Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах

ОЮЗ СОВЕТСКОЦИАЛИСТИЧЕСЕСПУБЛИК 16792 19) Г3/44 5 0 0 Н БРЕ ИЯГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСА ИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4761047/10 (22) 21,11,89 (46) 23,09,91, Бюл, М 35 (71) Тбилисское производственное управ ние "Тбилводоканал" (72) М.Г.Хаиндрава, Ш,А.Трапаидзе и Г,М.Хаиндрава (53) 681.128.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 847054, кл. 6 01 Г 23/44, 1981.20(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВОДЫ В РЕЗЕРВУАРАХ(57) Изобретение относитсяизмерению уровня жидкостбретения является повышенрасширение диапазона измество содержит поплавок 1, пок тросу 2 поплавка и устаноправляющую трубу 4, а трос 2 к контролю и и. Целью изоие точности и рений, Устройдсоединенный вленный в напоплавка про1679204 35 и нижнего уровней соответственно. С бло 40 45 ходит через направляющий ролик 5 с канавкой и натягивающий ролик 8, закреплен в канавке при помощи отверстия на поверхности калиброванного шкива 11, а сам шкив 11 посажен на один конец оси 12. В отверстии канавки закреплен трос 7 противовеса, который через ролики 16, 17 и кольцо 18 связан с противовесом 6, при этом трос 7 Изобретение относится к области контроля и измерения уровня жидкости и может быть использовано для контроля уровня воды в резервуарах, а также е фильтрах, водозаборных сооружениях, открытых водоемах, в каналах и реках.Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона измерений,На фиг.1 - 5 представлены схемы предлагаемого устройства для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах.Устройство содержит поплавок 1,подсоединенный к одному концу троса 2 поплавка, а снизу поплавка 1 закреплен плоский груз 3, и вместе они помещены в первую направляющую трубу 4, а трос 2 поплавка, пройдя через первый направляющий ролик 5 с канавкой и первый натягива-. ющий ролик 8, закреплен другим концом в винтовой канавке 9 при помощи отверстия 10 на поверхности калиброванного шкива 11, а сам калиброваннцй шкив 11 посажен на один конец оси 12 и зафиксирован на нем при помощи гайки 13 фиксации.В отверстии 14 канавки 15 для намотки троса 7 противовеса закреплен один конец троса 7 противовеса, который, пройдя через второй натягивающий ролик 16 с канавкой, второй направляющий ролик 17 с канавкой и кольцо 18 фиксации нулевого уровня, вторым концом связан с противовесом 6, который помещен во вторую направляющую трубу 19 с закрытым дном.При этом следует отметить, что трос 7 противовеса наматывается в канавке 15 против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке 9. Блок 20 преобразования поворота оси калиброванного .шкива в пропорциональный электрический сигнал содержит подшипник 21, смонтированный в передней стенке 22 корпуса блока 20, ведущее 23 и ведомое 24 зубчатые колеса, сдвоенный потенциометр 25 с осью 26, а также болт-держатель 27, на котором помещен сдвоенный потенциометр 25 и который зафиксирован в прорезе 28 боковой 5 10 15 20 25 30 противовеса наматывается против направления намотки троса 2 поплавка. Калиброванный шкив 11 связан с сдвоенным потенциометром через зубчатую передачу, а сдвоенный потенциометр связан через промежуточный блок с регистрирующими и контролируемыми приборами, 5 ил,стенки 29 корпуса блока 201 помощью двух гаек 30 фиксации. Механическая связь калиброванного шкива 11 с осью 26 сдвоенного потенциометра 25 осуществляется с помощью оси 12, помещенной в подшипник 21. На один конец оси 12 закреплен калиброванный шкив 11,.а на другой конец ведущее зубчатое колесо 23, сцепленное с ведомым зубчатым колесом 24, посаженным на ось 26 сдвоенного потенциометра 25, а выходные клеммы 31 сдвоенного потенциометра 25 включены между собой параллельно и электрически связаны с промежуточным узлом 32, который состоит из блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, блока 34 согласования и блока 35 коммутации, причем крайние неподвижные концы сдвоенного потенциометра 25 связаны с выходами блока 33 стабилизированных источников питания постоянного тока, а параллельно включенные подвижные контакты (ползунки) сдвоенного потенциометра 25 связаны с входом блока 34 согласования (фиг,4), выходы которого одновременно связаны с клеммой 36 для подключения к телемеханике, с аналоговым показывающим и контролирующим прибором (типа М 1830 М 1 К) 37, с аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором (типа КСУ 2-089) 38, а выходы приборов 37 и 38 связаны с входами блока 39 сигнализации, к другим входам которого также подключены лампы 40 и 41 предупреждающей сигнализации верхнего ком 39 сигнализации связаны также выходы блока 35 коммутации. входные цепи которого подсоединены к электродам датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийнцх уровней; верхнего 43, нижнего 44 и "земля" 45, а с помощью релейных сигналов (сухой контакт), выданных через выходные клеммы 46, блок 35 коммутации может произвести автоматическое закрывание входных и выходных задвижек с электроприводом (при наличии таковых) резервуара, а через выходнце клеммы 47, блок 39 сигнализации20 25 30 35 50 может передать релейные сигналы (сухой контакт) в системе автоматического регулирования. К блоку 39 сигнализации подключены также блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока и сирена 49.На фиг.4 и 5 представлены в раскрытом виде соответственно электрические схемы блоков 34 и 35 промежуточного узла 32 и блока 39 сигнализации. Промежуточный узел 32 (фиг.4) кроме блока 33 стабилизи-рованных источников питания постоянного тока, который выдает три стабилизированных напряжения - (+)15, (-)15 и (+)24 В, - также содержит блок 34 согласования, состоящий иэ трех идентичных отдельных блоков: 34, 34 ф, и 34", каждый из которых монтируется на базе операционного усилителя У 1 в микроэлектронном исполнении и выходного транзисторного каскада Т 1. Тем самым осуществляется преобразование входного уровня электрического напряже ния, снятого с ползунка сдвоенного потенциометра 25, в унифицированные токовые сигналы (0-5 мА), Блок 35 коммутации состоит из двух трехкаскадных транзисторной и транзисторно-релейных схем. Входные цепи первых каскадов связаны с электродами 43 - 45 датчика-сигнализатора 42 предельных предаварийных уровней воды, а контакты электромагнитных реле выходных каскадов осуществляют коммутацию запускающих электрических цепей входных и выходных электрических задвижек резервуара, а также передают релейный сигнал(сухой контакт) в блок 39 сигнализации для включения сирены 49,Устройство работает следующим образом.При изменении уровня воды (жидкости) . перемещается на соответствующую величину поплавок 1 с плоским грузом 3, При этом соответственно поворачивается калиброванный шкив 11, На соответствующий угол поворачивается и ось 12 калиброванного шкива, на другой конец которой посажено ведущее зубчатое колесо 23, которое сцеплено с ведомым зубчатым колесом 24, и по ворачивает последнее на соответствующий угол. Диаметры и количество зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес выбираются в соответствии с диапазоном изменения уровня воды, т,е. с максимальной глубиной резервуара. Если, например, диаметр калиброванного шкива 11, а точнее диаметр винтовой канавки 9 калиброванного шкива 11 выбран равным 31, 84 см, то один полный оборот калиброванного шкива 11 соответствует вертикальному перемещению поплавка 1 с плоским грузом 3 на 1 м, и, если диапазон измеряемого уровня лежит в пределах 0-1 м, то тогда для определения длины троса 2 поплавок 1 с плоским грузом 3 опускается на дно контролируемой емкости, а другой конец троса 2 закрепляется на калиброванном шкиве 11 через отверстие 10 винтовой канавки 9. Аналогично закрепляется и трос 7 противовеса через отверстие 14 в канавке 15, при этом, заранее намотав на нее на один виток против направления намотки троса 2 поплавка в винтовой канавке 9, диаметры и количество пар ведущего 23 и ведомого 24 зубчатых колес соответственно выбираются в соотношении 1: 1, т,е, одинаковые. Диаметры зубчатых колес можно брать, например. 01 = 02 = 22 мм, а количество зубьев одинаковым; Ю 1- Ю 2 = 28 зубьев. Если резервуар или фильтр имеет глубину до 3 м, т,е. диапазон измерения уровня воды определяется 0 - 3 м, то тогда выбираютсясоотношения зубчатых колес 1 : 3, т.е, ведущего, например, выбираем диаметром 01 = 14 мм, количеством зубьев Ю 1= 16, и ведомого с диаметром 02 =40 мм и количеством зубьев 9/2 = 48 и т,д.Такое соотношение зубчатых передач выбирается по той причине, что сдвоенный потенциометр 26 однобортный, а диаметр калиброванного шкива 11 был выбран равным О = 31,84 см, т,е, длина его окружности равна 1 м, а диапазон глубины измеряемого резервуара (фильтра) равен О - 3 м,Следовательно, ось 26 сдвоенного потенциометра 25 всегда совершает только один оборот, и значение уровня электрического напряжения на его выходных клеммах 31 меняется в один и тот же диапазон, например 0 - 10 В, а калиброванный шкив 11 при коэффициенте передачи 1;3 совершает три оборота, поскольку его один оборот соответствует изменению уровня на 1 м. В этом случае трос поплавка наматывается по винтовой канавке 9, при этом сохраняя заданный диаметр 31,84 см, что обеспечивается за счет того, что трос 2 поплавка укладывается в канавке 9 по винтовому принципу, и сохраняется заданный диаметр 31,84 см. Это достигается за счет того, что трос 2 поплавка 2 натянут по канавкам винтовой канавки с помощью первого натягивающего ролика 8 с канавкой, который может одновременно свободно вращаться вокруг своей оси и передвигаться на всю ширину винтовой канавки 9.С целью сохранения высоких метрологических характеристик предлагаемого устройства-уровнемера на небольшое расстояние (до 300 - 350 м) устанавливают промежуточный узел 32, от которого производится питание стабилизированным напряжением сдвоенного потенциометра 26 и40 45 получение пропорционального уровня воды в резервуаре электрического сигнала в виде уровня электрического напряжения. С целью обеспечения дальнейшей передачи электрического сигнала. на большие расстояния, повышения надежности функционирования устройства и расширения его функциональных возможностей с помощью блока 34 согласования промежуточного узла 32, производится преобразование уровня входного напряжения в унифицированные токовые сигналы О - 5 мА одновременно по трем независимым каналам; 34, 34", и 34 (фиг.4). Развязка между каналами осуществляется при помощи диодов 01, 02, Оз, Каждый из каналов идентичен один другому и состоит из операционного усилителя У 1 на интегральных микросхемах, входного переменного резистора Й 1 и сопротивления обратной связи Й 2, кремниевого тран/зистора Т 1 в базовую цепь которого включены переменный резистор Йз и постоРянное сопротивление Й, а в эмиттерную цепь включено сопротивление Й 6, В коллекторную цепь включены последовательно/ /конденсатор С 1 и резистор Й 5, а токовый сигнал "снимается" с обкладок конденсато/ /ра С 1. Сопротивление Йт включено с целью ограничения значения унифицированного токового сигнала.С выходов блока 34 согласования токовые сигналы передаются по трем. отдельным направлениям и можно подключить три отдельные потребители, в частности через клеммы 36 подключается периферийный шкаф телемеханики, а также аналоговый показывающий и контролирующий прибор (типа М 1830 М 1 К) 37, аналоговый регистрирующий и контролирующий прибор (типа КСУ 2-089) 38. Такое решение вопроса передачи и воспроизведения электрического сигнала пропорционального измеряемого уровня воды существенно повышает надежность функционирования устройства в целом, поскольку в случаях выхода из строя одного или даже двух устройств или канала связи на третьем приборе воспроизведения все же можно получить информацию об уровне воды в контролируемом резервуаре. Кроме того, с помощью аналогового показывающего и контролирующего прибора 37 (типа М 1830 М 1 К) одновременно осуществляется как дистанционное наблюдение за изменением уровня воды в резервуаре, так и автоматический контроль за граничными значениями изменения уровня воды в ре- зервуаре, С этой целью данный прибор снабжен фотоэлектронной системой контроля, т.е. с помощью установки затемняю 5 10 15 20 25 30 35 4щих лент по шкале прибора на соответствующие расстояния можно установить значения предупреждающих граничные уровни воды в резервуаре. Когда светящий "зайчик" зайдет на нижний или верхний край затемняющих лент, на соответствующем выходе образуется электрическое напряжение отрицательной полярности, которое подается на "Вх 1" или "Вх 2" блока 39 сигнализации (фиг.5) и притягивает электромагнитное реле либо Р 1, либо Р 2, т.е. в зависимости от того, в сторону наполнения или опорожнения изменяется уровень воды в резервуаре. Допустим, уровень воды в рВзервуаре повышается и достигает предупреждающего значения,- тогда на "Вх 1" блока 39 поступает уровень напряжения (-) 08 и срабатывает реле Р 1 блока 39 сигнализации (фиг,5). В результате замкнутся его нормально-открытые контакты 1 Р 1 и 2 Р 1 соответственно в цепи питания мультивибратра "МВ" и базовой цепи транзистора Т 6, Мультивибратор "МВ" начинает генерировать импульсы отрицательной полярности с частотой 1 Гц и соответственно по данной частоте.начнт открываться и транзистор Т 6, а лампа 40 предупреждающей сигнализации верхнего уровня начнет мигать, оповещая о том, что уровень воды в резервуаре увеличивается и может произойти переливание.Аналогично происходит действие в сторону опорожнения резервуара, В данном случае электрический сигнал отрицательной полярности (-) Он поступает уже на ВХ 2 блока 39 сигнализации и срабатывает электромагнитное реле Рг, а мигать начнет лампа 41 предупреждающей сигнализации нижнего уровня,Если, допустим, по какой-то причине дежурный диспетчер не заметил предупреждающее мигание ламп 40 или 41 или же отказала поплавковая система измерения уровня воды, а уровень воды в резервуаре продолжает увеличиваться или уменьшаться, то устройство снабжено датчиком-сигнализатором 42 предельных предаварийных уровней воды и поэтому при достижении уровнем воды верхнего электрода 43 или опускании. ее ниже электрода 44 в блоке 35 коммутации промежуточного узла 32 срабатывает либо электромагнитное реле Р 1, либо Р 2 (фиг.4), При срабатывании электромагнитного реле Р 1, т,е. при уменьшении уровня воды в резервуаре ниже предаварийного уровня замыкаются его нормально-открытые контакты 1 Р 1 и 2 Р 1. В результате включается на закрытие выходная задвижка и передаетея сигнал на вход блока 39 сигнализации в диспетчерский пункт, где срабатывает электромагнитное реле Р 5 (фиг.5) и Фвключается звонок или сирена 49. Аналогично происходят действия при срабатывании электромагнитного реле Р 2, т,е. в случае переполнения резервуара. В данном случае после замыкания нормально-открытых контактов 1 Р 1 и 2 Р 1 с одной стороны запускается электропривод входной задвижки и подача воды в контролируемый резервуар прекращается, а с другой стороны посылается сигнал в блок 39 сигнализации, где снова срабатывает электромагнитное реле Р 5 и включается сирена 49.Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуаре позволяет поддержать уровень воды в резервуаре в требуемом узком интервале изменения уровня. С этой целью устройство снабжено аналоговым регистрирующим и контролирующим прибором(типа КСУ 2-089) 38. Он является автоматическим самописцем, который позволяет регистрировать изменения уровня воды во времени с одновременными вазможностями установ-. ки требуемых значений нижнего и верхнего уровней воды в резервуаре, а точнее тот узкий заданный интервал колебания уровня воды, который необходим для оптимального ведения технологических процессов, С этой целью прибор 38 на передней шкале имеет две подвижные микраконтакты "Кн" и "К", соответствующие нижнему и верхнему уровню, которые устанавливают и фиксируют по требованию, При выходе уровня воды из заданного узкого интервала изменения уровня е блоке 39 сигнализации срабатывает либо электромагнитное реле Рз, либо Р 4 (фиг.5), т,е, в зависимости в какую сторону (в сторону понижения или повышения уровня) изменяется уровень воды за пределами установленного узкого интервала, замыкается либо контакт "Кн", либо "К," прибора 38 в цепях питания электромагнитных реле Рз и Р 4 (фиг,5),Следовательно, замыкается либо нормально-открытый контакт 1 Рз, либо нормально-открытый контакт 1 Р 4, которыес помощью клеммы 47 включаются в систему автоматического регулирования.Питание электрическим напряжением постоянного тока отрицательной полярности(-)Еп блока 39 сигнализации осуществляет блок 48 питания электрического напряжения постоянного тока.Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуаре является универсальным устройством. Оно позволяет очень проСтыми манипуляциями и при этом абсолютно не меняя конструкцию, задаться разными диапазонами измерений: 0-1, 0-2,0-6 м, которые практически охватывают глубины всех фильтров и резер 1520 2530 вуаров водопроводного хозяйства, С этой целью в комплект устройства входят разные пары ведущего и ведомого зубчатых колес для осуществления, коэффициентов передачи 1:1, 1:2, 1.3, 1:4, 1;5 и 1:6. При этом ведущее зубчатое колесо, которое. меньше по диаметру и шире, устанавливают и закрепляют на другой конец оси 12 калиброванного шика 11, а ведомое зубчатое колесо,которое больше диаметром и уже по ширине, устанавливают на ось 26 сдвоенного потенциометра 25 (фиг.З), После этого, варьируя состоянием болта-держателя 27, на котором помещен и закреплен сдвоенный потенциометр 25 и который позволяетодновременное перемещение в двух плоскостях - по вертикали и по горизонтали, осуществляют центровку осей и сцепление зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес, Потом с помощью двух гаек 30 осуществляют фиксацию болта-держателя 27 в прорезе 28 на боковой стенке 29 блока 20 преобразования поворота оси калиброванного шкива в пропорциональный электрический сигнал. Естественно, что при этом на приборах 37 и 38 устанавливают соответствующие шкалы,Благодаря использованию герметичного малогабаритнага и серийного выпускаемаго отечественной промышленностью сдвоенного патенциаметра типа ПТПкг, который состоит из двух отдельных потенциометров, повышается надежность работы устройства в целом, поскольку в случае вы 35 40 45 хода из строя одного из двух патенциометрав другой выполняет те же функции.Формула изобретения Устройство для дистанционного измерения и контроля уровня воды в резервуарах, содержащее поплавок и противовес, один из которых связан с тросом поплавка, а другой с тросом противовеса, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона измерений, она дополнительно снабжено направляющими трубами, в которых установлен соответственно противовес .и поплавок, при этом направляющая труба для поплавка выполнена с 50 тивоположно направлению намотки троса поплавка, а калиброванный шкив закреплен на оси. связанной посредством зубчатой передачи с осью сдвоенного потенциометра, установленного в корпусе, при этом ось калиброванного шкива установлена в подотверстиями в нижней части, анаправляющая труба для противовеса с глухим дном, тросы поплавка и противовеса закреплены в канавках калиброванного шкива, а. направление намотки троса противовеса про1679204 12 г.8 шипнике, вмонтированном в передней стенке корпуса, а сдвоенный потенциометр размещен в держателе, установленном в прорези боковой стенки корпуса с возможностью вертикального перемещения и связан с промежуточным узлом, состоящим из последовательно соединенных блока стабилизированных источников питания, блока согласования и блока коммутации, связанного с контактными электродами датчикасигналиэатора предельных уровней воды, также установленного в измеряемой среде, е выходы промежуточного узла соединены с 5 регистрирующими и контролируемыми приборами; блоком сигнализации, выходы которого соединены с сигнальными устройствами, регистрирующими и контролируемыми приборами.1679204 ГСоставитель Т.СергееТехред М.Моргентал Корректор Э,Лончако дактор Е.Пап гарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. УжгороФ Заказ 3201 Тираж 402 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раувская наб 4/5