ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ УРОВНЯ Российский патент 1999 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровня жидкости в технологических сосудах.

Известен акустический сигнализатор уровня [1], в котором используется акустически связанный телефон-излучатель и микрофон, усилитель с подстроечным резистором в цепи его обратной связи. При этом микрофон включен на вход усилителя, а на его выход последовательно подключены электромагнитное реле, регулировочный резистор. Использование указанного сигнализатора может привести к ложным срабатываниям при измерении уровня таких жидкостей, как нефть, мазут из-за загрязнения телефона-излучателя и микрофона и из-за обледенения их при измерении в сложных климатических условиях.

Известен также датчик положения уровня, выбранный в качестве прототипа [2] , содержащий чувствительный элемент (ЧЭ), включающий пьезоэлектрический излучатель и приемник, находящиеся в корпусе и соединенные с преобразователем.

Описанный датчик имеет определенные преимущества: он не зависит от плотности в отличие от дискретных уровнемеров.

Однако, возможности применения датчика ограничены. Так, например, при использовании для контроля нефти, мазута, нефтепродуктов, постоянного присутствующие в них вязкие компоненты (парафины, битум) могут привести к загрязнению чувствительного элемента, из-за чего могут произойти ложные срабатывания датчика. При использовании в определенных температурных условиях возможно и обледенение ЧЭ, что также может вызвать ложное срабатывание.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик датчика.

Поставленная задача достигается тем, что в датчике положения уровня, содержащем чувствительный элемент, соединенный с преобразователем штангой, а также узел крепления, чувствительный элемент выполнен из пьезоэлементов возбуждения и контроля, помещенных в корпус обтекаемой формы из изолирующего материала, проводящего звуковые колебания и устойчивого к агрессивным жидкостям, при этом пьезоэлементы возбуждения и контроля механически связаны с корпусом проводящими звуковые колебания элементами и электрически соединены через усилитель и полосовой фильтр, образуя контур возбуждения ультразвуковых колебаний.

При этом корпус чувствительного элемента предлагается выполнить из изолирующего материала, проводящего звуковые колебания и устойчивого к агрессивным жидкостям, и покрытия с низкими адгезионными свойствами.

Определение положения уровня жидкости основано на различии в способности жидкости и газов поглощать энергию ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в контуре возбуждения из двух пьезоэлементов, корпуса и генератора возбуждения колебаний. Пока ЧЭ датчика находится в газовой среде, ультразвуковые колебания в его корпусе практически не поглощаются внешней средой. Когда уровень жидкости оказывается выше чувствительного элемента, амплитуда ультразвуковых колебаний в его корпусе падает.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведен конкретный вариант выполнения датчика:
на фиг. 1 - конструкция предлагаемого датчика уровня жидкости;
на фиг. 2 - функциональная схема датчика.

Датчик уровня (см. фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1, выполненный из пьезоэлемента возбуждения 2 и пьезоэлемента контроля 3, помещенных в корпус 4 обтекаемой формы. Чувствительный элемент штангой 5 соединен с преобразователем 6, а также снабжен узлом его крепления, который в предлагаемом варианте выполнен в виде переходной муфты 7.

На фиг. 2, как уже отмечалось, приведена функциональная схема датчика, в которую входят, принадлежащие ЧЭ 1 пьезоэлемент возбуждения 2 и пьезоэлемент контроля 3, соединенный через предварительный усилитель 8 и полосовой фильтр 9, образующие контур возбуждения ультразвуковых колебаний, с пьезоэлементом 2. Пьезоэлемент контроля 3 связан также с последовательно соединенными детектором 10, компаратором 11 и токовым ключом 12.

Пьезоэлементы 2 и 3 чувствительного элемента 1 помещены в корпус 4 из материала, устойчивого к агрессивным жидкостям и обладающего изолирующими свойствами, в качестве которого может быть выбрана нержавеющая сталь, например, марки 12Х18Н10Е, т.к. она хорошо проводит звуковые колебания и отвечает всем требованиям, предъявляемым к материалу для предлагаемой конструкции. При этом корпус чувствительного элемента предлагается защитить дополнительно фторопластовым покрытием, т.к. оно обладает низкими адгезионными свойствами и еще более уменьшит загрязнение и обледенение ЧЭ.

ЧЭ 1 штангой 5, также из нержавеющей стали, как материала устойчивого к агрессивным жидкостям, с фторопластовым покрытием, соединен с преобразователем 6. Преобразователь 6 предлагается конструктивно выполнить в виде электронной платы, расположенной в литом прямоугольном корпусе из алюминиевого сплава. Корпус преобразователя предлагается снабдить сальниковым вводом с переходной гайкой для подстыковки трубы или металлорукава. Плата преобразователя соединена клеммным соединителем для подключения соединительного кабеля. Установка датчика осуществляется на резьбовой штуцер переходной муфты 7.

Рассмотрим работу датчика.

Принцип действия датчика основан на измерении степени затухания возбуждаемых в чувствительном элементе ультразвуковых колебаний. Пьезоэлементы возбуждения 2 и контроля 3 с предварительным усилителем 8 и полосовым фильтром 9 образуют контур, в котором возбуждаются колебания ультразвуковой частоты. Ультразвуковые колебания по корпусу 4 передаются на элемент контроля 3.

Пока чувствительный элемент 1 датчика находится в газовой среде, ультразвуковые колебания в его корпусе практически не поглощаются внешней средой. При погружении ЧЭ 1 в жидкость энергия ультразвуковых колебаний поглощается жидкостью и амплитуда колебаний на входе предварительного усилителя 8 уменьшается. Амплитуда колебаний считывается детектором 10 и контролируется компаратором 11. Компаратор 11 замыкает токовый ключ 12, который был разомкнут при отсутствии жидкости вокруг чувствительного элемента 1.

Большая разница уровня полезного сигнала при положениях датчика "сухой/залитый" делают прибор малочувствительным к возможному загрязнению.

Предложенная конструкция датчика позволяет существенно повысить его эксплуатационные характеристики, т.к. уменьшается возможность обледенения ЧЭ и загрязнения, вязкими компонентами, постоянно присутствующими в ряде контролируемых жидкостей, таких как, например, нефть, мазут, нефтепродукты с большим содержанием парафинов, битума. Но даже при наличии слоя льда или грязи толщиной несколько миллиметров ложных срабатываний датчика не произойдет, т.к. пьезоэлементы ЧЭ защищены.

Литература:
1. RU, патент 2029921, G 01 F 23/28.

2. EP, заявка 0409458, G 01 F 23/28, 23.01.91.

Датчик используется для контроля уровня жидкости в технологических сосудах. В датчике положения уровня чувствительный элемент соединен с преобразователем штангой и выполнен из пьезоэлементов возбуждения и контроля, помещенных в корпус обтекаемой формы из изолирующего материала, проводящего звуковые колебания и устойчивого к агрессивным жидкостям, и покрытия с низкими адгезионными свойствами. Пьезоэлементы возбуждения и контроля механически связаны с корпусом проводящими звуковые колебания элементами и электрически соединены через усилитель и полосовой фильтр, образуя контур возбуждения ультразвуковой колебаний. Определение положения уровня жидкости основано на различии в способности жидкостей и газов поглощать энергию ультразвуковых колебаний. Повышены эксплуатационные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик положения уровня, содержащий чувствительный элемент, выполненный из пьезоэлементов возбуждения и контроля, помещенных в корпус, и соединенный с преобразователем штангой, и узел крепления, отличающийся тем, что корпус имеет обтекаемую форму и выполнен из изолирующего материала, проводящего звуковые колебания и устойчивого к агрессивным жидкостям, при этом пьезоэлемент возбуждения и контроля механически связаны с корпусом проводящими звуковые колебания элементов и электрически соединены через усилитель и полосовой фильтр, образуя контур возбуждения ультразвуковых колебаний. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что корпус чувствительного элемента имеет покрытие с низкими адгезионными свойствами.