СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ Российский патент 2018 года по МПК G01F23/72 G01F23/02 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для индикации уровня жидкости в закрытых емкостях [G01F 23/12].

Из уровня техники известен ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕМЕР [RU 22245 U1, опубл. 10.03.2002], содержащий герметизированную трубку из немагнитного материала, поплавок с кольцевым постоянным магнитом, установленный концентрично с трубкой с возможностью перемещения вдоль нее, размещенные внутри трубки резисторы, последовательно соединенные в цепь, оба конца которой через линию связи подключены к источнику тока, и герконы, один из выводов которых подключен к точке соединения двух резисторов, другие выводы герконов соединены между собой, индикатор уровня жидкости, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные RC-фильтр, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен со входом микропроцессорного контроллера индикатора уровня жидкости с цифровым дисплеем и клавиатурой, причем один из входов RC-фильтра соединен через линию связи с общей точкой соединенных между собой выводов герконов, а другой вход RC-фильтра соединен с источником тока и с тем концом цепи резисторов, который соединен с герконом.

Также из уровня техники известен ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР [RU 2292017 С1, опубл. 20.01.2007], содержащий вертикальную немагнитную трубу, внутри которой установлены герконы и резисторы, последовательно соединенные в цепь, оба конца которой через линию связи подключены к источнику тока, а также магнит, жестко связанный с поплавком, выполненным с возможностью перемещения вдоль трубы и обеспечения зоны взаимодействия с герконом по высоте, при этом один из выводов геркона подключен к точке соединения двух резисторов последовательной цепи, а другой вывод соединен с цепью, содержащей связанный с шиной разделительный резистор и общую выходную цепь, соединенную с индикатором, отличающийся тем, что соседние по высоте герконы подключены к двум различным шинам, каждая из которых соединена с выходной цепью через свой разделительный резистор, при этом величины сопротивления разделительных резисторов равны друг другу, крайние резисторы последовательной цепи, через которые верхний и нижний герконы соединены с источником тока, имеют сопротивления, наименьшие в цепи.

Недостатком данных аналогов является необходимость подключения к индикатору внешних источников электрического питания, что ограничивает область применения данных индикаторов и обуславливает невысокую надежность использования.

Наиболее близким по технической сущности является ИНДИКАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ [SU 807065, опубл. 23.02.1981], который состоит из полуцилиндрического основания, закрепленного на немагнитной мерной трубе, соединенной с емкостью с помощью патрубков, задняя стенка основания служит шкалой, при этом вдоль трубки на оси установлены поворотные магнитные элементы, представляющие собой постоянные магниты, стороны которых окрашены в контрастные цвета, трубка закрыта стеклом, внутри мерной трубы в поплавке установлен управляющий магнит, который поддерживается на поверхности жидкости, при этом на концах трубки установлены дополнительные магниты, ориентирование друг к другу односменными полюсами, противоположными рабочему полюсу управляющего магнита. Данный индикатор уровня жидкости реализует следующий способ определения уровня жидкости в резервуаре, который характеризуется тем, что снаружи мерной трубы, объем которой сообщается с объемом резервуара, устанавливают индикатор уровня жидкости, после чего во время заполнения резервуара поднимают уровень жидкости в выносной камере, который воздействует на поплавок и перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, при этом поле управляющего магнита поплавка последовательно воздействует на магниты, расположенные внутри магнитных роликовых элементов, и создает вращательный момент и поворачивает вокруг оси магнитные элементы, находящиеся в зоне действия управляющего магнита, при этом поворотные элементы, которые не находятся в зоне действия управляющего магнита, удерживаются в устойчивом положении за счет магнитного поля дополнительных магнитов, которые замыкаются на магнитное поле управляющего магнита, а цепочки магнитных элементов служат магнитопроводом для этого дополнительного поля.

Технической проблемой прототипа является низкая надежность магнитных поворотных элементов, которая обусловлена размагничиваем дополнительных магнитов и ослаблением магнитной цепи, которое может привести к их неуправляемым проворотам и залипанием поворотных магнитных элементов, а также ограниченная возможность использования индикатора на мерных трубках различного размера.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы магнитного индикатора уровня, а также обеспечение возможности установки индикатора на мерных трубках (выносных камерах) различного диаметра.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ определения уровня жидкости в резервуаре, характеризующийся тем, что снаружи цилиндрической выносной камеры, объем которой сообщается с объемом резервуара устанавливают магнитный роликовый индикатор уровня, после чего во время заполнения резервуара поднимают уровень жидкости в выносной камере, который воздействует на поплавок и перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, при этом магнитное поле кольцевого магнита поплавка последовательно воздействует на магниты, расположенные внутри магнитных роликовых элементов и создает вращательный момент, отличающийся тем, что во время заполнения резервуара уровень жидкости в выносной камере поднимают за счет действия гидростатического давления, при этом уровень жидкости, воздействуя на поплавок, перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, а магнитным полем кольцевого магнита поплавка последовательно воздействуют на магниты, расположенные внутри магнитных элементов индикатора, установленных в профиле магнитного индикатора, причем магнитный роликовый индикатор уровня устанавливают путем совмещения продольной цилиндрической выемки соответствующего радиуса на основании индикатора с цилиндрической поверхностью выносной камеры и фиксации его на выносной камере, вращательный момент со стороны магнитного поля кольцевого магнита поплавка при движении поплавка вверх последовательно разворачивает магнитные элементы, которые могут иметь как цилиндрическую, так и плоскую форму с двумя контрастно окрашенными половинами, на 180° одной стороной к защитному стеклу, образуя таким образом последовательную полосу из одноцветных половин, при опустошении резервуара поплавок проходит в обратную сторону вдоль перевернутых элементов, воздействует магнитным полем на расположенные в них магниты и поворачивает их обратно на 180° обратной половиной, окрашенной в другой цвет, к стеклу так, что в произвольный момент времени высота непрерывной последовательности одноцветных половин магнитных элементов соответствует реальному уровню жидкости в резервуаре.

Предпочтительно снаружи выносной камеры устанавливаются два магнитных индикатора, а в камеру помещаются два поплавка с противоположными полюсами магнитных полей.

Предпочтительно снаружи выносной камеры устанавливаются две измерительные шкалы: с основными единицами измерения и вспомогательная с единицами плотности жидкости.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан профиль магнитного индикатора, на котором обозначено: 1 - основание магнитного индикатора, 2 - продольные цилиндрические выемки для установки на камеры различных диаметров, 3 - Т-образный паз, 4 – П-образный паз для установки магнитных элементов, 5 - место установки защитного стекла (пластины).

На фиг. 2 показаны два вида магнитных элементов, где: 6 - темная половина магнитного элемента, 7 - светлая половина магнитного элемента, 8 - ось магнитного элемента, 9 - стопор магнитного элемента.

На фиг. 3 показана условная модель указателя уровня в разрезе: 10 - магнитный индикатор, 11 - поплавок, 12 - магнитная система поплавка, 13 - наборные элементы магнитного индикатора, 14 - стержневые магниты наборных элементов.

На фиг. 4 показан вид на магнитный индикатор спереди, где 15 - профиль магнитного индикатора, 16 - нижнее окончание профиля с крепежным элементом, 17 - хомут для закрепления магнитного индикатора на камере, 18 - наборные магнитные элементы (темная половина / заполненная емкость), 19 - наборные магнитные элементы (светлая сторона / пустая емкость).

На фиг. 5 показан указатель уровня жидкости (20), установленный на емкости (21) при помощи присоединительных фланцев (22), отсечных кранов (23), патрубков (24). Для фиксации указателя на емкости может использоваться кронштейн (25). Емкость и камера указателя уровня заполнены жидкостью (26), в которой плавает поплавок с магнитом (27), который воздействует магнитным полем на магнитный индикатор (28) со шкалой (29), сигнализаторы (30) уровня и датчик уровня (31). Поплавок находится в поплавковой камере (32), при опустошении емкости через дренажный кран (33).

На фиг. 6 показан указатель уровня верхнего монтажа (34), установленный на емкости (21) при помощи фланцевого соединения (22). Внутри емкости находится поплавок без магнита (35), к которому присоединена направляющая штанга (36). На противоположном конце штанги установлена магнитная система, которая воздействует на магнитный индикатор (28) с установленной на него шкалой (29).

На фиг. 7 показана реализация системы регулировки показаний на основании изменений плотности измеряемой жидкости, выполненная при помощи вспомогательной шкалы 37.

На фиг. 8 показаны 38 - титановые сферы, 39 - обечайка.

Осуществление изобретения

Способ может быть реализован, например, на основе магнитного роликового индикатора уровня, который выполняют из П-образного продольного алюминиевого профиля (основания) 1, на внешней стороне которого формируют продольные цилиндрические выемки 2 различного радиуса. По торцевым сторонам профиля 15 располагаются Т-образные пазы 3 для установки крепежных элементов или навесного оборудования. На противоположной стороне в профиле имеется П-образный паз 4, в который вставляются наборные магнитные элементы (флажки или ролики) 13 с определенным шагом. Для защиты наборных магнитных элементов в паз профиля 5, образованный внешней стенкой профиля и стопором профиля, вставляется защитная пластина, выполненная из стекла или прозрачного полимера. Между внутренней стенкой профиля и стопором размещаются направляющие пластины с отверстиями, в которые вставляются цилиндрические или конические оси 9 магнитных элементов. Каждый магнитный элемент состоит из двух контрастно окрашенных половин 6 и 7 и магнита 14, при этом на осях 9 магнитных элементов имеются выступающие бобышки 8, которые ограничивают сектор вращения магнитного элемента 180°.

Ограничение вращения вокруг осей 8 элементов выполнено с целью обеспечения стабильной работы магнитного индикатора уровня 13 и недопущения проворотов элементов 10 на высоко динамичных процессах.

Т-образные пазы 3 предназначены для установки бесконтактных сигнализаторов уровня (герконовых) при помощи квадратных гаек или фиксации самого индикатора при помощи стяжных хомутов.

Магнитный роликовый индикатор уровня 20 может применяться в нескольких вариантах установки на выносных камерах резервуаров 20 - боковой (см. Фиг. 5) и 34 - верхней (см. Фиг. 6).

Для первого варианта установки на резервуаре 21 расположены боковые патрубки 24 с соединительными фланцами 22, к которым болтовыми соединениями прикреплены элементы запорной арматуры 23. С другой стороны, к элементам запорной арматуры 23 прикреплены соединительные фланцы 22 с патрубками 24 выносной камеры 20, таким образом, что объем выносной камеры 20 сообщается с объемом резервуара 21, при этом нижний патрубок 24 прикреплен на некотором расстоянии от нижнего торца выносной камеры 20, также выносная камера 20 кронштейном 25 прикреплена к резервуару 21. Внутри выносной камеры 20 расположен поплавок 27 с горизонтально ориентированным кольцевым магнитом (на чертежах не указан).

Сбоку от выносной камеры 20 прикреплен магнитный индикатор уровня 28, к которому прикреплена измерительная шкала 29, при помощи хомутов (на чертежах не указаны), при этом для установки индикатора уровня 28 на основании 1 подбирается продольная цилиндрическая выемка 2 соответствующего выносной камере 19 радиуса, что обуславливает достижение заявленного технического результата - обеспечение возможности установки индикатора 28 на выносных камерах 20 различного диаметра. Материал и размеры выносной камеры указателя уровня 20 подбираются таким образом, чтобы магнитное поле поплавка 11 бесконтактно воздействовало на магнитный индикатор уровня 28, что предоставляет возможность установки снаружи камеры 20 магнитного индикатора 28 с любой стороны без необходимости четкой ориентации по поплавку 27.

Под нижним патрубком 24 в объеме выносной камеры 20 выполнена поплавковая камера 32, к которой снизу соединительными фланцами 22 прикреплен дренажный элемент запорной арматуры 33 (кран или клапан). Для вентилирования выносная камера 20 может быть дополнительно оборудована соответствующими элементами: пробками, запорными элементами, фланцами, патрубками под приварку или с присоединительной резьбой, также в нижней части выносной камеры 20 может быть расположена система дренирования для обеспечения возможности прочистки дренажного отверстия от грязных и липких продуктов, для чего нижняя демпферная пружина должна быть приварена к дренажной пробке, что позволит осуществлять механическую прочистку резьбового дренажного отверстия и зоны над ним внутри камеры 20 без использования дополнительных приспособлений, за счет механического вытягивания засоров, налипаний и пробок вслед за вынимаемой дренажной пробкой.

Для давлений в резервуаре 21 более 100 бар используются поплавки 27, состоящие из независимых сфер 38, скрепленных обечайкой 39, что позволяет повысить устойчивость поплавка 27 к деформациям и его ремонтопригодность.

Для индикации в резервуаре 21 верхнего уровня, а также уровня раздела двух жидких сред на одном указателе уровня 20 в одной выносной камере 20 может быть установлено 2 магнитных индикатора 28, при этом внутри камеры 28 должно быть установлено 2 поплавка 27. В этом случае магнитные роликовые элементы 13 индикаторов уровней 28 будут ориентированы разноименными полюсами к выносной камере 21, при этом использование в выносной камере 21 двух поплавков 27 с противоположенной ориентацией магнитных полей позволит обеспечить работоспособность данного технического решения.

Магнитный индикатор 28 может быть оснащен двумя шкалами - базовой с единицами измерения уровня 29 (мм, см, м, % и т.п.) и вспомогательной 37 с единицами измерения плотности, что позволяет проводить подстройку показаний шкалы измерения уровня в зависимости от плотности измеряемой среды.

Вторым вариантом измерения уровня является способ, при котором на емкости 21 сверху при помощи соединительных фланцев 22 устанавливается указатель уровня верхнего монтажа 34. При этом варианте внутри емкости находится поплавок 35, который через связь в виде жесткого штока или гибкого троса передает перемещаемого вместе с уровнем жидкости поплавка. На противоположном конце этой связи закреплена магнитная система 12, которая передает показания уровня на магнитный индикатор 28.

На примере первого варианта установки магнитный роликовый индикатор используется следующим образом.

Во время заполнения резервуара за счет действия гидростатического давления поднимается уровень жидкости в выносной камере, который воздействует на поплавок и перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, при этом магнитное поле кольцевого магнита поплавка последовательно воздействует на магниты, расположенные внутри магнитных элементов индикатора, установленных в профиле магнитного индикатора, отличающегося тем, что магнитный роликовый индикатор уровня устанавливают путем совмещения продольной цилиндрической выемки соответствующего радиуса на основании индикатора с цилиндрической поверхностью выносной камеры и фиксации его на выносной камере, вращательный момент со стороны магнитного поля кольцевого магнита поплавка при движении поплавка вверх последовательно разворачивает магнитные элементы, которые могут иметь как цилиндрическую, так и плоскую форму с двумя контрастно окрашенными половинами, на 180° одной стороной к защитному стеклу, образуя таким образом последовательную полосу из одноцветных половин, при опустошении резервуара поплавок проходит в обратную сторону вдоль перевернутых элементов, воздействует магнитным полем на расположенные в них магниты и поворачивает их обратно на 180° обратной половиной, окрашенной в другой цвет, к стеклу, таким образом в произвольный момент времени высота непрерывной последовательности одноцветных половин магнитных элементов соответствует реальному уровню жидкости в резервуаре.

Технический результат изобретения - повышение надежности работы достигается за счет ограничения вращательного движения магнитных роликовых элементов 13 в пределе от 0 до 180° парами ограничительных элементов 8, что исключает их неконтролируемые провороты и залипания.

При использовании настоящего изобретения при критическом снижении плавучести поплавка 11 он опускается в поплавковую камеру 32, переворачивая при этом три последних элемента 13 в магнитном индикаторе 28, которые имеют отличительную от остальных окраску и индицируют невозможность всплытия поплавка 11. При оснащении магнитного индикатора 28 двумя шкалами - базовой 29 с единицами измерения уровня (мм, см, м, % и т.п.) и вспомогательной 37 с единицами плотности можно осуществлять регулировку показаний индикатора 28 с учетом изменения плотности жидкости 26, при этом значения на шкале 37 плотности соответствуют диапазону возможных изменений плотности измеряемой жидкости, а напротив них наносится метка, которая соответствует разнице между номинальным значением всплытия поплавка и значение всплытия поплавка при соответствующей плотности, что позволяет при совмещении соответствующей метки на базовой шкале провести корректировку показаний индикатора 28 и зафиксировать его в требуемом положении.

Изобретение может быть использовано для индикации уровня жидкости в закрытых емкостях. Техническим результатом является повышение надежности работы магнитного индикатора уровня и обеспечение возможности установки индикатора на мерных трубках различного диаметра. Способ определения уровня в резервуаре, характеризующийся тем, что снаружи выносной камеры устанавливают магнитный роликовый индикатор уровня, после чего во время заполнения резервуара за счет действия гидростатического давления поднимается уровень жидкости, который воздействует на поплавок и перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня. При этом магнитное поле кольцевого магнита поплавка воздействует на магниты, расположенные внутри магнитных элементов индикатора. Вращательный момент со стороны магнитного поля поплавка при движении поплавка вверх разворачивает магнитные элементы цилиндрической или плоской формы с двумя контрастно окрашенными половинами, на 180° одной стороной к защитному стеклу. При опустошении резервуара поплавок проходит в обратную сторону вдоль перевернутых элементов, воздействует магнитным полем на расположенные в них магниты и поворачивает их обратно на 180° обратной половиной, окрашенной в другой цвет, к стеклу, таким образом высота одноцветных половин магнитных элементов соответствует уровню жидкости в резервуаре. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ определения уровня жидкости в резервуаре, характеризующийся тем, что снаружи цилиндрической выносной камеры, объем которой сообщается с объемом резервуара, устанавливают магнитный роликовый индикатор уровня, после чего во время заполнения резервуара поднимают уровень жидкости в выносной камере, который воздействует на поплавок и перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, при этом магнитное поле кольцевого магнита поплавка последовательно воздействует на магниты, расположенные внутри магнитных роликовых элементов, и создает вращательный момент, отличающийся тем, что во время заполнения резервуара уровень жидкости в выносной камере поднимают за счет действия гидростатического давления, при этом уровень жидкости, воздействуя на поплавок, перемещает его вдоль магнитного индикатора уровня, а магнитным полем кольцевого магнита поплавка последовательно воздействуют на магниты, расположенные внутри магнитных элементов индикатора, установленных в профиле магнитного индикатора, причем магнитный роликовый индикатор уровня устанавливают путем совмещения продольной цилиндрической выемки соответствующего радиуса на основании индикатора с цилиндрической поверхностью выносной камеры и фиксации его на выносной камере, вращательный момент со стороны магнитного поля кольцевого магнита поплавка при движении поплавка вверх последовательно разворачивает магнитные элементы, которые могут иметь как цилиндрическую, так и плоскую форму с двумя контрастно окрашенными половинами, на 180° одной стороной к защитному стеклу, образуя таким образом последовательную полосу из одноцветных половин, при опустошении резервуара поплавок проходит в обратную сторону вдоль перевернутых элементов, воздействует магнитным полем на расположенные в них магниты и поворачивает их обратно на 180° обратной половиной, окрашенной в другой цвет, к стеклу так, что в произвольный момент времени высота непрерывной последовательности одноцветных половин магнитных элементов соответствует реальному уровню жидкости в резервуаре.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снаружи выносной камеры устанавливаются два магнитных индикатора, а в камеру помещаются два поплавка с противоположными полюсами магнитных полей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снаружи выносной камеры устанавливаются две измерительные шкалы: с основными единицами измерения и вспомогательная с единицами плотности жидкости.