ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01F23/74 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля уровня в резервуарах и различных технологических емкостях, например, в выпарных аппаратах сахарного производства.

Известен датчик уровня жидкости со свободным поплавком /К.И. Харазов. Устройства атвоматики с магнитоуправляемыми контактами. М.: Энергоатомиздат, 1990 с. 215 - 216/. В резервуаре с жидкостью установлена вертикальная немагнитная труба, по которой свободно перемещается поплавок с кольцевым магнитом. Внутри трубы размещен геркон или группа герконов. При перемещении поплавка с магнитом происходит срабатывание геркона. Данный датчик прост в реализации, но имеет существенный недостаток. При выходе поплавка с магнитом из взаимодействия с герконом, полученная информация об уровне жидкости неоднозначна, то есть не позволяет определенно судить о положении уровня жидкости в промежутке между герконами. Этими же недостатками обладает датчик уровня жидкости с постоянным магнитом, охватывающим закрытую с одного конца немагнитную трубу, внутри которой дискретно по всей высоте расположены горизонтально герконы, снабженные плоскими магнитопроводами, протяженными на высоту шага дискретности и установлвенными с зазором. /Датчик уровня жидкости. А.с. N 1675686, кл. G 01 F 23/62. 23,74/.

Наиболее близким по техническому решению с заявленным объектом является сигнализатор уровня жидкости /Сигнализатор уровня жидкости. А.с. 1742628 кл. G 01 F 23/56/, который взят нами за прототип.

Сигнализатор уровня жидкости содержит поплавок c магнитом и со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую немагнитную трубу, внутри которой расположен геркон с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы. Для повышения надежности работы в агрессивных средах поплавок выполнен в виде верхнего и нижнего пустотелых стаканов, где магнит закреплен внутри поплавка.

При изменении уровня жидкости поплавок с магнитом перемещается по трубе и происходит срабатывание геркона, что фиксируется как изменение уровня. Данный сигнализатор имеет существенный недостаток - неоднозначность полученной информации об уровне жидкости. Так при выходе из взаимодействия геркона и магнита невозможно однозначно определить уровень жидкости, поднялся ли он вверх или наоборот понизился. Наличие групп герконов так же не устраняет этот недостаток, так как в промежутках между герконами информации об уровне жидкости нет, что делает процесс регулировки и контроля уровня в технологических процессах мало эффективным, так как уровень жидкости может выйти за границы предельно допустимых критических значений, что особенно опасно в аппаратах, работающих при повышенной температуре, давлении и с агрессивными средами.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности контроля уровня жидкости и расширение технологических возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что датчик уровня жидкости содержит магнит и поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы, герметичной с одного конца, с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы, внутри которой на планке закреплены в противоположном направлении относительно друг друга герконы и магниты, причем герконы расположены в поле действия магнитов, взаимодействующих с внутренней стенкой поплавка при его перемещении. Внутренняя стенка поплавка, охватывающая немагнитную трубу, выполнена в виде трубы из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами, определяющими предельно допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного уровня, а немагнитная направляющая труба установлена, например, на крышке сосуда с возможностью изменения ее положения по высоте и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка вверх в виде, например, хомутика, закрепленным на немагнитной трубе так, чтобы ферромагнитная труба поплавка в крайнем верхнем, зафиксированном хомутиком положении, входила во взаимодействие с верхним герконом и магнитом, определяющим верхний предельно допустимый уровень жидкости.

В отличие от прототипа предлагаемый датчик уровня позволяет повысить точность контроля за счет исключения неоднозначной информации. Тогда как в известных аналогах при перемещении поплавка с кольцевым магнитом он попадает в зону между герконами, где информация отсутствует. Применение множества герконов по всей высоте трубы значительно снижает ее надежность и усложняет эксплуатацию. А установка немагнитной направляющей трубы с возможностью изменения ее положения по высоте с дополнительным ограничителем хода поплавка значительно расширяет технологические возможности контроля и регулировки уровня жидкости в широких пределах. Нет необходимости установки множества герконов по всей высоте. Достаточно установить 3 пары геркон-магнит, которые и определят предельно допустимый уровень. Перечисленные выше взаимосвязанные признаки обеспечивают повышение точности контроля и расширения технологических возможностей.

Кроме того, предложенный датчик отличается простотой изготовления и высокой надежностью, так как каждая пара геркон-магнит строго зафиксирована и не меняет своего положения, меняется только положение поплавка относительно них.

Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень и критерию новизны", так как из опубликованных источников информации авторами не обнаружено подобное техническое решение, а предложенное техническое решение, его отличительные признаки позволяют получить такие новые свойства, как повышение объективности контроля и расширения технологических возможностей.

На чертеже представлен датчик контроля уровня жидкости.

Датчик уровня жидкости содержит поплавок 1 со сквозным отверстием, охватывающим вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы 2, герметичной с одного конца с ограничивающим ход поплавка диском 3 на торце трубы 2, внутри которой дискретно по высоте на планке 4 закреплены в противоположном направлении относительно друг друга герконы, верхний 5, средний 6 и нижний 7 и магниты, верхний 8, средний 9 и нижний 10 так, что геркон 5 находится в поле действия магнита 8, геркон 6 взаимодействует с магнитом 9, а геркон 7 взаимодействует с магнитом 10. Внутренняя стенка поплавка 1 выполнена в виде трубы 11 из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами 5, 7, определяющими предельно допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного (фиг. 1). Поплавок для повышения прочности имеет ребра жесткости 12. Немагнитная направляющая труба 2 установлена, например, на крышке 13 сосуда 14 с возможностью изменения ее положения по высоте (на фиг. 1 обозначено стрелками) и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка 1 вверх в виде хомутика 15, закрепленным на трубе 2 так, чтобы внутренняя ферромагнитная труба 11 в крайнем верхнем положении входила во взаимодействие с верхним герконом 5 и магнитом 8, определяющим верхний предельно допустимый уровень жидкости. Длина трубы 11 больше расстояния между герконами 5, 7, т.е. больше поля допуска на изменение уровня (L > 2Δh, где L - длина трубы, 2Δh - поле допуска).

Датчик уровня жидкости работает следующим образом. В измерительную камеру или сосуд 14 устанавливают вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы 2 с поплавком 1 на заданную глубину (расстояние от крышки 13 до диска 8). Жидкость в исходном состоянии отсутствует. При этом поплавок 1 лежит на диске 3, а ферромагнитная труба 11 находится вне поля действия каждого из магнитов 8, 9, 10. В этом случае каждый геркон находится в магнитном поле противоположного магнита, т.е. магнит взаимодействует с герконом 5, магнит 9 взаимодействует с герконом 6, а магнит 10 взаимодействует с герконом 7. Все герконы находятся в сработанном состоянии. В такой позиции поплавка средний геркон 6 (регулирующий) выдает сигнал на клапан 17 для подачи жидкости в сосуд 14. Нижний геркон 7 выдает сигнал о уровне жидкости ниже предельно допустимого. При подъеме уровня жидкости и контакта с поплавком 1, он начинает подниматься по немагнитной трубе 2. При входе верхнего конца ферромагнитной трубы 11 в зону действия магнита 10 часть магнитного потока шунтируется ею, магнитное поле через геркон ослабляется и он переходит в противоположное состояние - несработанное. При этом выдается сигнал о том, что уровень жидкости находится в пределах допуска (выше нижнего предельно допустимого), так как нижний геркон определяет нижнюю границу допуска и установлен ниже среднего геркона 6, определяющий номинальный уровень, на расстоянии Δh. Подъем уровня жидкости продолжается. При входе верхнего конца трубы 11 в поле действия магнита 9 геркон 6 переходит в противоположное состояние - несработанное. Механизм действия геркона 6 аналогичен геркону 7. Геркон 6 выдает сигнал на прекращение подачи жидкости в сосуд 14. Клапан 17 закрывается. При колебаниях уровня жидкости ферромагнитная труба 11 будет взаимодействовать с магнитом 9 и герконом 6 и будет периодически поступать сигнал от геркона к клапану 17 на закрытие и открытие, чем и будет определяться поддержание заданного уровня. При выходе уровня жидкости за верхний предел геркон 5 выдает аварийный сигнал. Дальнейшее повышение уровня жидкости не приведет к подъему поплавка, что не изменит состояние геркона 5 за счет наличия ограничителя 15 хода поплавка в крайнем верхнем положении и аварийный сигнал о подъеме уровня не исчезнет, что невозможно достичь в известных аналогах. Предложенное устройство позволяет повысить точность контроля уровня жидкости за счет исключения неоднозначной информации. Тогда как в известных датчиках уровня при перемещении поплавка с кольцевым магнитом он попадает в зону между герконами, где информация будет отсутствовать.

Применение же множества герконов по всей высоте трубы значительно усложняет систему контроля, снижает ее надежность и усложняет эксплуатацию.

Применение данного датчика в системах контроля и регулировки уровня жидкости не требует сложных приборов, компьютеров и преобразователей.

Предлагаемый датчик изготовлен и испытан. В настоящее время изготовлено пять промышленных образцов датчиков для внедрения в промышленную эксплуатацию.

Датчик может быть использован для контроля уровня жидкости в различных технологических аппаратах. Датчик содержит поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую трубу с диском на конце трубы, внутри которой расположены герконы. Внутри трубы на планке закреплены в противоположном направлении относительно друг друга герконы и магниты так, что герконы находятся в поле действия магнитов, которые взаимодействуют с внутренней стенкой поплавка, выполненной из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами, определяющими предельно-допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости от заданного. Для расширения технологических возможностей немагнитная труба с поплавком установлена на крышке сосуда с возможностью изменения ее положения по высоте и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка вверх в виде хомутика, закрепленным на трубе так, чтобы ферромагнитная труба поплавка в крайнем верхнем зафиксированном хомутиком положении входила во взаимодействие с верхними герконом и магнитом, определяющими верхний предельно-допустимый уровень жидкости. Повышена объективность контроля и расширены технологические возможности. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик уровня жидкости, содержащий магнит и поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы, герметичной с одного конца, с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы, внутри которой дискретно по высоте расположены герконы, отличающийся тем, что внутри трубы на планке закреплены в противоположных направлениях относительно друг друга герконы и магниты, причем герконы расположены в поле действия магнитов, взаимодействующих с внутренней стенкой поплавка при его перемещении. 2. Датчик уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что внутренняя стенка поплавка, охватывающая немагнитную трубу, выполнена в виде трубы из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами, определяющими предельно-допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного уровня. 3. Датчик уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что немагнитная направляющая труба установлена, например, на крышке сосуда с возможностью изменения ее положения по высоте и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка вверх в виде, например, хомутика, закрепленным на немагнитной трубе так, чтобы ферромагнитная труба поплавка в крайнем верхнем, зафиксированном хомутиком положении, входила во взаимодействие с верхним герконом и магнитом, определяющим верхний предельно-допустимый уровень жидкости.