ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01F23/18 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения с заданной точностью уровней жидкости различного типа с помощью унифицированных датчиков информации.

Известны зондирующие, поплавковые, емкостные, индуктивные, резистивные и термоэлектрические уровнемеры (Можегов Н. А. Автоматические средства измерений объема, уровня и пористости материалов. М. Энергоатомиздат, 1990, с. 120).

Наиболее близким к изобретению является дискретный уровнемер, содержащий измерительную трубу ступенчатой формы с размещенными на ней с возможностью взаимодействия датчиками информации, выполненными в виде датчиков давления и размещенными на поверхности каждой ступени, выходы датчиков информации соединены с соответствующими входами блока обработки информации. Для регулирования чувствительности на чувствительном элементе датчика информации с внутренней стороны закреплена герметичная емкость, заполненная веществом, удельный вес которого меньше удельного веса измеряемой жидкости. Дополнительно внутри герметичной емкости расположен нагревательный элемент.

Недостатками данного уровнемера являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данным уровнемером можно измерять уровни жидкостей с ρ≅ρ_э, где ρ_э удельный вес эталонной жидкости; ρ удельный вес измеряемой жидкости, так как используемый унифицированный датчик давления выработает сигнал логической единицы при достижении определенного уровня δ_э эталонной жидкостью с ρ_э.

Задача изобретения расширение класса измеряемых жидкостей любого класса путем измерения уровней жидкостей с ρ≅ρ_э или ρ≥ρ_э при использовании стандартных датчиков давления без изменения пределов измерения уровня.

Для этого, в дискретный уровнемер, содержащий ступенчатую измерительную трубу, на каждой ступени которой установлен датчик давления, выход которого подключен к соответствующему входу блока обработки информации, дополнительно ведены пластины из магниточувствительного материала и магниты, каждый из которых выполнен с возможностью установки под соответствующим датчиком давления или на расположенной над ним ступени, а каждая пластина из магниточувствительного материала расположена на чувствительном элементе соответствующего датчика давления.

Сущность изобретения заключается в том, что при измерении уровня жидкости с ρ<ρ_ээ магнит устанавливают под нижней ступенью, а при ρ>ρ_э над верхней ступенью измерительной трубы для создания ρ_э при достижении жидкости любого класса уровня δ_э (расстояния между ступенями).

Отличительными признаками предложенного изобретения являются:
введение пластин из магниточувствительногоо ферромагнитного материала, расположенных на чувствительном элементе датчика давления;
введение магнитов;
выполнение магнита с возможностью установки под соответствующим датчиком давления или расположенной под ним ступени.

На фиг. 1 изображена схема уровнемера с расположением магнитов под датчиками давления; на фиг. 2 то же, с расположением магнитов над датчиками давления; на фиг. 3 схема закрепления магнитов на дополнительной плоскости, имеющей ступенчато-возрастающую форму.

Дискретный уровнемер содержит измерительную трубу 1 из немагнитного материала, нижним коленом соединенную с емкостью ниже минимального значения уровня измеряемой жидкости, N датчиков 2 информации, блок 3 обработки информации, пластины 4 из ферромагнитного материала и магниты 5. При этом измерительная труба 1 имеет ступенчато возрастающую форму, причем высота каждой ступени пропорциональна точности измерения уровня, датчик 2.i (i 1-N) информации расположен на нижней поверхности i-й ступени трубы 1 под верхней поверхностью i-й ступени трубы 1, выход датчика 2 информации соединен с соответствующим входом блока 3 обработки информации, на верхней поверхности чувствительного элемента датчика 2. i информации установлена и закреплена (например, клеем) пластина 4.i из магниточувствительного (ферромагнитного) материала. Под датчиком давления 2.i установлен магнит (электромагнит) 5.i.

Дискретный уровнемер, изображенный на фиг. 2, отличается от дискретного уровнемера, изображенного на фиг. 1, тем, что магнит 5.i установлен сверху датчика давления 2.i на расположенной над ним ступени трубы 1.

Если датчик 2 давления имеет электрический выход, сигнал которого равен логической единице при достижении уровня δ_э жидкости с удельным весом ρ_э (датчик 2 давления релейного типа), то в качестве блока 3 можно использовать цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Магниты 5 (фиг. 1) могут иметь произвольную форму. Прикреплять их можно, например, клеем на дополнительной поверхности 6, имеющей ступенчатую форму (фиг. 3). Поверхность 6 может быть установлена на штырях 7.

К выходу блока 3 обработки информации (фиг. 1, 2) может быть подключен узел индикации (вольтметр или амперметр, на фиг. 1, 2 узел индикации не изображен), отградуированный в единицах длины.

Вместо магнитов 5.1, 5.N можно использовать один протяженный (линейный) магнит, расположенный на одинаковом расстоянии пластин 4. Длина магнита 5 в данном случае должна быть не менее расстояния по прямой между первой и N-ой пластинами 4. Размещают магнит 5 наклонно на определенном расстоянии l от прямой, соединяющей первую и N-ю пластины. Расстояние l зависит от технической реализации магнита 5 (электромагнита), в том числе от мощности его источника питания.

Дискретный уровнемер работает следующим образом.

Датчики информации 2. i (i 1-N) выбраны такими, чтобы выдавать сигнал логической единицы в момент полного заполнения i-й ступени измерительной трубы 1 высотой δ_э жидкостью с удельным весом ρ_э.

Предположим, что уровень измеряемой жидкости изменяется и в определенный момент времени заполнит i-ю ступень трубы 1. При этом сработает датчик 2.i информации, выходной сигнал которого, равный логической единице, подается на соответствующий вход блока 3 обработки информации, который преобразует показания сработавших датчиков (2.1, 2.2, 2.i информации, в аналоговый сигнал, который подается на вход узла индикации, показание которого будет пропорционально высоте уровня измеряемой жидкости.

Для варьирования чувствительных стандартных датчиков 2 информации при измерении уровня жидкостей с различным удельным весом ρ используют магнитные силы. При этом, если ρ < ρ_э магниты 5 располагают снизу датчиков 2 давления на определенном расстоянии для создания силы притяжения между магнитом 5 и пластиной 4.

P_м (ρ_э ρ) ˙δ_э˙S Р_пл где δ_э расстояние между ступенями трубы 1 (заданная точность измерения); S площадь чувствительного элемента датчика давления; ρ удельный вес измеряемой жидкости; ρ_э удельный вес эталонной (стандартной) жидкости; Р_пл вес пластины 4.

Если магнит 5 выполнен в виде электромагнита, то регулировать силу Р_м можно путем варьирования в нем силы тока при заданном расстоянии между пластиной 4 и магнитом 5 и заданном числе витков магнита.

Если ρ > ρ_э, то используют уровнемер (фиг. 2) с верхним расположением магнитов 5. В данном случае магниты 5 должны создавать усилие между ними и пластинами 4 Р_м (ρ ρ_э) S ˙δ_э + Р_пл.

В результате применения предложенного уровнемера:
расширяется класс измеряемых жидкостей с использованием стандартных датчиков давления при неизменном диапазоне измерения уровня;
упрощается процесс регулирования чувствительности стандартных датчиков давления путем использования сил магнитного поля;
обеспечивается бесконтактное регулирование чувствительности, что обуславливает применение данного уровнемера для измерения сверхчистых или взрывоопасных жидкостей.

Сущность изобретения: дискретный уровнемер содержит ступенчатую измерительную трубу, на каждой ступени которой установлен датчик давления, вход которого подключен к соответствующему входу блока обработки информации, пластины из магниточувствительного материала и магниты, каждый из которых выполнен с возможностью установки под соответствующим датчиком давления или на расположенной над ним ступени, а каждая пластина из магниточувствительного материала расположена на чувствительном элементе соответствующего датчика давления. 3 ил.

ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий ступенчатую измерительную трубу, на каждой ступени которой установлен датчик давления, выход которого подключен к соответствующему входу блока обработки информации, отличающийся тем, что в него введены пластины из магниточувствительного материала и магниты, каждый из которых выполнен с возможностью установки под соответствующим датчиком давления или на расположенной над ним ступени, а каждая пластина из магниточувствительного материала расположена на чувствительном элементе соответствующего датчика давления.