Датчик уровня

Полезная модель направлена на получение низкотемпературного и экономичного термисторного датчика для работы во взрывоопасных и легковоспламеняемых средах. Технический результат достигается тем, что в качестве термоэлементов используются полупроводниковые термисторы, сопротивление которых имеет экспоненциальную зависимость от температуры, измерительная схема состоит из разбалансированного моста с последовательно включенным ограничительным резистором, порогового элемента (компаратора), нагревателем служит резистивный элемент, включенный в цепь питания датчика.

Полезная модель относится к технике контроля и регулирования уровня жидкости или межфазного уровня с помощью термисторов и может быть использована в агрессивных средах, в условиях вибрации, высокого давления, во взрывоопасных средах.

Известен термисторный сигнализатор уровня жидкости (патент РФ №2217703, G01F 23/22). Устройство содержит корпус, печатную плату с измерительной цепью, источник питания постоянного тока, размещенный на печатной плате, термистор и индикатор. Термистор расположен снаружи, а остальные элементы устройства - внутри корпуса и связаны между собой корпусом и связующим элементом.

Недостатком аналога является высокая температура термистора 150°С, препятствующая применению датчика во взрывоопасных и легковоспламеняемых средах и уменьшающая надежность датчика вследствие термоударов при работах с охлажденными жидкостями.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является датчик уровня (а.с. №763689, G01F 23/22), содержащий погруженные в контролируемую среду рабочий с нагревателем и компенсационный термоэлементы, включенные в дифференциальную схему с измерительной диагональю, к которой подключены последовательно соединенные усилитель и пороговый элемент. Датчик уровня снабжен стабилизатором напряжения, включенным между входом усилителя и выходом порогового элемента, и ключевым элементом, введенным в цепь нагревателя, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента.

Недостатком данного устройства является недостаточная надежность и экономичность. Отсутствие резистора, ограничивающего ток

через мост, вызывает саморазогрев термисторов, а в случае использования термисторов с отрицательной температурной зависимостью перегрев и разрушение термистора. Применение ключевого элемента для нагревателя увеличивает потребляемую датчиком мощность.

Цель создания полезной модели - получение низкотемпературного и экономичного термисторного датчика для работы во взрывоопасных и легковоспламеняемых средах.

Предложен датчик уровня, содержащий погруженные в контролируемую среду рабочий с нагревателем и компенсационный термоэлементы, включенные в дифференциальную измерительную схему с измерительной диагональю.

Технический результат достигается тем, что в качестве термоэлементов используются полупроводниковые термисторы, сопротивление которых имеет экспоненциальную зависимость от температуры, измерительная схема состоит из разбалансированного моста с последовательно включенным ограничительным резистором, порогового элемента (компаратора), нагревателем служит резистивный элемент, включенный в цепь питания датчика.

На фиг.1 представлена схема электрическая принципиальная датчика уровня.

На фиг.2 представлен общий вид датчика уровня.

Датчик уровня (Фиг.1) содержит корпус 1, печатную плату 6, рабочий термистор 2 с нагревателем 4, компенсационный термистор 3, индикатор 7.

Выводы термисторов 2, 3, нагреватель 4, печатная плата 6 и индикатор 7 помещены в полимерный корпус 1 и залиты эпоксидным компаундом 5. Корпуса стеклянных термисторов расположены снаружи и контактируют с окружающей средой. Нагреватель 4 расположен у основания корпуса термистора 2 для максимальной передачи тепловой

энергии нагревателя в корпус термистора. С этой же целью корпус датчика выполнен из материала с низкой теплопроводностью.

Термисторы R1, R2 имеют идентичные R-T характеристики вида R=R0exp(-AT), где A=const, R0=const, Т - температура окружающей среды в градусах Кельвина.

Pel - электрическая мощность выделяемая на резисторе. Pel=U²*R=const, Q=T/Rw, Q - теплота выделяемая нагревателем во внешнюю среду, Т - разница между температурой окружающей среды и температурой нагреваемого элемента, R - сопротивление нагреваемого элемента, U - напряжение питания нагреваемого элемента. Rw - термическое сопротивление нагретого элемента по отношению ко внешней среде и является величиной постоянной.

При выходе датчика на режим (наступает термодинамическое равновесие) Pel=Q, T=U²*R*Rw, следовательно Т=const.

Характеристика R-T рабочего термистора будет иметь вид:

R2=R0*exp-A(T+T), компенсационного термистора R1=R0*exp-AT, соотношение плеч делителя n=R1/R2=exp-AT - независимая от температуры среды величина и определяется средой в которую помещены термисторы.

Соотношение резисторов m=R3/R4 выбирается так, чтобы оно находилось в интервале n1, n2, где n1 - соотношение плеч делителя R1/R2 в жидкости, n2 - соотношение плеч делителя R1/R2 в газовой фазе. Компаратор DA1 фиксирует направление разбаланса моста R1, R2, R3, R4.

При подключении датчика к источнику постоянного напряжения отношение n=R1/R2 менее m, горит светодиод DA1 подключенный к компаратору DA1. Термистор R2 разогревается нагревателем Rн до температуры превышающей температуру окружающей среды не более чем на 15°-20°. Как только величина n превысит m, переключится компаратор DA1 и светодиод погаснет и датчик готов к работе. При

касании жидкости термисторов соотношение n примет значение меньше m, компаратор включит светодиод DA1.

Конструкция датчика позволяет достичь величины потребляемой мощности не более 0,3 Вт и снизить температуру рабочего термистора до величины превышающей температуру окружающей среды не более чем на 15°С. Время выхода на режим - не более 30 сек. Время срабатывания при переходе из газовой фазы в жидкость - менее 1 сек. Диапазон рабочих температур от -50°С до 70°С. Датчик серийно выпускается ОАО «Промприбор» а течение одного года.

Датчик уровня, содержащий погруженные в контролируемую среду рабочий с нагревателем и компенсационный термоэлементы, включенные в дифференциальную измерительную схему с измерительной диагональю, отличающийся тем, что в качестве термоэлементов используются полупроводниковые термисторы, сопротивление которых имеет экспоненциальную зависимость от температуры, измерительная схема состоит из разбалансированного моста с последовательно включенным ограничительным резистором, порогового элемента (компаратора), нагревателем служит резистивный элемент, включенный в цепь питания датчика.