U

UA7032U - Level meter

Info

Publication number: UA7032U
Application number: UA20040504070U
Authority: UA
Inventors: Viktor Pavlovych Chykhalin
Original assignee: Viktor Pavlovych Chykhalin
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-06-15

Abstract

The proposed level meter is designed for measuring the level of liquid in a reservoir and contains a float fixed at the end of a cable that can be wound on a measuring drum, an angle-to-code converter, which is coupled with the measuring drum, an additional drum, which is installed on the shaft of the measuring drum, a counterweight, which is fixed at the end of a cable that can be wound on the additional drum, a communication line for transmitting the output signals of the angle-to-code converter, a signal receiver, a signal converter, a remote microprocessor computing unit, a digital level indicator, and a mechanical backup measuring indicator. The angle-to-code converter contains a coding disk and an optical read head. The read head contains two light-emitting diodes that are connected to the corresponding photodetectors of the signal receiver via fiber-optic lightguides. The output of the signal receiver is connected to the input ofthe microprocessor computing unit via the signal converter. The backup measuring indicator contains a screw with a nut and a linear scale with indications that correspond to the liquid level readings. The measuring drum contains a vernier scale designed for determining the number of revolutions and the angle position of the measuring drum within a revolution, which are used for checking the liquid level visually.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до області вимірювальної техніки, зокрема, до пристроїв для виміру рівня 2 рідини, призначеним для безупинного дистанційного автоматичного виміру рівня вибухонебезпечних і безпечних рідких продуктів у наземних і підземних резервуарах технологічних і товарних парків.The useful model refers to the field of measuring technology, in particular, to devices for measuring the level of liquid 2, intended for non-stop remote automatic measurement of the level of explosive and safe liquid products in surface and underground tanks of technological and commodity parks.

Відомий пристрій дистанційного рівнеміра (Справочник по волоконно-оптическим линиям связи / Л.М.A well-known device of a remote level meter (Guide to fiber-optic communication lines / L.M.

Андрушко, В.А. Вознесенский, В.В. Каток й ін. -К.: Техніка, 1988. - с.213), у якому первинні перетворювачі виконані з двох груп світловодів, що випромінюють і прийомні торці яких розташовуються в контрольованому 70 обсязі рідини навпроти один одного у вигляді вертикальної лінійки з деяким кроком, що визначає необхідний дозвіл, а джерела випромінювання (лазери чи світлодіоди), фотоприймачі, перетворювачі сигналів та інших електронних пристроїв приєднані до лінійки багатожильним волоконно-оптичним кабелем. Рівень рідини в такому пристрої визначають по зміні інтенсивності оптичних сигналів занурених у рідину світловодів.Andrushko, V.A. Voznesensky, V.V. Katok, etc. -K.: Technika, 1988. - p.213), in which the primary converters are made of two groups of optical fibers emitting and receiving ends of which are located in a controlled 70 volume of liquid opposite each other in the form of a vertical ruler with some step that determines the necessary resolution, and radiation sources (lasers or LEDs), photodetectors, signal converters and other electronic devices are connected to the line with a multi-core fiber optic cable. The liquid level in such a device is determined by the change in the intensity of the optical signals of the optical fibers immersed in the liquid.

Недоліком відомого пристрою є велика кількість дискретних оптоелектронних елементів, що істотно 72 ускладнює і здорожує конструкцію рівнеміра, а також невисока чутливість приладу через наявність крапель рідини на торцях незанурених у неї світловодів.The disadvantage of the known device is a large number of discrete optoelectronic elements, which significantly complicates and increases the cost of the construction of the level gauge, as well as the low sensitivity of the device due to the presence of liquid drops on the ends of optical fibers not immersed in it.

Як прототип обрано дистанційний рівнемір (Панев Б.И. Злектрические измерения: Справочник (в вопросах и ответах). - М.: Агропромиздат, 1987. - с.198-199), що складається з поплавця, троса, що намотаний на барабан, вала, допоміжного барабана з противагою, шестереночної пари, що передає обертання вала робочому сельсину |, через електропровідну лінію зв'язку, сельсину-приймачу з рахунковим механізмом.As a prototype, a remote level gauge was chosen (B.I. Panev Zlectricheskie izmeniya: Spravochnik (v voprosakh y otvetakh). - M.: Agropromizdat, 1987. - p.198-199), which consists of a float, a cable wound on a drum, a shaft, an auxiliary drum with a counterweight, a gear pair that transmits the rotation of the shaft to the working selsin | through an electrically conductive communication line, a selsin-receiver with a counting mechanism.

Недоліком прототипу є велика основна погрішність виміру висоти наповнення резервуара, малий динамічний діапазон через обмежену кількість крапок виміру, а також наявність електричних ланцюгів і компонентів, що викликають іскріння.The disadvantage of the prototype is a large basic error in the measurement of the height of the tank filling, a small dynamic range due to a limited number of measurement points, as well as the presence of electrical circuits and components that cause sparks.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення рівнеміра - універсального засобу для контролю 29 рівня різних виглядів рідин, у якому за рахунок конструктивних змін забезпечується розширення динамічного -о діапазону вимірів, підвищення надійності і точності виміру будь-якого значення рівня рідини в межах заданої висоти резервуара.The basis of a useful model is the task of creating a level gauge - a universal tool for controlling the level of 29 different types of liquids, in which, due to structural changes, an expansion of the dynamic range of measurements is ensured, as well as an increase in the reliability and accuracy of measuring any value of the liquid level within the given height of the tank.

Поставлена задача реалізується в такий спосіб. Рівнемір містить поплавець, трос, намотаний на перетворюючий барабан, зв'язаний валом з допоміжним барабаном, на якому за допомогою троса закріплена с противага, робочий перетворювач, електропровідну лінію передачі вимірювальної інформації, «У перетворювач-приймач і рахунковий механізм. Пристрій відрізняється тим, що з метою беззупинного автоматичного виміру рівня вибухонебезпечних і безпечних рідких продуктів, розширення динамічного діапазону о вимірів, підвищення надійності і зменшення погрішності виміру рідини в межах будь-якої заданої висоти ча резервуара, він додатково містить реверсивний диск, що кодує, який розміщений співвісно з валом, по обохThe task is implemented in the following way. The level gauge contains a float, a cable wound on a converting drum, connected by a shaft to an auxiliary drum, on which a counterweight is fixed with the help of a cable, a working converter, a conductive line for transmitting measurement information, a converter-receiver and a counting mechanism. The device is distinguished by the fact that in order to continuously automatically measure the level of explosive and safe liquid products, expand the dynamic range of measurements, increase reliability and reduce the error of liquid measurement within any given height of the tank, it additionally contains a reversible coding disk, which located coaxially with the shaft, on both sides

Зо сторонах від краю твірної окружності диска розташована зчитувальна головка, оптичний канал якої виконаний з одного світловипромінюючого і двох приймальних світловодів, зв'язаних дистанційно з мікропроцесорним блоком обробки вимірювальної інформації і цифровим індикатором значення рівня рідини в одиницях « вимірюваної висоти наповнення резервуара, також на валу розташований резервний механічний відліковий - пристрій у вигляді гвинтової пари з лінійною шкалою, а перетворюючий барабан оснащений ноніусною шкалою 740 так, що лінійна і ноніусна шкали показують ціле і дробове число оборотів вала, що відповідає вимірюваному с значенню рівня рідини в резервуарі.On the sides from the edge of the circle of the disc, there is a reading head, the optical channel of which is made of one light-emitting and two receiving light guides, connected remotely with a microprocessor unit for processing measurement information and a digital indicator of the value of the liquid level in units of "the measured height of filling the tank, also on the shaft a reserve mechanical counter is located - a device in the form of a screw pair with a linear scale, and the converting drum is equipped with a vernier scale 740 so that the linear and vernier scales show the whole and fractional number of revolutions of the shaft, which corresponds to the measured value of the liquid level in the tank.

Із» З метою забезпечення компактності і високої розрішуючої здатності зчитувальна головка, може бути виконана з однобічним стосовно диска, що кодує, розташуванням світловипромінюючого і приймальних волоконних світловодів, а з протилежної сторони диска, що кодує, розташована пластина з відбивачами світлового випромінювання. і З метою автоматичної корекції систематичних погрішностей розмірів, форми і положення механічних вузлів і ав | деталей, що виникають при їхньому виготовленні, зборці й експлуатації і підвищення точності вимірів, у мікропроцесорний блок обробки вимірювальної інформації убудований електронний запам'ятовуючий пристрій, о що здійснює автоматичний керуючий вплив на вимірювану величину шляхом внесення поправкового коефіцієнтуIn order to ensure compactness and high resolution, the reading head can be made with a one-sided arrangement of light-emitting and receiving fiber optic cables with respect to the encoding disk, and a plate with light radiation reflectors is located on the opposite side of the encoding disk. and For the purpose of automatic correction of systematic errors in the size, shape and position of mechanical units and av | parts that arise during their manufacture, assembly and operation and increase the accuracy of measurements, the microprocessor unit for processing measurement information has an electronic memory device built into it, which automatically controls the measured value by introducing a correction factor

ГЯ6) 20 в реальному масштабі часу відповідно до заданого алгоритму обробки вимірювальних даних.ГЯ6) 20 in a real time scale according to the specified algorithm for processing measurement data.

Пристрій представлений на кресленні.The device is presented in the drawing.

Рівнемір складається з чуттєвого елемента-поплавця 1, троса 2, перетворюючого барабана З з ноніусною шкалою 4, зв'язаного валом 5 з допоміжним барабаном 6, на якому за допомогою троса 7 закріплений натяжний пристрій - противага 8. Зовнішні поверхні барабанів З і б мають гвинтові канавки Уна кресленні не показані)The level gauge consists of a sensitive float element 1, a cable 2, a converting drum C with a vernier scale 4, connected by a shaft 5 to an auxiliary drum 6, on which a tensioning device - a counterweight 8 - is fixed with the help of a cable 7. The outer surfaces of drums C and b have screw grooves (not shown in drawings)

Со» для укладання тросів 2 і 7. На валу 5 закріплені диск 9, що кодує, і дублююче механічний відліковий пристрій 10, для чого центральна частина вала 5 виконана у вигляді гвинтової пари: гвинт-гайка з покажчиком і шкалою грубого і точного відліку 11. По обох сторонах від краю твірної окружності диску, що кодує, 9, розташована оптична зчитувальна головка 12, зв'язана дистанційно трьеохжильним волоконно-оптичним кабелем зв'язку 13 з мікропроцесорним оптоелектронним блоком обробки вимірювальної інформації 14 (наприклад, датчик кута 60 повороту ХДП 9003) і цифровим індикатором значення поточного рівня 15. Пристрої 14 і 15 електрично зв'язані з блоком живлення 16. Для транспортування рівнеміра, підготовки його до роботи і фіксації нульової оцінки він оснащений пружинними фіксаторами 17, 18, затискними гайками 19, 20 і рукояткою 21. Для захисту рівнеміра від опадів і пилу може бути передбачений кожух.So" for laying cables 2 and 7. On the shaft 5 are fixed the disk 9, which encodes, and a duplicating mechanical counting device 10, for which the central part of the shaft 5 is made in the form of a screw pair: a screw-nut with an indicator and a scale of rough and accurate reading 11 . On both sides of the edge of the generating circle of the encoding disc 9, there is an optical reading head 12, connected remotely by a three-strand fiber-optic communication cable 13 with a microprocessor optoelectronic unit for processing measurement information 14 (for example, a sensor for the angle 60 of the rotation of the HDP 9003) and a digital indicator of the value of the current level 15. Devices 14 and 15 are electrically connected to the power supply unit 16. To transport the level meter, prepare it for work and fix the zero value, it is equipped with spring retainers 17, 18, clamping nuts 19, 20 and a handle 21. A cover can be provided to protect the level gauge from rain and dust.

Пристрій працює в такий спосіб. бо Рівнемір встановлюється і закріплюється на вимірювальній горловині у верхній частині резервуара з рідиною фіксаторами 17 і 18, відпускаються барабани З і 6. Поплавець 1 при відключеному блоці живлення 16 за допомогою рукоятки 21 опускається на дно порожнього резервуара. Потім фіксаторами 17 і 18 затискуються барабани З і б, що забезпечує нерухомість поплавця 1 і противаги 8. Далі відпускаються гайки 19, 20 і обертанням рукоятки 21 установлюється нуль відліку лінійної шкали 11 резервного механічного відлікового пристрою 10. Обертанням ноніусного механізму навколо осі вала 5 установлюється нуль відліку ноніусної шкали 4. Включається блок живлення 16 і обнулюється цифровий індикатор числа 15. Рівнемір готовий до роботи.The device works in the following way. because the level is installed and fixed on the measuring neck in the upper part of the liquid tank with latches 17 and 18, the drums C and 6 are released. Float 1, with the power supply unit 16 turned off, is lowered to the bottom of the empty tank with the help of handle 21. Then the latches 17 and 18 clamp the drums C and b, which ensures the immobility of the float 1 and the counterweight 8. Next, the nuts 19, 20 are released, and by turning the handle 21, the zero reading of the linear scale 11 of the reserve mechanical counting device 10 is set. By rotating the vernier mechanism around the axis of the shaft 5, it is set zero reading of the vernier scale 4. The power supply unit 16 is turned on and the digital indicator of the number 15 is zeroed. The level is ready for work.

При наповненні резервуара рідиною відбувається вспливання поплавця 1, обертання барабанів З і 6 і натяг троса 2 під дією моменту сили ваги, створюваного противагою 8. Найменший розподіл ноніусної шкали 4 /о Відповідає переміщенню поплавця 1 на 1 мм висоти резервуара. Найменший розподіл лінійної шкали 11 відлікового пристрою 10 відповідає одному повному обороту барабана З і, отже, одному повному обороту ноніусної шкали 4 щодо її покажчика. Таким чином, вимірюване значення висоти рівня рідини визначається цілими і дробовими значеннями чисел на шкалах 4 і 11.When the tank is filled with liquid, the float 1 floats up, the drums C and 6 rotate, and the cable 2 is tensioned under the action of the weight moment created by the counterweight 8. The smallest division of the vernier scale is 4 /o Corresponds to the movement of the float 1 by 1 mm of the tank height. The smallest division of the linear scale 11 of the measuring device 10 corresponds to one complete revolution of the drum C and, therefore, one complete revolution of the vernier scale 4 relative to its pointer. Thus, the measured value of the height of the liquid level is determined by the integer and fractional values of the numbers on scales 4 and 11.

Барабан З зв'язаний валом 5 з диском, що кодує, 9, тому при обертанні диска щодо зчитувальної головки 12, 7/5 що представляє собою перетворювач "кут-число", відбувається перетворення беззупинних значень рівня рідини в дискретне число світлових імпульсів, що відповідають логічним значенням 0 і 1 цифрових системах. По волоконно-оптичному кабелю зв'язку 13 світлові потоки надходять у мікропроцесорний блок обробки вимірювальної інформації 14 і перетворюються в двоїчне число, пропорційне куту повороту диска 9. Результат обробки надходить у цифровий індикатор 15, на електронному табло якого кожному положенню рівня рідиниThe drum C is connected by a shaft 5 to the encoding disk 9, so when the disk rotates relative to the reading head 12, 7/5, which is an "angle-to-number" converter, the continuous values of the liquid level are converted into a discrete number of light pulses, which correspond to logical values 0 and 1 in digital systems. Through the fiber-optic communication cable 13, the light streams enter the microprocessor unit for processing measurement information 14 and are converted into a binary number proportional to the angle of rotation of the disc 9. The result of the processing enters the digital indicator 15, on the electronic display of which each position of the liquid level

Відповідає визначене число в одиницях вимірюваної висоти наповнення резервуару.Corresponds to the specified number in units of the measured height of the tank filling.

Основна погрішність рівнеміра в одиницях вимірюваного рівня складає «мм, а у відсотках від діапазону вимірюваного рівня, наприклад, 1Ом, - О0,01905.The main error of the level meter in the units of the measured level is "mm, and in percentages of the range of the measured level, for example, 1Ω, - O0.01905.

Таким чином, конструкція рівнеміра забезпечує одночасно оптичний і механічний збір даних про положення рівня рідини. Таке функціональне резервування метрологічної інформації підвищує ефективність роботи рівнеміра у випадку, наприклад, раптового відключення електроживлення чи ушкодження кабелю зв'язку.Thus, the design of the level gauge provides simultaneous optical and mechanical data collection on the position of the liquid level. Such functional redundancy of metrological information increases the efficiency of the level meter in the event of, for example, a sudden power outage or damage to the communication cable.

Застосування діелектричних світловодів як лінію передачі вимірювальної інформації забезпечує рівнеміру в) перешкодозахищеність від електромагнітних наведень і повну гальванічну розв'язку від зовнішніх електричних ланцюгів у випадку використання вимірів для пожежонебезпечних рідких продуктів. Якщо контрольована рідина є безпечною (наприклад, вода, вино і т.п.), у пропонованому рівнемірі можливо використовувати електропровідний су зо кабель і оптичну зчитувальну головку, з розташованими безпосередньо на ній випромінювачем (лазером, світлодіодом) і фотодіодами. і,The use of dielectric optical fibers as a line for transmitting measurement information provides the level meter with c) immunity to electromagnetic interference and complete galvanic isolation from external electrical circuits in the case of measurements for fire-hazardous liquid products. If the monitored liquid is safe (for example, water, wine, etc.), in the proposed level meter it is possible to use an electrically conductive suzo cable and an optical reading head with an emitter (laser, LED) and photodiodes located directly on it. and,

Тому що чуттєвим елементом пропонованого пристрою є поплавець, облік зміни щільності (обсягу) рідинив «3 залежності від температури навколишнього середовища відбувається автоматично.Because the sensitive element of the proposed device is a float, the calculation of changes in the density (volume) of the liquid depending on the ambient temperature occurs automatically.

Використання мікропроцесорного пристрою з блоком пам'яті дозволяє забезпечити підвищення точності і - з5 надійності виміру рівня рідких продуктів за допомогою введення поправкового коефіцієнта на вимірювану величину в реальному масштабі часу.The use of a microprocessor device with a memory unit allows to increase the accuracy and reliability of measuring the level of liquid products by introducing a correction factor for the measured value in real time.

Пропонований пристрій сумісний з комп'ютерною системою збору й обробки вимірювальної інформації більш « високого рівня (наприклад, АСУ). ле 5 и у - де с ли й є . г» ; сне / 7The proposed device is compatible with a computer system for collecting and processing measurement information of a higher level (for example, automatic control system). le 5 and y - where s li and is. g"; dream / 7

У а і й | а «вен в 5 - о ке ц а зо с д, х І "а цIn a and and | a "ven v 5 - o ke ts a zo s d, x I "a ts

Із "8-й «Фіг.From the "8th" Fig.

Claims

The formula of Su's invention;

1. A level gauge containing a float, a cable wound on a converting drum, connected by a shaft to an auxiliary drum, on which a counterweight is fixed with the help of a cable, a working converter, a conductive line for transmitting measurement information, a converter-receiver and a counting mechanism, which differs by the fact that it has a reversible coding disk fixed coaxially with the shaft, on both sides of the edge of its generating circle there is a reading head, the optical channel of which is made of one light-emitting and two receiving light guides, connected remotely with a microprocessor unit for processing measurement information and a digital indicator the value of the liquid level in units of the measured height of the tank filling, also on the shaft there is a reserve mechanical measuring device in the form of a screw pair with a linear scale, and the converting drum is equipped with a vernier scale so that the linear and vernier scales show the integer and fractional number of revolutions of the shaft, which corresponds to is the measured value of the liquid level in the reservoir.

2. The level meter according to claim 1, which differs in that the reading head is made with a one-sided arrangement of light-emitting and receiving fiber optic cables with respect to the coding disc, and on the opposite side of the coding disc there is a plate with light radiation reflectors.

3. The level meter according to claims 1, 2, which is characterized by the fact that the microprocessor unit for processing measurement information contains an electronic memory device that performs an automatic control effect on the measured value by introducing a correction factor in real time in accordance with a given algorithm for processing measurement data.

0. и и и 0. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 6, 15.06.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. that 2 s Zo so "c) y

. and? -i («c) (95) Ko) So 60 b5