Ротаметр с поплавком,подвешенным в магнитном поле Советский патент 1985 года по МПК G01F1/24 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к приборам для измерения малого объемного расхода жидкостей и газов, и может быть использовано в лабораторных и промышленных условиях, в различных отраслях промышлннности, например в химической, а также при измерении расхода в условиях невесомости.

Известен ротаметр, содержащий конусную трубку, внутри которой находится чувствительный элемент, выполненный в виде поплавка, а также дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий две секции первичной обмотки, соединенные последовательно и намотанные согласно двум секциям вторичной обмотки, включенным встречно 1 и 2.

Недостатком устройства явлеятся низкая точность. Ротаметры выполненные по этой схеме и выпускаемые промышленностью, имеют класс точности не выше 2,5. Кроме того, такой ротаметр работает по принципу измерения вертикального перемещения чувствительного элемента, зависящего от расхода среды и приводящего одновременно к изменению площади проходного отверстия расходомера таким образом, что разность давлений на чувствительном элементе (перепад давления) остается практически постоянной. Противодействующей силой в ротаметре этого вида является сила тяжести чувствительного элемента.

Это делает невозможным осуществление точного измерения малых расходов, далее, в силу того, что в рассматриваемом ротаметре противодействующей силой является лищь сила тяжести чувствительного элемента, при уменьшении веса чувствительного элемента упомянутая сила становится соизмеримой с силами трения чувствительного элемента о стенки конусной трубки, силами трения подвижного сердечника о стенки дифференциального трансформатора. При этом уменьшается точность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ротаметр с поплавком, подвещенным в магнитном поле, который содержит поплавок, свободно взвешенный внутри цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитного материала, и находящийся в аксиально расходящемся магнитном поле соленоида. Поплавок выполнен из немагнитного материала и имеет на верхнем конце ферритовый наконечник, причем нижняя часть поплавка имеет на конце металлическую обойму, которая взаимодействуете чувствительной катушкоЙ4 входящей в сеточный контур лампового генератора, работающего на частотах 1 - 1,5 МГц. Вертикальное,смещение поплавка относительно чувствительной катушки изменяет амплитуду колебаний на выходе генератора. Выходной сигнал генератора детектируется, постоянное напряжение с выхода детектора воздействует, через усилитель постоянного тока, на соленоид.

Магнитное поле соленоида взаимодейтвует с ферритовым наконечником поплавка, заставляя его занять такое положение относительно чувствительной катушки, при котором в соленоиде устанавливается ток, необходимый для удержания поплавка во взвешенном состоянии. Определенное устойчивое положение поплавка относительно чувствительной катушки устанавливается путем изменения коэффициента усиления усилителя постоянного тока для случая, когда жидкость или газ в цилиндрической трубке неподвижны, при этом правильное соотношение и абсолютные величины выходного сигнала (величина тока в соленоиде) также

устанавливаются путем изменения коэффициента усиления усилителя постоянного тока {3.

Поэтому точность измерений в известном устройстве определяется, во-первых, стабильностью передаточного коэффициента лампового генератора (входной сигнал: положение металлической обоймы поплавка относительно чувствительной катушки, а выходной - амплитуда сигнала на выходе упомянутого генератора), а во-вторых, стабильностью коэффициента усиления усилителя

постоянного тока. Влияние на точность измерений упомянутых нестабильностей уменьшают путем увеличения коэффициента усиления цепи прямого преобразования.

Q Однако увеличение коэффициента возможно до момента, когда поплавок занимает устойчивое положение относительно чувствительной катушки. Дальнейшее увеличение коэффициента усиления приводит к потере чувствительности ротаметра.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем,

что в ротаметр с поплавком, подвешенным

в магнитном поле, который содержит

поплавок, свободно взвешенный внутри

0 цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитного материала, и находящийся в аксиально расходящемся магнитном поле соленоида, дополнительно введен дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий две секции первичной обмотки, соединенные последовательно и намотанные согласно двум секциям вторичной обмотки, соединенным встречно, причем поплавок выполнен из ферромагнитного материала, а внешняя поверхность цилиндрической трубки образована вращением гиперболы и разделена на две секции перегородкой, размещенной по оси гиперболы, в этих секциях равномерно распределены обмотки соленоида а также обмотки дифференциально-трансформаторногопреобразователя, вторичная обмотка которого через усилитель подсоединена к его первичной обмотке и через выпрямитель - к обмотке соленоида, к выходу усилителя подсоединен измеритель величины тока.

На чертеже изображена схема предлагаемого ротаметра.

Ротаметр содержит трубку 1, внутренняя поверхность которой выполнена в виде цилиндра. Трубка 1 изготовлена из немагннтного материала, например из стекла или алюминия. Поплавок 2, выполненный, например, в виде шарика, изготовлен из ферромагнитного материала. Перегородка 3 разделяет внешнюю поверхность трубки 1 на две одинаковые секции. В эти секции уложена первичная обмотка 4, вторичная обмотка 5, которая соединена с входом усилителя 6. Выход последнего подключен к первичной обмотке 4 и через выпрямитель 7 -- к обмотке соленоида 8. В выходную цепь усилителя 6 включен прибор 9 для измерения величины тока. По показаниям прибора 9 судят о расходе среды через ротаметр.

Ротаметр работает следуюш,им образом.

После включения в системе: поплавок 2 - вторичная обмотка 5 - усилитель 6 - первичная обмотка 4 возникают гармонические колебания на частоте механического резонанса поплавка 2 (около 100-300 Гц). Величина тока в выходной цепи усилителя б устанавливается такой, чтобы поплавок 2 удерживался магнитным полем в среднем положении. При этом ЭДС, наводимые в обеих секциях обмотки 5, равны, и их разность на входе усилителя б равна нулю. Отклонение чувствительного элемента от среднего положения приводит к появлению на входе усилителя б напряжения. Мерой расхода является величина тока в выходной цепи усилителя б, которая измеряется прибором 9.

Принцип действия ротаметра основан на методе статического следяшего уравновешивания сил, действующих на чувств.ительный элемент (поплавок 2). При увеличении расхода контролируемой среды увеличивается 0 сила, действующая на поплавок 2 снизу вверх, которая имеет две составляющие: сила от давления потока среды и сила трения потока о поплавок. Противодействующая сила, направленная сверху вниз, имеет три составляющие: сила тяжести поплавка 2,

5 сила давления потока среды и сила от воздействия магнитного поля на поплавок 2. Для удержания поплавка 2 в среднем положении, которое соответствует состоянию равновесия измерительной системы, при увеличе0 НИИ расхода увеличивается величина тока в выходной цепи усилителя б, что приводит к увеличению напряженности магнитного поля, воздействующего на поплавок 2, пропорционально увеличению расхода.

По сравнению с известным предлагаемый ротаметр характеризуется более высокой точностью, которая возрастает в 1,5-2 раза.

Применение изобретения способствует повышению достоверности автоматического контроля технологических процессов и в конечном счете повышению качества продукции.

РОТАМЕТР С ПОПЛАВКОМ, ПОДВЕШЕННЫМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, который содержит поплавок свободно взвешенный внутри цилиндрической трубки, изготовленной из н емагнитного материала, и находяшийся в аксиально расходяш,емся магнитном поле соленоида, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введен дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий две секции первичной обмотки, соединенные последовательно и намотанные согласно двум секциям вторичной обмотки, соединенным встречно, причем поплавок выполнен из ферромагнитного материала, а внешняя поверхность цилиндрической трубки образована вращением гиперболы и разделена на две секции перегородкой, размешенной по оси гипербоI лы, в этих секциях равномерно распределены обмотки соленоида,а также обмотки дифференциально-трансформаторного преоб(Л разователя, вторичная обмотка которого через усилитель подсоединена к его первичной обмотке и через выпрямитель - к обмотке соленоида, к выходу усилителя подсоединен измеритель величины тока. ел 4U сл со ю