专利名称：极限液位信号装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术，具体地说，涉及极限液位信号装置。其应用包括各种容器中的腐蚀性液体的液位控制，例如用于施肥喷雾装置、洒水车、汽车技术设备等中。
极限液位信号装置广泛地应用于技术设备中。已知的这种用途的装置有英国专利2117910号，GIH类。该装置工作时，信号从信号发出器经过受控液体到达放大器，然后到达开关元件。当电极触点同受控介质断开时，装置中的开关元件工作，指示灯点亮。该装置主要用来控制松堆物料的料位高度，将其用于液体时经常需要重新改装。
还知道一种测定液体极限液位的装置，它是借助于两个电极对该液位进行控制，从这两个电极发出的信号每隔一定的时间间隔进行比较，由触发电路进行计数，然后，信号到达显示器(见日本专利4-61286号，GOIF23/00类)。但是，该装置的特点是电路复杂，缺少足够的可靠性，以及不能采用自动工作方式。
德国专利3136864号，GOIF23/24类所述的装置包括两个浸在受控液体中的电极。由于受控液体的液位下降导致两电极之间的电连接中断，于是有关这一情况的信号便到达显示器。这种装置只能在导电性液体的情况下工作方才可靠。
日本专利2-33967号，GOIF23/24类所述的技术方案与受控液体的导电性能的大小关系不大。其电路参数是这样选择的，即贮槽中装满油墨时，电极便浸没在油墨中，恒定的和可变的输入阻抗在数值上大致相等。当电极一旦与油墨脱离接触，RC电桥便失去平衡，于是形成显示信号源。这种方案的缺点在于其灵敏度会受温度变化和电源噪声干扰的影响。此外，这种装置不能对各种液体一律通用。
因此，上述所有测定极限液位的装置都是仅只以受控制液态介质的电导率的作用为依据的，这一点也就决定了它们在应用方面的局限性。
已知的各装置中最接近于本发明所推荐的装置的是容器极限液位信号装置，它包括脉冲信号发生器、电极、选择器、电子开关和视频信号装置。电极设在容器中，通过RC电路与信号发生器的输出端连接;电子开关的控制输入端与选择器的输出端相连接;视频信号装置与电子开关的输出端连接(见德国专利312626105号，GOIF23/24类)。
在上述装置中，容器中液位的测定是采用以比较器作为选择器的方式实现的，来自脉冲信号发生器的信号直接到达选择器的一个输入端，而从脉冲信号发生器出发、经过RC电路和电极的信号则到达选择器的另一个输入端。当液体与电极接触时，由于导电性液体的分路作用，比较器的第2个输入端子上的信号幅度小于第1个输入端子上的。当电极不与液体接触时，比较器的两个输入端上的信号相等。因此，比较器的两个输入端上的信号之间的差异就表示电极与液体互相接触。从比较器输出的信号经过电子开关，对视频信号装置时行控制。
该装置的缺点正像前面所分析的那样，其应用的可能性仅限于某一种具体的液体。当将一种液体换成另一种液体，并且其电导率又是另一数值时，装置就不能保证发出可靠的极限液位信号，因为比较器输入端上的信号之差与初始设定值之间的关系发生了变化。液体的电导率的数值越小，已知装置测定液位的可靠性越低，这是因为比较器的两输入端上的信号差减小之故。对于非导电性(或弱导电性)液体，已知的装置基本上是无能为力的。
本发明的目的在于扩大极限液位信号装置的应用范围，能将其用于各种液体，其中包括电导率低的液体，同时又不降低工作的可靠性。
完成上述任务的方法是，在容器极限液位信号装置中包括脉冲信号发生器、电极、选择器、第1电子开关、视频信号装置。电极设在容器中，通过RC电路与脉冲信号发生器的输出端相连接;第1电子开关的控制输入端与选择器的输出端相连接;视频信号装置与第1电子开关的输出端相连接。另外增加一个振幅变换器，它由电流发生器电路构成，连接在电极和选择器的输入端之间。选择器采用放大电路的形式，它有倒相输出端和非倒相输出端，在两个输出端之间跨接电容器。
最好是给电极装上同轴外壳，并在上述两者之间装绝缘层。装置的第1电子开关可由晶体三极管组合构成。
选择器的放大电路还可以采用另一方式，即采用带分割负载的晶体管级联电路，在其发射极电路和集电极电路之间跨接电容器。
在装置中还可以增加一个缓冲放大器，将它连接在信号发生器的输出端和RC电路之间。
所推荐的容器中，极限液位信号装置最好再补充装一个声信号装置。它由第2电子开关和压电辐射器构成。压电辐射器的一个接点通过第2电子开关连接到脉冲信号发生器的输出端，第2电子开关的控制输入端与第1电子开关的输出端连接。
如果使用声信号装置，最好再给它增加一个倒相器和第3电子开关，将它们串联在第2电子开关的输出端和压电辐射器的第2个接点之间，同时第3电子开关的控制输入端串连在第1电子开关的输出端。
使用声信号装置时，最好再给它补充一个第2缓冲放大器，将其连接在第2电子开关的输出端和压电辐射器的第1接点之间。
最后，在将压电辐射器与倒相器、第2开关元件及第3开关元件一并使用时，第3开关元件可晶体三极管构成，在其集电极与发射极之间跨接二极管。
现利用
本发明。
图1是容器极限液位信号装置的电部件电路原理图，图中按功能块进行了划分。
图2是电子部件、电极和负载之间的接线图。
图3是电极结构之一例。
图4a是当电极与液体不接触时，图1中的接点6处的电压U1的曲线图。
图4b是当电极与液体接触时电压U2的曲线图。
容器极限液位信号装置包括脉冲信号发生器1(图1);匹配RC电路2;电极3(图2)、信号幅度变换器7、选择器11、第1电子开关以及声信号装置16。电极3与设置在盛有液体5的容器4中，并与脉冲信号发生器1的输出端在接点6处连接(图1);信号幅度变换器7是由晶体管8、电阻9及10构成的电流发生器，与电极3在接点6处连接;选择器11由带倒相输出端12和非倒相输出端13的放大电路构成，在这两个输出端之间跨接电容器14;第1电子开关15的输入端连接在选择器11的输出端上;声信号装置16与第1电子开关15的输出端连接。
电极3装在外壳17中(图3)，并通过绝缘层18进行绝缘，该绝缘层由，例如，二氯化钍制成(TOPON
aCT)。
第1电子开关可以由两个(或更多的)单个晶体管19、20(图1)构成的晶体管组合电路构成。
在本结构方案中，选择器11是采用晶体管21形成的，负载电阻22、23分别连接在集电极电路和发射极电路中，也就是说，部件11是由放大电路或放大级与分割负载构成。
在这种放联电路中，在负载电阻22上分离出接点12处的倒相输出信号，而在电阻23上分离出接点13处的非倒相输出信号。在倒相输出端12和非倒相输出端13之间跨接电容器14。
为了断开彼此之间的级联，以及为了放大信号幅度，将缓冲放大器24连接在脉冲信号发生器1和RC电路2之间。在本结构示例中，该放大器由并联的两个倒相器25、26构成。
根据具体条件，声信号装置16可以按完全不同的形式构成。其中最适用的包括将容器中的液位业已降低到极限以下的信息，通知操作人员(司机、挡车工)的视频信号装置和声信号装置，两者可以单独使用，也可以配合使用。
在上述容器极限液位信号装置的实施例中，声信号装置16是以压电辐射器27为基础构成的，由图1可见，其上方的一个接点通过第2电子开关28，连接在脉冲信号发生器1的输出端(或者连接在缓冲放大器24的输出端)，第2电子开关由晶体管29构成，其基极输出端是开关的控制输入端，并通过电阻连接到第1电子开关15的输出端。压电辐射器27的第2个接点(从图1上看，下方的接点)可以与公用线连接，或者像图1中所实施的那样，通过倒相器30连接到第2电子开关28的输出端上，声信号装置16中还包括第3电子开关31，它由带匹配电阻33的晶体管32构成，其基极输出端是开关的控制输入端，并与第1电子开关15的输出端连接。在晶体管32的集电极和发射极之间跨接二极管34。
为了放大声信号装置的声量，在第2电子开关28的输出端和压电辐射器27的第1接点(从图1上看，上方的接点)之间连接第2缓冲放大器，在本应用例中，其功能由倒相器35完成。
装置的电路原理图(图1)中其余的元件采用惯用的元件，而且按照通常采用的电路连接方法即可。
因此，脉冲信号发生器1由两个例相器36和37构成，两者之间与频率相关的正反馈通过电阻38和电容39来实现。
RC电路2由电容40和电阻41、42构成。
二极管43、44、45、46用来保护电路元件，保证不会由于错误的电源电压极性造成的过载及由于强脉冲干扰的作用而受损害。此外，稳压管46和电阻47在电源电压变化时能保证电路正常工作。
电容48、49是滤波元件，用来减小电源电路中的脉动及高频感应的影响。
将装置的电路元件集中在印刷电路板上，构成电子部件50。部件50以带接线端子52、53、54、55的端子板51为终端。外接电源(图中未示出)的正电源电压加在端子52上(图2)。作为视频信号装置的灯56和保险丝57连接在接线端子53上。端子54是公用端子(接地、外壳)。端子55与电极3连接。
容器极限液位信号装置工作情况如下脉冲信号发生器1产生正脉冲，脉冲频率取决于电阻器38的阻值和电容器39的电容量，且位于声波波段范围内。被缓冲放大器24放大了的脉冲信号到达匹配RC电路2，在RC电路2的输出端的接点6处，脉冲信号的幅度和波形实质上取决于容器4中的液体5的液面是否到达电极3。
因此，如果液面未到达电极3，则液本对电信号不产生影响，于是在接点6存在如图4a(U1曲线图)所示的周期性信号。如果电极3浸入液体5，则接点6处的电信号为U2曲线图(图4b)所示的波形。U2与U1相比，至少能看出两点不同一是信号的幅度明显减小，这既取决于液体5的电导率的影响，又取决于介电特性的影响;二是脉冲信号的波形显著改变，其原因仅仅在于受到液体5的介电特性的影响。因此，接点6处的信号幅度及波形与容器4中的液体5的液位有关。
信号幅度变换器7由晶体管8的电流发生电路构成，用来对信号的幅度进行整形，即由于上述电路中晶体管8的P-n结跃迁特性的非线性部分，使幅度大的信号受到限制，而幅度小的信号得到放大。当然，这种整形只在一定范围内进行，并且信号的幅度只在变换器7的输出端方才达到相对稳定的地步。
如果电极3浸在液体5中，也就是说液面超过了极限液位时，变换器7的输入端上的电信号的波形与图4b中的U2曲线一致。在U2为正值的一段时间间内，选择器11的晶体管21导通，这时如果没有电容器14，那么便会在它的两上输出端、即在接点12和接点13分别出现倒相信号和非倒相信号。但是，在有电容器14的情况下，且在选择器11的电路的U2上升非常缓慢且平稳的条件下，在接点12和13处形成不同极性的信号就一定会被除去。
结果在加法电阻器23上的电压实际上与零无区别，这种情况对应于电子开关15、28、31的闭合状态，结果使声信号装置16和视频信号装置-灯56断开。
因此，在电极3浸在液体5(液面超过极限液位)的情况下，装置不产生显示信号。
如果电极3处在液体5的外面，即由于某种原因，液面下降到极限液位以下，则液体对图1所示电路中的接点6上的信号幅度和形波无影响，于是接点6上的信号具有与图4a中的曲线U1一样的形状。该信号的一部分受至幅度变换器7的削弱(限制)，并到达选择器11的输入端。因为在这种情况下，当U1为正值时，信号迅速升高(前缘斜率大)，所以电容器14同样很快地通过实际上是导通的晶体管21放电，电路失去了消除接点12和13上的信号的能力。因此在点13，在加法电阻器23上分离出正信号。在U1为负值的同一时刻，晶体管21截止，电容器14经过阻值相对大的电阻22、23由电源缓慢充电，也就是说在这种情况下，电容器14执行积分功能。结果在选择器11的非倒相输出端13上形成的实际上是恒定正电压，该电压将电子开关15导通。外接电源经过灯56、保险丝57、接点53、导通的电子开关15、接着经过公用线和接点54使电流流通，于是灯56点亮，发出关于容器4中的液体5的液面到达极限值的信号。
在发出视频信号的同时，也发出声信号。在电子开关15的确处于导通的状态下，在晶体管19、20的集电极输出端上的电压近似于零，这就相当于电子开关28、31处于导通状态。这时被缓冲放大器24放大了的脉冲信号发生器1的信号经过导通的第2电子开关28和第2缓冲放大器35，到达压电辐射器27的上方接点(从图1看)，而经过倒相器30和导通的第3电子开关31到达压电辐射器27的下方接点(从图1看)。通过以这种方式连接的电路，使极性不同的脉冲信号到达压电辐射器27的两个接点，这就决定了决声信号的声量增大。
通过经上本发明的说明可知，本发明不同于模拟装置和旧有的装置，在所推荐的装置中，针对液体与电极的接触所进行的测定，不是仅只取决于电极周围介质的电导率的变化，而且还取决于其介电系数的变化，而且起决定性作用的是后一种因素。因此本发明所推荐的装置在测定各种液体(包括弱导电性液体)的极限液位方面保证具有高度的可靠性。
所推荐的容器极限液位信号装置可应用于工业上的各种领域和各种工艺过程，在这些领域和过程中都要求高效能地向操作人员提供关于受控液体的液面下降到了极限以下的信息。
应用的优先领域是汽车运输和洒水车，在这些领域中，本装置能有效地发出水、加盐液及防冻剂等的极限液位信号。
本装置可用来发出腐蚀性液体的极限液位信号，因为电极表面实际上不会被电蚀。液面传感器能在周围介质温度从-55℃到+150℃加压的条件下工作，电子部件又处于-50℃到+60℃的范围内，且在有强脉冲干扰的条件下，其参数不会改变。
权利要求
1.容器极限液位信号装置，包括脉冲信号发生器(1)、电极(3)、选择器(11)、第1电子开关(15)、视频信号装置(56)；电极装在容器(4)中，并经过RC电路(2)与发生器(1)的输出端连接；第1电子开关(15)的控制输入端与选择器(11)的输出端连接；视频信号装置(56)与第1电子开关(15)的输出端连接，该装置的特征为装置中增加了一个幅度变换器(7)，它是由电流发生电路构成的，连接在电极(3)和选择器(11)的输入端之间；而且选择器(11)以放大电路的形式构成，该电路有倒相输出端(12)和非倒相输出端(13)，在这两个输出端之间跨接电容器(14)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征为电极(3)上装有外壳(17)和介于上述两者之间的绝缘层(18)。
3.根据权利要求1的2所述的装置，其特征为第1电子开关由组合晶体管(19、20)构成。
4.根据权利要求1和2所述的装置，其特征为选择器(11)的放大电路由晶体管(21)与分割负载级联构成，在晶体管的发射极输出端(13)和集电极输出端(12)之间跨接电容器(14)
5.根据权利要求1和2所述的装置，其特征为装置中增加了一个缓冲放大器(24)，它连接在脉冲信号发生器(1)的输出端和RC电路(2)之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征为装置上装有声信号装置(16)，它由第2电子开关(28)和压电辐射器(27)构成，后者的一个接点经过第2电子开关(28)连接在脉冲信号发生器的输出端，第2电子开关(28)的控制输入端与第1电子开关(15)的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征为声信号装置(16)装有倒相器(30)和第3电子开关(31)，它们级联在第2电子开关(28)的输出端和压电辐射器(27)的第2接点之间，而且第3电子开关(31)的控制输入端与第1电子开关(15)的输出端连接。
8.根据权利要求6和7所述的装置，其特征为声信号装置装有第2缓冲放大器(35)，它连接在第2电子开关(28)的输出端和压电辐射器(27)的第1接点之间。
9.根据权利要求7和8所述的装置，其特征为第3电子开关(31)由晶体管(32)构成，并在集电-发射极之间跨接一个二极管(34)。
全文摘要
一种容器极限液位信号装置，包括脉冲信号发生器；设置在容器中且经过RC电路与发生器的输出端连的电极；其控制输入端与选择器的输出端连接的电子开关；与后者输出端连接的视频信号装置；以及由电流发生电路构成且连接在电极和选择器输入端之间的声信号装置。当电极不接触液体时，在选择器的非倒相输出端上形成导通电子开关的电信号，因此视频被导通。本装置能用于各种液体，其中包括电导率低的液体。
文档编号G01F23/24GK1093463SQ9311449
公开日1994年10月12日 申请日期1993年12月16日 优先权日1992年12月16日
发明者朱力·依米里柯维奇·杰尔扎尼奇, 弗拉基米尔·格里果里也维奇·姆尼夫, 朱力·安德烈也维奇·魏德鲁科 申请人:科赫尔丁果“旧莫斯科”工业财政公司