ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ Российский патент 2001 года по МПК G01F23/72 

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости, в частности уровня бурового раствора в приемной емкости во время бурения.

Известны уровнемеры, имеющие поплавок, перемещающийся по вертикальной оси, расположенной соосно с трубчатым корпусом уровнемера, и взаимодействующий с подвижными контактами резистивной электрической цепи. Например, уровнемер, описанный в заявке Франции N 2626071, МПК G 01 F 23/68, опубл. 21.07.89 "Управляющий узел прибора для указания уровня жидкости в резервуаре", уровнемер, описанный в заявке Франции N 2625314, МПК G 01 F 23/68, опубл. 30.06.89 "Устройство управления для указателя уровня содержимого резервуара". В этих устройствах для обеспечения электрического соединения с подвижными контактами используются механические системы, сложные в изготовлении и ненадежные при работе в условиях буровых растворов, содержащих большое количество различных химических реагентов, глину, песок и т. п. Попадание раствора может полностью вывести из строя механические узлы прибора.

Датчик уровня жидкости, описанный в международной заявке N 89/05443, МПК G 01 F 23/68, опубл. 15.06.89, содержит контактный элемент с пластинами, контактирующими с резистивными проволоками, особым образом намотанными на стержне. Сложность выполнения намотки, низкая технологичность изготовления такого датчика для измерений уровня до нескольких метров и, как следствие, его дороговизна, делают его непригодным для решения поставленной задачи.

Наиболее близким по технической сущности является уровнемер, представленный в описании к А.С. СССР N 1582023, МПК G 01 F 23/64, опубл. 30.07.90. Указанный уровнемер содержит поплавок с магнитом, расположенный на диамагнитной трубке, внутри которой установлен потенциометрический преобразователь, выполненный в виде диэлектрического стержня с пазами по всей длине, в которых расположены дополнительные контакты, на наружной поверхности выполнена двухзаходная резьба, в канавках которой расположены высокоомные проводники. Недостатком данного устройства для решения поставленной задачи является повышенная сложность изготовления при большой ( > 1 м) длине диэлектрического стержня, соответственно высокая стоимость изготовления стержня, а также низкая надежность работы шариковых контактов (высокое сопротивление перехода шарик - проводник, для уменьшения сопротивления перехода требуется большое давление - усилие в точках контакта, а увеличение усилия приводи к увеличению силы трения). Кроме того, большой перепад температур требует выполнения трубы и стержня из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения.

Целью изобретения является упрощение устройства, упрощение технологии его изготовления, повышение надежности при работе в агрессивных средах и жестких условиях буровой.

Поставленная задача решается тем, что потенциометрический преобразователь выполнен в виде стержня, на наружной поверхности которого расположены, по крайней мере, две спирали из изоляционной струны, например лески, в образовавшиеся канавки которой уложены, по крайней мере, две спирали из высокоомного проводника, диаметр которого меньше диаметра изоляционной струны. Такое выполнение резистора позволяет изготавливать стержень и трубу из материала с одинаковыми температурными коэффициентами расширения, что при большой длине стержня имеет существенное влияние на точность измерения, избежать механической обработки стержня (нарезания канавок и т.д.), которая усложнена большой длиной стержня (до нескольких метров) и его малым диаметром, в результате резко сократить стоимость изготовления потенциометрического преобразователя.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что подвижный токосъемник выполнен в виде втулки из изоляционного материала, на которой установлен кольцевой магнитопровод из ферромагнитного материала, а магнит поплавка выполнен многосекционным. Такое выполнение подвижного токосъемника и магнита поплавка позволяет уменьшить воздушный зазор между магнитом поплавка и магнитопроводом подвижного токосъемника практически до толщины стенки трубы, что ведет к увеличению потокосцепления между магнитопроводом подвижного токосъемника и магнитами поплавка, соответственно возрастает усилие притяжения и увеличивается точность установки подвижного токосъемника по отношению к магнитам поплавка, а также устраняется неоднозначность установки подвижного токосъемника по отношению к кольцеобразному магниту поплавка (верхняя или нижняя грань), в результате резко возрастает точность измерения уровня.

Еще одним отличием предлагаемого изобретения является выполнение контактных элементов в виде подпружиненных щеток. Щеточный контакт позволяет резко снизить давление контакта на резистор, что также влияет на точность установки подвижного токосъемника и, соответственно, на точность измерения.

На фиг. 1 представлена общая схема уровнемера,
на фиг. 2 схематически представлено выполнение резистора потенциометрического преобразователя,
на фиг. 3 - выполнение подвижного токосъемника,
на фиг. 4 - магнит поплавка.

Уровнемер содержит немагнитную трубу 1, по которой перемещается поплавок 2 с секционированным магнитом 3. Внутри трубы, коаксиально ей, размещен резистор 4 потенциометрического преобразователя, по которому перемещается токосъемник 5, выполненный в виде втулки из изоляционного материала с кольцевым магнитопроводом 6, взаимодействующим за счет сил магнитного потокосцепления с магнитом поплавка 3. Резистор 4 представляет из себя стержень 7 (фиг. 2), на котором размещены, по крайней мере, две спирали 8 из изоляционной струны (например лески), в образовавшиеся канавки которой уложены, по крайней мере, две спирали из высокоомного проводника 9. На фиг. 3 представлен подвижный токосъемник 5, состоящий из втулки 10 из изоляционного материала, на которой размещены кольцевой магнитопровод 6 с зазором 12, и подпружиненные контактные щетки 11. На фиг. 4 представлено схематическое изображение магнита 3 поплавка, с полюсами 13. Уровнемер крепится на резервуар с помощью кронштейна 14.

Уровнемер работает следующим образом: при изменении уровня жидкости в емкости поплавок 2 будет перемещаться вдоль трубы 1 вместе с уровнем жидкости. Так как труба выполнена из немагнитного материала, то за счет магнитного потокосцепления вслед за магнитом 3 будет перемещаться магнитопровод 6 вместе с токосъемником 5, а следовательно, и контактными щетками 11. Контактные щетки 11 прижимаются к виткам высокоомных проводников 9 за счет того, что щетки подпружинены относительно втулки 10 и замыкают соседние витки разных высокоомных проводников 9 в точках измеряемого уровня. При движении контактов 11 меняется длина замкнутых частей высокоомных проводников 9, меняется их омическое сопротивление с очень малым шагом дискретности. По изменению омического сопротивления (тока в цепи) определяется уровень жидкости в емкости. Сигнал с датчика уровня поступает на вход преобразователя уровня.

Устройство просто в изготовлении, обладает высокой точностью измерения уровня и показало высокую надежность при работе во время бурения.

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости, в частности уровня бурового раствора в приемной емкости во время бурения скважин на нефть и газ, и может быть использовано в нефтяной, газовой и других отраслях народного хозяйства. Измеритель уровня содержит поплавок с многосекционным магнитом, перемещающийся по немагнитной трубе. Внутри трубы установлен потенциометрический преобразователь, выполненный в виде стержня, коаксиального немагнитной трубе. На наружной поверхности стержня размещены, по крайней мере, две спирали из изоляционной струны, в образовавшиеся канавки которой уложены, по крайней мере, две спирали из высокоомного проводника. Подвижный токосъемник выполнен в виде втулки из изоляционного материала, на которой установлен кольцевой магнитопровод и подпружиненные контактные щетки. Устройство просто в изготовлении и обладает высокой надежностью при работе в агрессивных средах и жестких условиях. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Измеритель уровня, содержащий поплавок с магнитом, размещенный на трубе из немагнитного материала, внутри которой установлен потенциометрический преобразователь, выполненный в виде стержня, коаксиального немагнитной трубе, двух высокоомных проводников и подвижного токосъемника, имеющего контактные элементы, взаимодействующего с поплавком за счет магнитного потокосцепления, отличающийся тем, что на наружной поверхности стержня потенциометрического преобразователя размещены, по крайней мере, две спирали из изоляционной струны, в образовавшиеся канавки которых уложены, по крайней мере, две спирали из высокоомного проводника.