ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01F23/30 G01F23/32 G01F23/38 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах, где предъявляются высокие требования к искробезопасности и взрывобезопасности, например в автомобиле- строении при определении уровня сжиженного газа в герметичном баллоне газовой топливной системы.

Известен дискретный уровнемер, содержащий источник постоянного напряжения, поплавок с постоянным магнитом, делитель напряжения, к узлам которого подключены магнитоуправляемые контакты, равномерно расположенные по высоте в немагнитной трубе, а также диоды и переключатели, связанные с регистратором.

Недостатком известного уровремера является необходимость герметизации магнитоуправляемых контактов и цепей их коммутации внутри полости трубы, так как она помещается в измеряемую среду, например сжиженный газ, находящийся под давлением. Это усложняет конструкцию уровнемера и снижает его помехоустойчивость.

Известен также датчик уровня жидкости, содержащий штангу с поплавком, закрепленную посредством шарнира к стенке или крышке немагнитного резервуара. На поплавке вертикально закреплен постоянный магнит, перемещающийся вблизи немагнитной стенки резервуара. С противоположной стороны стенки установлена группа герконов. При изменении уровня жидкости в резервуаре поплавок, а вместе с ним и постоянный магнит перемещаются вдоль стенки резервуара, вызывая поочередное срабатывание герконов. Уровень жидкости определяют по местоположению сработавшего геркона.

Недостатком известного датчика является необходимость расположения герконов и цепей их коммутации на значительном участке поверхности резервуара вдоль его стенки от днища до горловины, что снижает помехоустойчивость конструкции от электрических, магнитных и механических воздействий.

Задача изобретения повышение помехоустойчивости уровнемера.

Указанная цель достигается тем, что в дискретный уровнемер, содержащий поплавок, соединенный с постоянным магнитом, расположенным в резервуаре, и блок магнитоуправляемых элементов, расположенный с внешней стороны резервуара и через делитель напряжения подключенный к индикатору уровня, введены кулачок с толкателем, при этом поплавок соединен с постоянным магнитом через кулачок с толкателем, причем магнит и блок магнитоуправляемых элементов расположены соосно, а расстояние между магнитоуправляемыми элементами определяется расчетной поверхностью кулачка. Кроме того, индикатор уровня выполнен с указателем резерва жидкости, подключенным к делителю напряжения и магнитоуправляемому элементу нижнего уровня.

Введение в устройство кулачка с толкателем, соединение поплавка с постоянным магнитом через кулачок с толкателем обеспечивает преобразование значительной величины перемещения поплавка в вертикальном направлении от верхнего до нижнего уровней жидкости в резервуаре в малое перемещение магнита у стенки резервуара без изменения в пространстве ориентации управляющего поля магнита. Это снижает возможные помехи от элементов конструкции резервуара. Расположение блока магнитоуправляемых элементов и магнита соосно, а магнитоуправляемых элементов между собой на расстоянии, определяемом расчетной поверхностью кулачка, делает конструкцию магнитной системы уровнемера компактной, что позволяет разместить ее в горловине резервуара в таком месте, где возможные магнитные, электрические и механические воздействия будут минимальными.

Выполнение индикатора уровня с указателем резерва жидкости, подключенным к делителю напряжения и магнитоуправляемому элементу нижнего уровня обеспечивает включение указателя резерва жидкости одновременно с отключением магнитоуправляемого элемента нижнего уровня, что позволяет исключить из схемы дополнительный магнитоуправляемый элемент и упрощает конструкцию уровнемера.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого уровнемера.

Дискретный уровнемер содержит поплавок 1, кулачок 2, толкатель 3 и постоянный магнит 4, при этом поплавок соединен с постоянным магнитом через кулачок 2 и толкатель 3. Указанные элементы конструкции уровнемера размещены внутри резервуара 5. С внешней стороны резервуара 5 соосно с линией, соединяющей полюса N и S магнита 4, расположен блок 6 магнитоуправляемых элементов, находящийся в зоне действия постоянного магнита 4. Блок 6 содержит четыре магнитоуправляемых элемента 7-10, расстояние между ними определяется расчетной поверхностью кулачка 2. При этом магнитоуправляемый коммутирующий элемент 7 нижнего уровня находится ближе к управляющему полюсу N магнита 4, а магнитоуправляемый элемент 10 верхнего уровня наиболее удален от управляющего полюса N магнита 4. Блок 6 магнитоуправляемых элементов подключен кабелем 11 к делителю 12 напряжения и индикатору 13 уровня. Кроме того, индикатор 13 уровня содержит указатель 14 резерва жидкости, подключенный к двигателю 12 напряжения и магнитоуправляемому элементу 7 нижнего уровня.

Уровнемер работает следующим образом.

В исходном положении резервуар 5 заполнен жидкостью. Поплавок 1 находится в крайнем верхнем положении, связанный с ним кулачок 2 повернут на такой угол, что толкатель 3, взаимодействующий с расчетной поверхностью кулачка 2, приближает управляющий полюс магнита 4 максимально близко к стенке резервуара 5. Расстояние от управляющего полюса N магнита до магнитоуправляемых элементов 7-10 минимально и все магнитоуправляемые элементы находятся во включенном состоянии. В делителе 12 напряжения формируется электрический сигнал верхнего уровня, который поступает в индикатор 13 уровня. Указатель 14 резерва жидкости отключен. При снижении уровня жидкости в резервуаре 5 поплавок 1 опускается вниз, кулачок 2 поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси, радиус кривизны расчетной поверхности кулачка 2 в месте взаимодействия с толкателем 3 уменьшается, толкатель 3 перемещается вниз на небольшое расстояние. Связанный с ним магнит 4 отходит от стенки резервуара 5 и при установлении в резервуаре уровня жидкости (или объема) на 1/4 меньше первоначального, магнитоуправляемый элемент 10 верхнего уровня отключается. Величина электрического сигнала с выхода делителя 12 напряжения скачкообразно изменяется на 1/4 от первоначальной, что фиксируется индикатором 13. При дальнейшем постепенном понижении уровня жидкости в резервуаре 5 кулачок 2 поворачивается на больший угол, магнит 4 все дальше отходит от блока 6 магнитоуправляемых элементов, и при установлении в резервуаре 5 уровня жидкости (или объема) еще на 1/4 меньше первоначального происходит отключение магнитоуправляемого элемента 9. Величина электрического сигнала с выхода делителя 12 напряжения вновь скачкообразно изменяется на 1/4 от первоначальной, что фиксируется индикатором 13. Аналогично происходит отключение магнитоуправляемого элемента 8, вызывая дополнительное изменение электрического сигнала с выхода делителя 12 напряжения на 1/4 от первоначального. При перемещении поплавка 1 в крайнее нижнее положение вблизи днища резервуара 5 отключается магнитоуправляемый элемент 7 нижнего уровня, индикатор 13 уровня устанавливается в нулевое положение. Одновременно электрический сигнал с выхода делителя 12 напряжения и магнитоуправляемого элемента 7 включает указатель 14 резерва жидкости.

Предложенный уровнемер испытан в качестве указателя уровня сжиженного газа в баллоне автомобильной газовой топливной системы. Блок магнитоуправляемых элементов, выполненный на герконах, делитель напряжения, содержащий резисторы, и цепь их коммутаций выполнены в виде отдельного датчика, имеющего малые размеры (диаметр 20 мм, высота 30 мм). Датчик установлен в стенке мультиклапана, расположенного в горловине газового баллона. Толщина стенки в месте установки датчика составляет не менее 4 мм, что обеспечивает прочность конструкции мультиклапана и исключает необходимость его дополнительной герметизации. Перемещение поплавка от верхнего уровня топлива до днища газового баллона преобразуется кулачком в перемещение магнита по нормали к стенке мультиклапана на расстоянии порядка 8 мм благодаря переменной кривизне расчетной поверхности кулачка. На таком же расстоянии расположены относительно друг друга магниточувствительные зоны герконов нижнего и верхнего уровней. Герконы промежуточных уровней расположены между герконами верхнего и нижнего уровней. К выходу датчика подключен стандартный указатель топлива УБ 191, применяемый для определения уровня бензина в топливном баке автомобиля. Уровень топлива в баллоне определяется по отклонению стрелочного индикатора прибора УБ 191. При срабатывании геркона нижнего уровня стрелка прибора устанавливается в нулевое положение и загорается лампа накаливания, что свидетельствует о работе двигателя на резерве топлива в газовом баллоне.

Предложенная конструкция обеспечивает компактное расположение магнитной системы, электрических и механических узлов уровнемера в горловине резервуара без ухудшения его герметичности, исключает необходимость размещения электрических цепей устройства в измеряемой среде. Это повышает помехоустойчивость уровнемера в процессе контроля за уровнем жидкости в резервуаре и упрощает его конструкцию.

Использование: в контрольной технике, в частности в дискретных уровнемерах. Сущность изобретения: уровнемер содержит поплавок, связанный с ним управляющий магнит, размещенные внутри резервуара, соединенные между собой блок магнитоуправляемых элементов, расположенный с внешней стороны резервуара делитель напряжения и индикатор уровня. Кулачок связан с поплавком и толкателем, блок магнитоуправляемых элементов и магнит расположены соосно, а сами магнитоуправляемые элементы расположены относительно друг друга на расстоянии, определяемом расчетной поверхностью кулачка. Индикатор уровня снабжен указателем резерва жидкости, связанным с делителем напряжения и магнитоуправляемым элементом нижнего уровня. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий поплавок, соединенный с постоянным магнитом, расположенным в резервуаре, и блок магнитоуправляемых элементов, расположенный с внешней стороны резервуара и через делитель напряжения подключенный к индикатору уровня, отличающийся тем, что в него введены кулачок с толкателем, при этом поплавок соединен с постоянным магнитом через кулачок с толкателем, причем магнит и блок магнитоуправляемых элементов расположены соосно, а расстояние между магнитоуправляемыми элементами определяется расчетной поверхностью кулачка. 2. Уровнемер по п.1, отличающийся тем, что индикатор уровня выполнен с указателем резерва жидкости, подключенным к делителю напряжения и магнитоуправляемому элементу нижнего уровня.