УРОВНЕМЕР Российский патент 2003 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в открытых водоемах, каналах, канализационных коллекторах и прочих гидротехнических сооружениях. Рабочий диапазон электропроводности измеряемой жидкости - от единиц миллисименс /чистая озерная, речная вода/ до 0,2 - 0,3 сименс на метр /промышленные стоки/. Для морской воды и технических рассолов заявленный уровнемер непригоден.

Известен уровнемер, содержащий оголенный спиральный токовый электрод, размещенный неподалеку от него потенциальный электрод и измерительную схему /см. заявку Великобритании 1603793, МПК G 01 F 23/24 от 1981 г./
Недостатками данного устройства являются значительная потребляемая мощность /десятки ватт/ и низкая помехозащищенность при работе около источников помех промышленной частоты 50 Гц.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является "Потенциометрический уровнемер", содержащий вертикально установленный в сосуде с электропроводящей жидкостью оголенный спиральный электрод, нижний конец которого соединен последовательно с регистратором и потенциальным электродом. Устройство дополнительно содержит возбуждающую катушку /обмотку/ с ферромагнитным сердечником, которая подключена к источнику переменного напряжения, при этом катушка /обмотка/ выполнена герметичной и установлена коаксиально внутри спирального электрода /см. а.с. СССР 1627848, МПК G 01 F 23/24, бюлл. 6, 1991 г./
Это позволяет существенно снизить потребляемую уровнемером мощность, поскольку потенциометрический принцип преобразования фактически заменен на автотрансформаторный. Однако общий с аналогом недостаток - низкая помехозащищенность - у прототипа сохраняется. Дело в том, что при работе устройства на промышленной частоте 50 Гц потенциальный электрод воспринимает наводки от т. н. "блуждающих токов", неизбежно присутствующих вблизи жилых и промышленных объектов /например, насосных станций/. Чтобы избегать помех, рекомендуют использовать другую рабочую частоту, но подобный метод резко усложняет измерительную схему и все равно не гарантирует полной помехозащищенности.

Задачей изобретения является повышение помехозащищенности уровнемера автотрансформаторного типа.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п.1 формулы изобретения и общих с прототипом, таких, как вертикальный магнитопровод, герметичная возбуждающая обмотка и расположенный поверх нее оголенный спиральный контактирующий с жидкостью электрод, а также измерительная схема, и отличительных, существенных признаков, таких, как выполнение магнитопровода из отдельных ферромагнитных проволок, замыкающихся в пространстве вокруг центральной части устройства и образующих экранирующую решетчатую цилиндрическую поверхность, а измерительная схема подключена к нижнему концу спирального электрода через изолированный проводник, проходящий по оси устройства, при этом все элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода изолированы от жидкости.

Это позволяет повысить помехозащищенность уровнемера.

Особенности выполнения измерительной схемы устройства отражены в п. 2 формулы изобретения, а именно, измерительная схема содержит полупроводниковый диод, включенный между нижним концом спирального электрода и одним из проводов двухпроводной симметричной линии, подсоединенной к возбуждающей обмотке уровнемера, при этом на диспетчерском пункте линия подключена к сети 220 В через понижающий трансформатор, а пропорциональный уровню жидкости потенциал снимается с конденсатора, включенного между одним из проводов двухпроводной линии и землей.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 показан продольный разрез устройства по линии А-А; на фиг. 3 дана принципиальная электрическая схема устройства.

Уровнемер содержит центральную часть 1 и окружающий ее заземленный решетчатый цилиндр-магнитопровод 2. В свою очередь, центральная часть 1 включает спиральный электрод 3, герметичную возбуждающую обмотку 4 и соединительный изолированный проводник 5, проходящий по оси устройства. Кроме того, элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода снабжены изолирующим покрытием 6. Позицией 7 обозначены точки сварки ферромагнитной проволоки, образующей решетчатый цилиндр-магнитопровод.

Уровнемер работает следующим образом.

При подаче на возбуждающую обмотку напряжения промышленной частоты (36-50 В из соображений безопасности персонала) центральная часть 1 действует как понижающий трансформатор с числом витков на вольт около 10. Спиральный электрод 3 содержит примерно 100 витков проволоки прямоугольного сечения (ленты) из коррозионно-стойкого материала (например, нержавеющей стали). Лента намотана с некоторым "шагом", т.е. зазором между витками. Соответственно напряжение на концах спирального электрода 3 составляет 10-12 В (амплитудное значение). Большее напряжение нежелательно - протекание в жидкости значительного тока вызывает рост потребляемой уровнемером мощности и приводит к нелинейности шкалы прибора.

Поскольку спиральный электрод 3 изолирован от земли, то на нем появляется некий переменный потенциал, зависящий от уровня измеряемой жидкости. Максимальное амплитудное значение потенциала равно половине рабочего напряжения на концах спирального электрода 3 (здесь примерно 5-6 В). Одна из полуволн потенциала спирального электрода относительно земли через диод VD подается на симметричную двухпроводную питающую линию, изолированную от земли.

Пропорциональный уровню жидкости постоянный (точнее, медленно меняющийся) потенциал относительно земли снимается на диспетчерском пункте с конденсатора С значительной емкости, подключенного к одному из проводов двухпроводной питающей линии. Поскольку изменения уровня жидкости происходят сравнительно медленно, постоянная времени измерительной цепи может достигать 10 с и более, что гарантирует подавление периодических и импульсных помех.

Возможные электрохимические потенциалы при выполнении спирального электрода 3 из нержавеющей стали не превышают 0,05-0,1 В, что составляет 1-2% от максимального значения измеряемого потенциала.

Изолирующее покрытие 6 необходимо для того, чтобы обеспечить строго радиальный характер электрического поля Е_ж между спиральным электродом 3 и решетчатым заземленным цилиндром 2. При появлении осевой компоненты поля в нижней части уровнемера шкала прибора станет нелинейной. То же самое можно сказать и о резервуаре - его дно должно иметь электропроводность, много меньшую, чем электропроводность измеряемой жидкости. Если работа уровнемера происходит в условиях, не гарантирующих изоляции дна резервуара, то под нижний торец решетчатого цилиндра 2 необходимо подстелить слой изолирующей пленки, диаметр которой должен превосходить максимальную величину измеряемого уровня.

Для работы электрической схемы конкретное расположение проводника 5 несущественно, однако из cоображений надежности конструкции в полевых условиях лучше всего собрать проводники под одним герметичным вводом в центральную часть 1. Кроме того, на месте установки уровнемер желательно поместить в защитную (например, бетонную) камеру.

О технологии сборки уровнемера.

Решетчатый цилиндр-магнитопровод собирается из элементов П-образной формы с готовой изоляцией. П-образные элементы пропускаются через центральную часть 1, а затем их верхние концы сгибаются (необязательно под прямым углом) и свариваются.

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в открытых водоемах, каналах, канализационных коллекторах и прочих гидротехнических сооружениях. Уровнемер для слабопроводящих жидкостей содержит вертикальный магнитопровод, герметичную возбуждающую обмотку, оголенный спиральный электрод, измерительную схему. Спиральный электрод расположен поверх герметичной возбуждающей обмотки и контактирует с жидкостью. Магнитопровод выполнен в виде экранирующего решетчатого цилиндра из отдельных ферромагнитных проволок, которые замыкаются вокруг центральной части. Центральная часть включает спиральный электрод, герметичную возбуждающую обмотку и соединительный проводник. Измерительная схема подключена к нижнему концу спирального электрода через изолированный проводник, проходящий по оси устройства. Все элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода изолированы от жидкости. Технический результат состоит в повышении помехозащищенности уровнемера. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Уровнемер для слабопроводящих жидкостей, включающий вертикальный магнитопровод, герметичную возбуждающую обмотку и раположенный поверх нее оголенный спиральный контактирующий с жидкостью электрод, а также измерительную схему, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде экранирующего решетчатого цилиндра из отдельных ферромагнитных проволок, замыкающихся вокруг центральной части, включающей спиральный электрод, герметичную возбуждающую обмотку и соединительный проводник, а измерительная схема подключена к нижнему концу спирального электрода через изолированный проводник, проходящий по оси устройства, при этом все элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода изолированы от жидкости. 2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что измерительная схема содержит полупроводниковый диод, включенный между нижним концом спирального электрода и одним из двух проводов питающей линии, подсоединенной к возбуждающей обмотке уровнемера, при этом на диспетчерском пункте линия подключена к сети 220 В через понижающий трансформатор, а пропорциональный уровню жидкости потенциал снимается с конденсатора, включенного между одним из проводов двухпроводной линии и землей.