СПОСОБ ИНДИКАЦИИ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК G01F23/72 G01F23/62 G05D9/12 

Изобретение относится к области дистанционного контроля и регулирования уровня и может быть использовано в системах автоматического контроля уровня жидкости, например воды, нефтепродуктов, пищевых продуктов, в том числе перевозимых автотранспортными средствами, уровня жидкости в скважинах, колодцах, бассейнах, цистернах и подобных емкостях. Области применения: пищевая промышленность, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство.

Известны поплавковые датчики уровня жидкости, основанные на переключении герметизированного контакта (геркона) при приближении к нему постоянного магнита, закрепленного на поплавке. Известны также поплавковые датчики уровня жидкости, имеющие в своем составе кольцевой поплавок на котором закреплен один или несколько магнитов и герметичную трубку, пропущенную через отверстие поплавка, в которую помещены герконы. При изменении уровня жидкости поплавок перемещается, что вызывает переключение герконов. (Патент РФ №2204809 опубликован 20.05.2003, патент РФ №2284481 опубликован 27.09.2006).

Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип является датчик уровня жидкости (патент RU 2284482 опубликован 27.09.2006), в котором, согласно описанию, датчик уровня содержит поплавок с магнитом, ограничители хода поплавка и вертикальную направляющую немагнитную трубу, внутри которой расположены герконы. По крайней мере, один ограничитель установлен с возможностью фиксации поплавка в положении взаимодействия с герконом, направляющая труба содержит элемент в виде стержня крестообразного сечения, в пазах которого с возможностью раздельного перемещения и фиксации на нем установлены герконы, сгруппированные в функциональные узлы, причем в узле с количеством герконов более одного они соединены друг с другом по параллельной схеме, в длине зоны взаимодействия поплавка с герконом больше, чем расстояние между герконами, ближайшими по высоте. В одном варианте группировки герконы установлены по высоте с возможностью чередования при перемещении поплавка включенного состояния одного и двух герконов и с обеспечением зоны взаимодействия поплавка одновременно с двумя узлами, которая меньше, чем зона взаимодействия с герконом, при этом герконы сгруппированы не менее чем в три функциональных узла, по меньшей мере в одном из которых верхний геркон установлен с обеспечением возможности вхождения поплавка во взаимодействие с ним при нижнем предельно допустимом уровне жидкости, а в другом варианте герконы установлены с обеспечением возможности чередования включенного состояния n и (n+1) герконов, где n - число от 0 до 3, причем герконы верхнего узла установлены с обеспечением возможности вхождения поплавка во взаимодействие с этим узлом при заданном номинальном уровне и по крайней мере один из герконов нижнего узла установлен с обеспечением возможности выхода поплавка из взаимодействия с ним при верхнем предельно допустимом уровне жидкости. Согласно иллюстрациям к патенту RU 2284482 (Фиг. 1 и Фиг. 2), датчик уровня содержит поплавок с магнитом со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую немагнитную трубу, внутри которой расположены герконы.

Известный датчик уровня жидкости имеет существенные недостатки заключающиеся в следующем: кольцевая форма поплавка и необходимость охватывания поплавком с магнитом направляющей трубы, внутри которой закреплены герконы, с учетом необходимости использования внешнего защитного кожуха, предполагает увеличенный диаметр датчика уровня жидкости, что делает невозможным его использование в измерительных колодцах, скважинах, и подобных системах, диаметр которых ограничен. Другими существенными недостатками известного датчика уровня жидкости является: необходимость установки герконов с небольшим шагом для обеспечения непрерывности показаний датчика, что требует большого числа герконов; необходимость использования направляющей трубы, по длине превышающей высоту измеряемого столба жидкости; необходимость использования элемента в виде стержня крестообразного сечения для установки герконов, сложность изготовления поплавка датчика кольцевой формы с учетом необходимости, в ряде случаев, исключить контакт магнитов с жидкостью и ее парами.

Целью предлагаемого способа является достижение технического эффекта, состоящего в оптимизации формы датчика, позволяющей его установку в измерительном колодце или скважине с учетом наличия троса, на котором закреплен скважинный насос, использование небольшого числа герконов в соответствии с числом определяемых уровней жидкости, существенное упрощение его конструкции, обеспечение технологичности изготовления.

Для выполнения поставленной задачи элемент датчика уровня жидкости выполняют в виде немагнитных труб двух типов, расположенных вертикально и параллельно друг другу. В трубе первого типа размещают один или несколько герконов, выводы которых подключают к кабелю, устойчивому к воздействию жидкости и ее паров, проходящему через торец (торцы) трубы. Внутреннее пространство трубы с герконами герметизируют, например, установкой сальниковых вводов (гермовводов) со стороны ввода и вывода кабеля или заполнением герметиком. Трубу второго типа не герметизируют, помещают в нее поплавок с размещенным в нем магнитом и устанавливают ограничители перемещения поплавка с каждого торца трубы. Герметичную трубу и негерметичную трубу закрепляют относительно друг друга, например немагнитными стяжками таким образом, чтобы при погружении в жидкость поплавок поднимался до верхнего ограничителя перемещения и происходило переключение геркона, а при снижении уровня жидкости поплавок опускался до нижнего ограничителя перемещения и геркон возвращался в исходное положение.

Для более полного раскрытия сущности изобретения на Фиг. 1 представлена возможная конструкция элемента датчика уровня жидкости. На Фиг. 2 показан возможный вариант установки элемента датчика на вертикальном немагнитном тросе. На Фиг. 3 приведена возможная конструкция варианта датчика уровня жидкости с тремя и более элементами. На Фиг. 4 представлена возможная конструкция варианта датчика, с одной негерметичной трубой и двумя герметичными трубами. На Фиг. 5. представлена возможная конструкция датчика с одной герметичной трубой и двумя негерметичными трубами. На Фиг. 6. представлена возможная конструкция элемента датчика с установкой геркона на участке кабеля, к которому подключены герконы.

В соответствии с Фиг. 1, элемент датчика уровня включает в себя герметичную трубу, содержащую корпус 1, заглушку 2, сальниковый ввод 3, через который введен кабель 4, геркон 5, и негерметичную трубу содержащую корпус 6, верхний ограничитель хода поплавка 7, нижний ограничитель хода поплавка 8, поплавок 9 с установленным в нем магнитом 10. Взаимное расположение герметичной трубы и негерметичной трубы зафиксировано верхней стяжкой 11 и нижней стяжкой 12.

Датчик первого варианта, состоящий из одного элемента работает следующим образом: при увеличении уровня жидкости поплавок 9 с магнитом 10 поднимается до верхнего ограничителя хода поплавка 8. При этом геркон 5 переключается. При снижении уровня жидкости поплавок 9 с магнитом 10 опускается до нижнего ограничителя хода поплавка 8 и геркон возвращается в исходное состояние. Переключение геркона может фиксироваться микроконтроллером или вызывать срабатывание исполнительного механизма, например реле, включающего насос скважины. Датчик, состоящий из одного элемента можно использовать, например, для определения сухого хода насоса скважины.

В соответствии с Фиг. 2 элемент датчика установлен на вертикальном немагнитном тросе 13, в измерительном колодце или скважине 14 внутренним радиусом 15. При этом ширина датчика 16 больше, чем у известного датчика, но расстояние 17, необходимое для размещения датчика, в колодце или скважине радиуса 15 меньше, чем у известного датчика, что является существенным преимуществом при ограниченном пространстве для размещения датчика.

Еще одним преимуществом элемента датчика по сравнению с известным способом, является обеспечение непрерывности показаний датчика при использовании одного геркона, входящего в его состав. Следующим преимуществом датчика, согласно предлагаемому способу, является отсутствие крупногабаритных деталей, таких, как корпус, защитный кожух и элемент в виде стержня крестообразного сечения, по длине превышающих высоту измеряемого столба жидкости, а также поплавок кольцевой формы с магнитом, изолированным от жидкости и ее паров.

Таким образом достигается заявленный технический результат: обеспечивается оптимизация размеров датчика, используется небольшое число герконов, существенно упрощается конструкция, обеспечивается технологичность изготовления.

В случае необходимости подключения элемента, расположенного выше приведенного на Фиг. 1, в нем вместо заглушки 2 устанавливают нижний сальниковый ввод, и кабель проходит сквозь элемент через верхний и нижний сальниковые вводы, либо ввод и вывод кабеля в элемент датчика производят через общий сальниковый ввод. Подобные элементы датчика второго варианта приведены на Фиг. 3, при этом датчик содержит элементы по количеству индицируемых уровней. Датчик уровня жидкости, состоящий из трех и более элементов может быть использован для определения верхнего и нижнего уровня жидкости, уровня неприкосновенного запаса жидкости, запаса жидкости, необходимого для расхода на определенные цели, индикации уровня жидкости с необходимой дискретностью. Так использование в составе датчика уровня 11 элементов позволяет организовать индикацию уровня жидкости от 0 до 100%. Для данного варианта датчика так же достигается заявленный технический результат: обеспечивается оптимизация размеров датчика, используется небольшое число герконов, существенно упрощается конструкция, обеспечивается технологичность изготовления. Дополнительным преимуществом предлагаемого варианта датчика является возможность размещения элементов датчика на увеличенном расстоянии между соседними элементами по сравнению с прототипом при количестве герконов, соответствующем числу измеряемых уровней. Еще одним преимуществом второго варианта датчика является возможность его установки в емкости сложной формы, когда применение известного датчика невозможно в силу требования установки его в вертикальном положении.

Третьим вариантом датчика уровня жидкости, представленным на Фиг. 4, является элемент, содержащий одну негерметичную трубу и несколько герметичных труб. Такой датчик предпочтителен при небольшом изменении уровня жидкости и небольшом количестве уровней, фиксируемых датчиком. Для данного варианта датчика так же достигается заявленный в предлагаемом способе технический результат: обеспечивается оптимизация размеров датчика, используется небольшое число герконов, существенно упрощается конструкция, обеспечивается технологичность изготовления. Использование нескольких герконов в составе одного элемента датчика при этом не исключено и позволяет расширить, при необходимости, диапазон индицируемых уровней.

Четвертым вариантом датчика уровня жидкости является элемент датчика уровня с одной герметичной трубой и несколькими негерметичными трубами. Такой датчик предпочтителен при небольшом изменении уровня жидкости и небольшом количестве уровней фиксируемых датчиком, когда имеется требование непрерывного определения промежуточных уровней жидкости, либо в том случае, когда необходимо исключить контакт кабеля с жидкостью путем размещения верхней части элемента датчика выше максимально возможного уровня жидкости. Согласно Фиг. 5, где представлен подобный датчик, так же достигается заявленный технический результат: обеспечивается оптимизация размеров датчика, используется небольшое число герконов, существенно упрощается конструкция, обеспечивается технологичность изготовления.

Пятым вариантом элемента датчика уровня жидкости является датчик, в котором герметичная труба заменена участком кабеля, к которому подключены герконы. Такой вариант элемента датчика представлен на Фиг. 6. В этом случае герметизация электрического соединения может обеспечиваться термоусадочной трубкой 15, устойчивой к воздействию жидкости и ее паров и имеющей необходимые механические характеристики. Приведенная конструкция существенно уменьшает размеры элемента датчика и упрощает его изготовление. Для данного варианта датчика число элементов может быть больше одного, при этом датчик выполняет функции аналогично датчику второго варианта. Согласно Фиг. 6, так же достигается заявленный технический результат: обеспечивается оптимизация размеров датчика, используется небольшое число герконов, существенно упрощается конструкция, обеспечивается технологичность изготовления.

Поплавок с магнитом, входящий в состав датчика уровня жидкости выполняют, например, в виде цилиндра из материала с плотностью меньшей чем у жидкости, например пенополистирола, в который помещен магнит. В качестве материала при изготовлении герметичной трубы, негерметичной трубы, ограничителей перемещения поплавка используют немагнитный металл, полиэтилен, полистирол или другие материалы, устойчивые к воздействию жидкости и ее паров. При изготовлении негерметичной трубы обеспечивают свободное заполнение и слив жидкости из ее внутреннего объема, например путем выполнения отверстий в стенках трубы.

Использование в составе датчика ниодимового цилиндрического магнита диаметром 11 мм и высотой 10 мм позволяет выполнить элемент датчика с размером L равным 25 мм и менее.

Сопоставительный анализ показывает, что отличия предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются существенными. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Из опубликованных источников информации автором не обнаружено подобное техническое решение. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного решения критерию "новизны".

Изобретение используется в системах автоматического контроля уровня жидкости, например воды, нефтепродуктов, пищевых продуктов, перевозимых автотранспортными средствами, уровня жидкости в скважинах, колодцах, бассейнах, цистернах и подобных емкостях. Предлагается способ индикации уровня жидкости посредством датчика уровня жидкости, содержащего поплавки с магнитом и герконы, при этом элемент датчика индикатора уровня жидкости содержит одну герметичную трубу и несколько негерметичных труб либо несколько герметичных труб и одну негерметичную трубу, при этом в каждой герметичной трубе устанавливают один или несколько герконов, выводы которых подключают к кабелю, устойчивому к воздействию жидкости и ее паров, проходящему через один торец или оба торца трубы, а в каждой негерметичной трубе размещают поплавок с магнитом и ограничители перемещения поплавка, при этом трубы с герконами и трубы с поплавками устанавливают вертикально и параллельно друг другу, а геркон переключается при перемещении поплавка от одного ограничителя перемещения к другому. Техническим результатом является оптимизация формы датчика, использование небольшого числа герконов в соответствии с числом определяемых уровней жидкости, существенное упрощение его конструкции, обеспечение технологичности изготовления. 6 ил.

Способ индикации уровня жидкости посредством датчика уровня жидкости, содержащего поплавки с магнитом и герконы, отличающийся тем, что элемент датчика индикатора уровня жидкости содержит одну герметичную трубу и несколько негерметичных труб либо несколько герметичных труб и одну негерметичную трубу, при этом в каждой герметичной трубе устанавливают один или несколько герконов, выводы которых подключают к кабелю, устойчивому к воздействию жидкости и ее паров, проходящему через один торец или оба торца трубы, а в каждой негерметичной трубе размещают поплавок с магнитом и ограничители перемещения поплавка, при этом трубы с герконами и трубы с поплавками устанавливают вертикально и параллельно друг другу, а геркон переключается при перемещении поплавка от одного ограничителя перемещения к другому.