RU2056099C1 - Multichannel liquid level signal device - Google Patents

Abstract

FIELD: agricultural engineering. SUBSTANCE: device used in sprinklers, fertilizer applicators and watering machines sends a signal from reference generator to buffer amplifiers and thence to voltage converter wherein said signal is rectified and supplies the DC generators, each connected with corresponding liquid level transmitter with resistive dependence on temperature. Resistance of transmitter held in liquid is high and its voltage is transmitted as a logical unity to indication unit. When transmitter is withdrawn from liquid, it is heated with current passing through it and its resistance drops which is transmitted as a logical zero. EFFECT: improved design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а так же к машиностроению. The invention relates to agriculture, as well as to mechanical engineering.

Известно устройство для сигнализации уровня жидкости, включающее мостовую схему, в одно плечо которой включен датчик температуры, причем выход данной схемы связан с входом операционного усилителя. При работе такого устройства баланс схемы меняется в зависимости от того, расположен ли датчик температуры в жидкости или нет вследствие изменения сопротивления самого датчика. Однако недостатком в этом случае является поддержания баланса моста, поскольку эксплуатация происходит в широком диапазоне температур не только в течение сезона, но и в течение дня, кроме того, электронная схемы должна находиться вблизи моста для исключения влияния проводников связи. Это делает устройство малопригодным для работы в полевых условиях и условиях с тяжелыми климатическими испытаниями. A device for signaling a liquid level is known, including a bridge circuit, in one arm of which a temperature sensor is included, the output of this circuit being connected to the input of an operational amplifier. When such a device operates, the balance of the circuit changes depending on whether the temperature sensor is located in the liquid or not due to a change in the resistance of the sensor itself. However, the drawback in this case is to maintain the balance of the bridge, since operation occurs in a wide temperature range not only during the season, but also during the day, in addition, the electronic circuit should be near the bridge to exclude the influence of communication conductors. This makes the device unsuitable for work in the field and in difficult climatic conditions.

Применение известных многоканальных электроконтактных устройств так же неприемлемо вследствие того, что зачастую необходимо измерять уровни диэлектрических жидкостей. The use of known multi-channel electrical contact devices is also unacceptable due to the fact that it is often necessary to measure the levels of dielectric liquids.

Наиболее близким к изобретению является многоканальное устройство для сигнализации уровней жидкости, содержащее генератор опорного сигнала, установленные на держателе друг за другом датчики уровня жидкости с резистивной зависимостью от температуры, первый вывод каждого из которых заземлен, а второй вывод посредством соответствующего блока сравнения связан с многоканальным блоком индикации. При работе данного устройства датчики, которые находятся ниже уровня жидкости, имеют температуру, отличную от температуры датчиков, находящихся вне жидкости, что и регистрируется. Однако в данном случае нет возможности выбирать наиболее чувствительный участок рабочей характеристики датчиков, что дает возможность эксплуатации устройства только при больших перепадах температуры самой жидкости, но это ведет к дрейфу так называемого исходного уровня отсчета. Кроме того, при изменяемых климатических условиях это устройство имеет незначительную точность. Closest to the invention is a multi-channel device for signaling liquid levels, comprising a reference signal generator, resistive temperature-dependent liquid level sensors mounted on a holder one after the other, the first terminal of each of which is grounded, and the second terminal is connected to the multi-channel block by means of a corresponding comparison unit indication. When this device is operating, sensors that are below the liquid level have a temperature different from the temperature of sensors outside the liquid, which is recorded. However, in this case, it is not possible to select the most sensitive portion of the operating characteristics of the sensors, which makes it possible to operate the device only at large temperature differences of the liquid itself, but this leads to a drift of the so-called initial reference level. In addition, under changing climatic conditions, this device has negligible accuracy.

Целью изобретения является повышение точности устройства, обеспечение его работоспособности в широком интервале внешних температур без изменения точности и выбор рабочей точки датчиков в любом заданном месте их характеристики. The aim of the invention is to improve the accuracy of the device, ensuring its operability in a wide range of external temperatures without changing the accuracy and the choice of the operating point of the sensors at any given location of their characteristics.

Это достигается тем, что устройство снабжено буферными усилителями, включенными последовательно, преобразователем напряжения, выпрямителем и генераторами постоянного тока, при этом выход генератора опорного сигнала подключен к входу первого буферного усилителя, а выходы буферных усилителей посредством преобразователя напряжения связаны с выпрямителем, выход которого подключен к входам генераторов постоянного тока и выход каждого из которых связан с вторым выводом соответствующего датчика уровня жидкости с резистивной зависимостью от температуры. This is achieved by the fact that the device is equipped with buffer amplifiers connected in series, a voltage converter, a rectifier and DC generators, while the output of the reference signal generator is connected to the input of the first buffer amplifier, and the outputs of the buffer amplifiers are connected to the rectifier by the voltage converter, the output of which is connected to inputs of direct current generators and the output of each of which is connected to the second output of the corresponding liquid level sensor with a resistive dependence temperature.

Кроме того, каждый датчик уровня выполнен в виде пластины кремния, с внешней стороны окруженной слаболегированной окисью кремния и далее токопроводящим стеклом, в котором укреплены выводы датчика, при этом датчик заключен в защитный стеклянный корпус. In addition, each level sensor is made in the form of a silicon plate, on the outside surrounded by lightly doped silicon oxide and then conductive glass, in which the sensor leads are fixed, and the sensor is enclosed in a protective glass case.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 установка датчиков, общий вид; на фиг.3 крепление датчиков; на фиг.4 зависимость сопротивления датчиков от подводимой мощности; на фиг.5 зависимость сопротивления датчиков от температуры; на фиг.6 датчик. Figure 1 presents a schematic diagram of a device; figure 2 installation of sensors, General view; figure 3 mounting sensors; figure 4 the dependence of the resistance of the sensors from the input power; figure 5 the dependence of the resistance of the sensors on temperature; Fig.6 sensor.

Устройство включает преобразователь 1 напряжения в виде двухтактного усилителя мощности, имеющего импульсный трансформатор 2, двухполупериодный выпрямитель 3 с емкостью фильтра 4, генераторы 5 постоянного тока с установочными резисторами 6 величины тока в цепи датчика 7 (датчика с резистивной зависимостью от температуры) причем таких датчиков может быть сколь угодно, в зависимости от типа решаемых задач. The device includes a voltage converter 1 in the form of a push-pull power amplifier having a pulse transformer 2, a half-wave rectifier 3 with a filter capacity of 4, DC generators 5 with installation resistors 6, the current values in the sensor circuit 7 (sensor with a resistive dependence on temperature), and such sensors can to be arbitrary, depending on the type of tasks being solved.

Блок сравнения имеет диоды защиты входов микросхемы 8 от превышения напряжения от датчиков 7, резистивный делитель напряжения 9 и 10, логические инверторы 11, электронные ключи 12. Блок индикации включает световые индикаторы 13. Но блок индикации может быть выполнен так же в виде звукового сигнализатора, имеющего диодный сумматор 14, электронные ключи 15 и пьезокерамический звонок 16. The comparison unit has diodes for protecting the inputs of the microcircuit 8 from overvoltage from the sensors 7, a resistive voltage divider 9 and 10, logical inverters 11, electronic keys 12. The display unit includes light indicators 13. But the display unit can also be made in the form of an audio signaling device, having a diode adder 14, electronic keys 15 and a piezoceramic bell 16.

Устройство так же включает буферные усилители 17, генератор 18 опорного сигнала, элементы защиты 19 по питанию 20. Сами датчики посредством детали 21 устанавливаются в месте крепления. Линия связи 22 обеспечивает связь с электронным блоком, защитный кожух 23 исключает механические влияния на датчики 7, которые регистрируют уровень в емкости 24 любой жидкости 25. Активный элемент 26 датчика 7 укреплен в трубчатом держателе 27 с герметиком 28 для фиксации и изоляции соединительных проводников, датчик так же может иметь защитный корпус 29. В состав датчика 7 входит окись кремния 30 слаболегированная, имеющая электрический контакт с выводами 31, причем вся конструкция заключена в защитный стеклянный корпус 32, в котором выводы 31 укреплены посредством токопроводящего стекла. Слой окиси кремния 30 вместе с кристаллическим кремнием 34 и образует собственно рабочий элемент датчика 7. The device also includes buffer amplifiers 17, a reference signal generator 18, protection elements 19 for power supply 20. The sensors themselves are installed by means of part 21 in the mounting location. Communication line 22 provides communication with the electronic unit, the protective casing 23 eliminates mechanical influences on the sensors 7, which record the level in the tank 24 of any liquid 25. The active element 26 of the sensor 7 is mounted in a tubular holder 27 with sealant 28 for fixing and insulation of the connecting conductors, the sensor may also have a protective housing 29. The structure of the sensor 7 includes silicon oxide 30 lightly alloyed, having electrical contact with the terminals 31, and the entire structure is enclosed in a protective glass case 32, in which the terminals 31 are strengthened through conductive glass. The layer of silicon oxide 30 together with crystalline silicon 34 and forms the actual working element of the sensor 7.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Сигналы с выхода генератора 18 через буферные усилители 17 поступают на преобразователь напряжения 1, выпрямляются выпрямителем 3 и через генераторы постоянного тока 5 подаются на датчики 7. Ток короткого замыкания датчика 7 практически не отличается от рабочего благодаря включению в цепь генераторов постоянного тока 5 резисторов 6. При погружении каких-либо датчиков 7 в жидкость, уровень которой регистрируется, погруженные датчики имеют температуру, близкую к температуре контролируемой жидкости, и ток от генераторов 5 и резисторов 6 создает на этих датчиках 7 высокий потенциал, через делитель 9 и 10 это напряжение передается как логическая единица и на выходе соответствующих инверторов 11 нулевой сигнал. The signals from the output of the generator 18 through the buffer amplifiers 17 are fed to the voltage converter 1, rectified by a rectifier 3 and fed through the generators 5 to the sensors 7. The short-circuit current of the sensor 7 is practically no different from the working one due to the inclusion of resistors 6 in the circuit of the DC generators. When any sensors 7 are immersed in a liquid whose level is recorded, the immersed sensors have a temperature close to the temperature of the controlled liquid, and the current from the generators 5 and resistors 6 creates these sensors 7 and a high potential through the divider 9 and 10 this voltage is passed as a logic one and the output of the corresponding inverter 11 zero signal.

Отсутствие контакта датчика 7 с контролируемой жидкостью приводит к его саморазогреву и уменьшению сопротивления в несколько раз при снижении напряжения на вторых клеммах датчиков 7, находящихся вне жидкости. Через делитель 9,10 это напряжение на элемент 11 логический инвертор, передается как логический ноль, которое далее инвертируется в логическую единицу. Это приводит к открыванию соответствующих ключей 12 и загоранию соответствующих ламп 13. Диодный сумматор 14 при этом выдает разрешение на включение звукового сигнала через электронные ключи 15 на звонок 16. The lack of contact of the sensor 7 with the controlled fluid leads to its self-heating and a decrease in resistance by several times with a decrease in voltage at the second terminals of the sensors 7 located outside the fluid. Through the divider 9.10, this voltage to the element 11 of the logical inverter is transmitted as a logical zero, which is then inverted to a logical unit. This leads to the opening of the corresponding keys 12 and the lighting of the corresponding lamps 13. The diode adder 14 in this case gives permission to turn on the sound signal through the electronic keys 15 to ring 16.

Применение указанного устройства позволяет при низковольтном бортовом питании машин получить перепады сигналов от датчиков до десятков вольт, что упрощает селекцию сигналов, более того имеется возможность выбора рабочей точки датчиков, например при индивидуальной настройке каждого осуществляется контроль как диэлектрических, так и недиэлектрических жидкостей с высокой степенью точности и возможностью перенастройки устройства оперативно на любой тип жидкости, исключается влияние изменения внешних температур, поскольку вся система подстраивается на общий уровень. Устройство просто в эксплуатации, технологично и просто в изготовлении и настройке. The use of this device allows for low-voltage on-board power supply of machines to obtain signal differences from sensors up to tens of volts, which simplifies signal selection, moreover, it is possible to select the operating point of the sensors, for example, when each is individually configured, both dielectric and non-dielectric liquids are controlled with a high degree of accuracy and the possibility of reconfiguring the device quickly to any type of liquid, the influence of changes in external temperatures is excluded, since the whole system adapts to the general level. The device is easy to operate, technologically advanced and easy to manufacture and configure.

Claims (2)

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ УРОВНЕЙ ЖИДКОСТИ, содержащее генератор опорного сигнала, установленные на держателе друг за другом датчики уровня жидкости с резистивной зависимостью от температуры, первый вывод каждого из которых заземлен, а второй вывод посредством соответствующего блока сравнения связан с многоканальным блоком индикации, отличающееся тем, что оно снабжено буферными усилителями, включенными последовательно, преобразователем напряжения, выпрямителем и генераторами постоянного тока, при этом выход генератора опорного сигнала подключен к входу первого буферного усилителя, а выходы буферных усилителей посредством преобразователя напряжения связаны с выпрямителем, выход которого подключен к входам генератора постоянного тока и выход каждого из которых связан с вторым выводом соответствующего датчика уровня жидкости с резистивной зависимостью от температуры. 1. MULTI-CHANNEL DEVICE FOR SIGNALING LIQUID LEVELS, comprising a reference signal generator, resistive temperature-dependent liquid level sensors mounted on a holder one after the other, the first output of each of which is grounded, and the second output is connected to the multi-channel display unit by means of a corresponding comparison unit, which differs the fact that it is equipped with buffer amplifiers connected in series, a voltage converter, a rectifier and direct current generators, while the output of the gene a reference signal amplifier is connected to the input of the first buffer amplifier, and the outputs of the buffer amplifiers are connected via a voltage converter to a rectifier, the output of which is connected to the inputs of the DC generator and the output of each of which is connected to the second output of the corresponding liquid level sensor with a temperature-dependent resistivity. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый датчик уровня с резистивной зависимостью от температуры выполнен в виде пластины кремния, с внешней стороны окруженной слоем из слаболегированной окиси кремния и далее токопроводящим стеклом, в котором укреплены выводы датчика, при этом весь датчик заключен в защитный стеклянный корпус. 2. The device according to claim 1, characterized in that each level sensor with a resistive temperature dependence is made in the form of a silicon plate, on the outside surrounded by a layer of lightly doped silicon oxide and then a conductive glass in which the sensor leads are fixed, while the entire sensor enclosed in a protective glass case.

Images