Измерительный преобразователь уровня жидкости

ЕНИЯ КАВ ский ин сурин АЗОВАТЕЛ ся к техниих параметвано для изГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБУРОВНЯ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относике контроля технологичесров и может быть использ мерения уровня жидкостеи в технологических аппаратах гидрометаллургического, нефтехимического и других производств. Благодаря тому, что уголввода излучения в световод выбирается таким, что полное внутреннее отражение от его границ сохраняется нетолько в воздухе, но и в жидкости,и выходной сигнал растет с ростом ееуровня, предлагаемый преобразовательпозволяет расширить диапазон измерений и добиться линейности выходнойхарактеристики. Преобразователь со"держит источник 1 излучения, блок 2ввода излучения, световод 3, блок 4вывода излучения, фотоприемник 5,блок 6 индикации. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства, предназначенного для измерения уровня жид-ких сред как в различных отраслях народного хозяйства, так и в научныхисследованиях,Целью изобретения является линеаризация выходной характеристики и расши рение диапазона измерений.На Фиг. 1 представлена схема устройства; на Фиг. 2 - Физическая модель многократных отражений в поверхностном слое, граничащем со с.ветоводом; на Фиг. 3 - статические характеристики устройства и прототипа.Измерительный преобразователь содержит (Фиг. 1) источник 1 излучения(ИИ), Ьлок 2 ввода излучения (БВВИ),световод (С) 3, Ьлок 1 вывода излучения (БВИ), Фотоприемник (ФП) 5, блок6 индикации (БИ).Источник 1 излучения оптически связан с входом БВВИ, выход которого свя зан с верхним торцом световода 3, нижний торец которого связан с входомБВИ, выход которого связан с входом,ФП 5, выход которого связан с блокоминдикации, 30Все элементы конструкции являются стандартными,Устройство работает следующим образом.Оптическое излучение от ИИ 1 (например, коллимированное излучение отсветовода АП 107 Б) через БВВИ 2 попадает в световод 3 под углом р, длякоторого с учетом преломления наВходном тОрце условие полного Внут 40реннего отражения на границе световод - воздух Ьудет сохраняться и вжидкости, уровень которой будет контролироваться п у) агсзп - ,и где и- показатель преломления жидкостии 1 - показатель преломления световода.При отсутствии контакта чувствительной поверхности световода 3 с жидкостью (нижний уровень Ь, В==О) мощность, создаваемая излучателем, передается на ФП 5 по С 3 путем полного внутреннего отражения от его границ, Сигнал на выходе ФП 5 соответствует нулевому значению уровня жидкости,При появлении жидкости и увеличении ее объема изменяется показатель преломления иэ на границе световода (нарушение ПВО не происходит), что приводит к возрастанию коэффициента отражения. Это вызывает рост выходного тока ФП 5, значение которого соответствует уровню контролируемой жидкости.Поверхности реальных оЬразцов, используемых в качестве чувствительного элемента датчиков, представляют собой весьма сложное образование, Даже при использовании наиЬолее совершен,ных современных методов подготовки поверхности и ее "очистки" от каких бы то ни было пленок на образце всегда существует некоторый поверхностный слой (толщиной порядка несколько десятков ангстрем), с 1 руктура и оптические свойства которого отличаются от свойств самого материала.На Фиг. 2 изображена картина многократных отражений в пленке (11) с показателем преломления из, граничащей со средами, показатели преломления которых и, (световод) и и (окружающая среда - воздух или жидкость). При отражении Ьудет происходить интерференция лучей 1,2,5. Если амплитуду падающего луча принять равной единице, то амплитуда отраженного луча равна 1, . Каждый иэ последующих лучей будет сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 21, соответствующую оптической разности хода на участках лучей АВС и АА. Полная амплитуда 1 отраженного луча будет иметь вид;Р1+Г 1 тзеПри одном и том же угле падениякоэффициент отражения различен для падения волны на границу из различных сред. С появлением в резервуаре жидкости, уровень которой контролируется, изменяется комплексный коэффициент отражения 1 ., следовательно, изменяется разность фаз между отраженными волнами. Отраженные волны усиливают друг друга, полная амплитуда увеличивается. Чем выше уровень жидкости, тем больше длина участка, на котором изменяетя из, темвыше выходная амплитуда сигнала,Статическая характеристика устройства представлена на фиг. 3 (кри4 хРн и 10 где дх - максимальное отклонение отлинейной характеристики;В - диапазон (от 0 до 50 мм).Для прототипа===0 550 50 Лля предлагаемого устройства 50-33,12 сР =.=0 24. 50 5020 Из сравнения можно сделать выезд, что линейность статической характеристики предложенного преобразователя выше, чем у прототипа. 5 153621 вая 2), на фиг. 3 кривая 1 - статическая характеристика прототипа,Сравним линейность кривой 1 и 2 (линеаризованные кривые). Найдем максимальную приведенную погрешность по статической характеристике: 2 6формула и зобретенияИзмерительный преобразовательуровня жидкости, содержащий источникнаправленного. излучения, выход которого оптически связан через блокввода излучения с вертикально установленным световодом, выходной торецкоторого оптически связан с входомфотоприемника через блок вывода иэ"лучения, а выход фотоприемника связанс входом блока индикации, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью,линеариэации выходной характеристикии расширения диапазона измерений,световод выполнен полированным, аисточник излучения расположен подуглом ц к оси световода, величина которого определяется условиемпагсзп - ,где и- показатель преломления контролируемой жидкости иливоздуха;и - показатель преломления световода.1536212 еда Кучерявая ьский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина,Производственно-из ЗакСоставитель П.Солдатовор М.Ьандура Техред М.Дидык Корректо 101 Тираж 532 ПодписноГосударственного комитета по изобретениям и о113035, Москва, Ж, Раушская наб тиям при ГКНТ СССР