Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7185
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
G 01F 23/24
(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
(21) Номер заявки: u 20100820
(22) 2010.10.01
(71) Заявители: Государственное науч-
ное учреждение "Институт экспе-
риментальной ботаники имени
В.Ф.Купревича Национальной ака-
демии наук Беларуси"; Республи-
канское унитарное предприятие
"Приборостроительный завод ОП-
ТРОН" (BY)
(72) Авторы: Пугачевский Александр Вик-
торович; Янкевич Николай Григорье-
вич; Кухарчик Иван Иванович; Гри-
горьев Анатолий Федорович; Филип-
пов Игорь Михайлович (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт экспе-
риментальной ботаники имени
В.Ф.Купревича Национальной акаде-
мии наук Беларуси"; Республиканское
унитарное предприятие "Приборо-
строительный завод ОПТРОН" (BY)
(57)
Измеритель уровня грунтовых вод, содержащий емкостной датчик, источник питания,
отличающийся тем, что дополнительно содержит модем, соединенный с микропроцессо-
ром, который соединен с измерительным блоком, содержащим токовый высокочастотный
трансформатор, связанный с усилителем высокой частоты, связанным с преобразователем
высокочастотных колебаний в постоянное напряжение, причем емкостной датчик выпол-
нен в виде одного электрода, соединенного с токовым высокочастотным трансформато-
ром, а микропроцессор соединен с устройством для определения широты и долготы
географического местонахождения измерителя уровня грунтовых вод.
BY7185U2011.04.30

2. BY 7185 U 2011.04.30
2
(56)
1. Патент RU 2124702, МПК6
G 01F 23/16, опубл. 10.01.1999 // Бюл. № 1.
2. Патент RU 2000551, МПК5
G 01F 23/26, опубл.07.09.1993 // Бюл. № 33-36.
3. А.с. SU 1695139, МПК5
G 01F 23/26, опубл. 30. 11.1991 // Бюл. № 44.
4. Патент RU 2054633, МПК6
G 01F 23/26, опубл.20.02.1996 // Бюл. № 5.
5. Патент на полезную модель BY 2288, МПК7
G 01F 23/24, опубл. 12.30.2005 (прото-
тип).
6. Журнал "Радио". - № 8. - 2009. - С. 28.
Полезная модель относится к приборостроению и предназначена для измерения уров-
ней различных жидкостей.
Известно устройство для измерения уровня воды в водохранилищах, реках и наблюда-
тельных скважинах грунтовых и подземных вод, а также уровня воды в больших резерву-
арах, которое содержит три барботажные трубки, источник сжатого газа, три вентиля. В
буферной емкости установлен датчик температуры, входы в который соединены с входом
вычислительно-управляющего блока [1].
Это устройство обладает недостатком, заключающимся в том, что не может передать
показание уровня воды на расстоянии на центральный пульт, т.к. в устройстве нет преоб-
разователя величины уровня воды в электросигнал.
Это недостаток устранен в емкостном уровнемере, содержащем усилитель, выполнен-
ный на КМОП-транзисторе, два резистора, генератор, емкостной датчик, выполненный в
виде двух электродов, ключ, выполненный на КМОП-транзисторе, экранированную линию
связи [2].
Однако этот уровнемер обладает емкостным датчиком, выполненным в виде двух
электродов, что приводит к сравнительно большим погрешностям и сложности установки
датчиков.
Известен емкостной компенсационный уровнемер, содержащий измерительный и
компенсационный датчики, генератор, два преобразователя емкости в напряжение, каж-
дый из которых включает в себя операционный усилитель и конденсатор, две схемы вы-
читания, два регулятора масштаба и индикатор, причем в него введены два делителя
напряжения, два преобразователя напряжения в частоту и делитель частот [3].
Известен емкостной уровнемер, состоящий из последовательно включенных мульти-
вибратора, первого дифференциатора, операционного усилителя, фазочувствительного
выпрямителя и порогового устройства, элемента смещения, стабилизированного источни-
ка, двухполярного питания [4].
Вышеперечисленные емкостные измерители уровня жидкости имеют емкостной дат-
чик, выполненный в виде двух электродов, что создает определенные трудности в изго-
товлении, а схема преобразователя показателя емкости в показатель напряжения
технически сравнительно сложна.
Известен также измеритель уровня жидкости, содержащий двухэлектродный емкост-
ной датчик с внешним и внутренним электродами, электрически связанными с электрон-
ной схемой, включающей стабилизированный источник питания, усилитель, генератор, и
тригер, причем емкостной датчик выполнен в виде коаксильного конденсатора, внутрен-
ний электрод которого выполнен трубчатым, смонтирован внутри фторопластового щупа
и подсоединен на вход дополнительно введенного в схему фазового компаратера, выход
которого подсоединен на вход триггера, а выход последнего соединен с входом дополни-
тельного тригера, снабженного линией задержки и содержащего два выхода - прямой и
инверсионный, которые соединены с транзисторным ключом, выполненным с возможно-

3. BY 7185 U 2011.04.30
3
стью выполнения операции "включения" или "выключения", при этом электронная схема
выполнена на цифровой интегральной микросхеме [5].
Этот измеритель уровня жидкости имеет емкостной датчик, выполненный в виде двух
электродов, что создает определенные трудности при изготовлении, а схема преобразова-
теля показателя емкости в показатель напряжения технически сравнительно сложна.
Кроме того, этот датчик не способен измерять уровни во всех группах жидкостей. Так,
например, в керосине, у которого диэлектрическая проницаемость значительно ниже, чем
у воды, этот датчик не сможет достоверно определить уровни жидкости - керосина, т.к. в
керосине емкость зависит и от окружающего пространства.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции, создание из-
мерителя уровня, позволяющего измерить уровень в любых жидкостях и передать инфор-
мацию об уровне жидкости грунтовых вод на любое расстояние, что улучшает условие
работы, повышает оперативность.
Поставленная задача достигается тем, что измеритель уровня грунтовых вод, содер-
жащий емкостной датчик, источник питания, дополнительно содержит модем, соединен-
ный с микропроцессором, который соединен с измерительным блоком, содержащим
токовый высокочастотный трансформатор, связанный с усилителем высокой частоты, свя-
занным с преобразователем высокочастотных колебаний в постоянное напряжение, при-
чем емкостной датчик выполнен в виде одного электрода, соединенного с токовым
высокочастотным трансформатором, а микропроцессор соединен с устройством для опре-
деления широты и долготы географического местонахождения.
Таким образом, наличие модема позволяет передавать информацию в любую точку, а
микропроцессор подготавливает информацию для передачи в модем, вырабатывает высо-
кочастотное стабилизированное напряжение для измерительного блока. А выполнение
емкостного датчика в виде одного электрода позволяет уменьшить трудоемкость измери-
тельного электрода.
Заявляемая полезная модель - измеритель уровня грунтовых вод - изображена в виде
блок-схемы на фигуре, где 1 - модем, снабженный антенной 2. Модем 1 связан с микро-
процессором 3, который соединен с измерительным блоком 4, содержащим трансформа-
тор тока 5, соединенный с усилителем высокой частоты 6, связанным с преобразователем
высокочастотного напряжения 7. Трансформатор тока 5 связан с емкостным датчиком 8
выполненным в виде одного электрода. Измеритель уровня грунтовых вод снабжен кон-
тактом заземления 9, а также устройством для определения широты и долготы географи-
ческого местонахождения 10, выполненным в виде стандартного модуля - приемника GPS
(глобальная система позиционирования), который дает возможность посылать информа-
цию о географической широте и долготе места, где находится оснащенное этой системой
устройство [6].
Измеритель уровня грунтовых вод работает следующим образом. Емкостной датчик 8,
выполненный в виде электрода, опускают в измерительную шахту (на схеме не показано).
По сигналу от мобильного сотового телефона (на схеме не показан) модем 1, работающий
в режиме приема, посылает запускающий сигнал микропроцессору 3. Микропроцессор 3
переходит из "спящего" режима в рабочий. Высокочастотное напряжение, вырабатывае-
мое микропроцессором 3, посылается в измерительный блок 4 и принимается трансфор-
матором 5, находящимся в измерительном блоке 4. Первичная обмотка (на чертеже не
показана) трансформатора тока 5 соединена с емкостным датчиком 8, выполненным в ви-
де одного электрода.
Ток, вырабатываемый во вторичной обмотке трансформатора (на схеме не показано),
подается на усилитель высокой частоты 6. Высокочастотное напряжение с усилителя 6
подается на преобразователь высокочастотного напряжения 7, где преобразуется в посто-
янное напряжение. Постоянное напряжение подается в микропроцессор 3. Величина по-
стоянного напряжения прямо пропорциональна величине тока, снимаемого с

4. BY 7185 U 2011.04.30
4
трансформатора тока 5. А величина тока во вторичной обмотке трансформатора 5 пропор-
циональна величине тока в первичной обмотке. Величина тока в первичной обмотке про-
порциональна емкости датчика 8, которая пропорциональна уровню жидкости грунтовых
вод.
Устройство 10 для определения широты и долготы географического местонахождения
измерителя уровня грунтовых вод, подключенное к микропроцессору 3, через заданные
интервалы времени сообщает на центральный пульт географическое местонахождение ра-
ботающего измерителя грунтовых вод.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.