Уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/22 

А

vi vi сл о

&

о

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред в резервуарах с использованием поплавков и магнитных средств, которые могут использоваться для измерения уровня жидких сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных, в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется измерение уровня с высокой разрешающей способностью.

Известна конструкция устройства для измерения уровня жидкости в резервуаре, которое содержит погружную трубку с крепежным фланцем и поплавок с управляющимкольцевыммагнитом, перемещающийся по погружной трубке вверх и вниз, внутри погружной трубки установлена головка и держатель для язычковых магнитоуправляемых контактов, распределенных по длине держателя и соединенных проводниками с электронной памятью,

Недостатком этого известного устройства является низкая разрешающая способность, обусловленная последовательной расстановкой по держателю магнитоуправляемых контактов, имеющих значительные размеры. Кроме этого устройство имеет низкую точность измерения уровня, т.к. маг- нитоуправляемые контакты имеют определенную зону перемещения управляющего кольцевого магнита от замыкания до размыкания контакта,

Наиболее близким известным техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является уровнемер с высокой разрешающей способностью, содержащий колонку из равномерно расставленных датчиков Холла, составную перемещающуюся магнитную сборку, первое приспособление для поддержания колонки в вертикальном положении, второе приспособление для направления магнитной сборки при ее перемещении вдоль колонки и поддержания на заданном расстоянии от нее, третье приспособление для удержания магнитной сборки на поверхности жидкости.

Это решение имеет следующие недостатки:

низкую разрешающую способность, обусловленную конечными размерами магнитов магнитной сборки и датчиков Холла;

низкую точность измерения уровня, обусловленную наличием определенного участка вдоль колонки, на протяжении которого датчик Холла, обладающий высокой чувствительностью, начинает выдавать достаточный электрический сигнал под действием магнитного поля перемещающейся магнитной сборки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание уровнемера для измерения уровней

жидкостей в резервуарах с использованием

поплавка, магнитных и оптических средств.

Достигаемым техническим результатом

изобретения является повышение разрешающей способности и точности измерений уровня.

Указанный технический результат достигается тем что в уровнемере, содержащем погружную колонку с крепежным

фланцем, поплавок с управляющим магнитом, установленный с возможностью перемещения вдоль погружной колонки, измерительный блок и блок индикации, согласно изобретению, погружная колонка

выполнена прямоугольного сечения, на двух ее противоположных внутренних сторонах по всей длине установлены магнитодефор- мируемые поверхности, выполненные в виде пластинок магнитотвердого эластомера.

на которые нанесен слой магнитной жидкости, контактирующий с эластичной пленкой с зеркальной поверхностью, управляющий магнит выполнен в виде двух стержневых элементов, установленных на поплавке напротив стенок колонки с пластинками с воз- можностыо их перемещения в горизонтальной плоскости, а колонка герметично закрыта сверху крышкой, на которой установлен измерительный блок, выполненный в виде изучающего и приемного световодов, торцы которых расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки, а их оптические оси параллельны зеркальной поверхности пленки, при этом вход

излучающего и выход приемного световодов оптически соединены с блоком индикации. Пластинки магнитотвердого эластомера имеют поперечное намагничивание.

Как видим, все отличительные признаки

заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с указанным техническим результатом, т.к. непосредственно влияют на его достижение, и являются существенными.

Кроме указанных достигаемых технических результатов заявляемое изобретение позволяет достигнуть еще один вид техни- ческого результата, который заключается в обеспечении полной взрывобезопасности при его эксплуатации, т.к. в нем отсутствуют электрические цепи.

На фиг. 1 представлено продольное сечение уровнемера; на фиг. 2 - поперечное.

Уровнемер содержит резервуар 1 с кон-3 тролируемой жидкостью 2, погружную ко-0 лонку 3, две магнитодеформируемые поверхности 4, 5, поплавок 6, управляющий магнит в виде двух стержневых элементов 7, 8, два настроечных элемента 9, 10, крышку 11 с измерительным блоком в виде подводящего излучение световоДа 12, отводящего излучение световода 13 и блокаЗ индикации 14.5

Погружная колонка 3 изготовлена из полипропилена в виде двух прямоугольных продольных половинок, которые герметически соединяются после установки в них маг- нитодеформируемых поверхностей 4 и 5. В нашем случае высота колонки 750 мм, меры вну i ренних сторон колонки 30x20 мм,0 а толщина стенок 2 мм.

Магнитодеформируемые поверхности 4, 5 включает в себя пластинку толщиной 2 мм из магнитотвердого эластомера на основе силоксановых каучуков СКТВ-1 и феррита бария с удельной силой притяжения4 55-60 г/см , на которую нанесен слой маг-5 нитной жидкости толщиной 3 мм на основе турбинного масла Тп-22 с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, которая имеет намагниченность насыщения 18,2 кА/м, на магнитной жидкости в контакте установлена эластичнаяб пленка с зеркальной поверхностью из хро-0 мпрованного фторопласта-4 толщиной 20 мкм. Пластинка магнитотвердого эластомера надежно удерживает на себе равномерно распределенную магнитную жидкость с пленкой, т к. ее сила притяжения более чем на порядок превосходит их суммарный вес.5

Поплавок 6 изготовлен пустотелым изб латуни толщиной 0,2 мм в виде основного корпуса с элементами установки стержней 7, 8 управляющего магнита и герметически соединяемой крышки

Стержневые элементы 7, 8 управляющего магнита выполнены из феррита бария размером 20x15x15 мм с коэрцитивной си- лой 150 кА/м Они установлены в поплавке 6 с возможностью их перемещения в горизонтальной плоскости относительно стенок колонки 3, в которых установлены магнито- деформируемые поверхности 4, 5, с по- мощью настроечных элементов 9, 10, например в нашем случае обычных микровинтов.

Для обеспечения работы уровнемера пластинки магнитотвердого эластомера имеют поперечное намагничивание, поэтому полюса магнитных стержней 7 и 8 установлены согласно с намагниченностью магнитотвердого эластомера, например в нашем случае северным полюсом к стенке

колонки 3. С помощью настроечных элементов 9 и 10 магниты 7 и 8 выставлены так, чтобы угол деформируемого ими участка поверхностей 4 и 5 был равен 45° относительно оптической оси световодов 12, 13. В нашем случае это достигается при высоте деформированного участка в 4 мм,

Поплавок 6 с элементами 7, 8 управляющего магнита перемещается вдоль колонки 3 так, что расстояние между ними и магнитно-деформируемой поверхностью 4 и 5 не изменяется.

Крышка 1 выполнена из полипропилена, а световоды 12 и 13 установлены так, что их торцы расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки 3, а их оптические оси параллельны зеркальной поверх- HQCiH пленки магнитодеформируемых поверхностей 4, 5.

В качестве световодов 12 и 13 использовался волоконно-оптический жгут полимерных волокон диаметром 50 мкм, собранных на введенных в колонку 3 концах в торец круглой формы диаметром 3 мм. Оба торца отшлифованы, причем торец отводящего световода 13 может быть снабжен линзой для улучшения ввода в него отраженного светового потока. Торцы световодов 12 и 13 установлены на расстоянии 0,5 мм от магнитодеформируемых поверхностей 4 и 5.

В качестве блока индикации 14 могут использоват ься любые спектрометрические оптические измерители перемещений и расстояний. В нашем случае использовался лазерный интерферометр LA 3002,

Предлагаемый уровнемер работает следующим образом.

При любом уровне жидкости 2 в резервуаре 1 поплавок 6 занимает на погружной колонке 3 положение, соответствующее этому уровню. Магнитные поля стержневых элементов 7 и 8 управляющего магнита складываясь с полями пластин магнитотвердого эластомера магнитодеформируемых поверхностей 4 и 5, вызывают перемещение магнитной жидкости в область с большей напряженностью магнитного поля. По оси магнитного потока стержневых элементов 7 и 8 происходит подъем магнитной жидкости, т.е. локальное выпячивание поверхностей 4 и 5. Так как предварительно стержневые элементы 7 и 8 выставлены так, что фронтальная плоскость выпячивания в средней ее части имеет наклон 45° относительно оптической оси световодов 12,13, то поток света отразится от зеркальных фронтальных поверхностей выпячивания и через приемный световод 13 возвратится в блок индикации 14, который, измеряя расстояние пройденное световым потоком.определяет уровень жидкости 2 в резервуаре 1, высвечивает его непосредственное значение.

При изменении уровня жидкости 2 в резервуаре 1 в любую сторону вызовет перемещение поплавка 6 по колонке 3, а вместе с ним синхронно перемещаются поверхности выпячивания на магнитодеформируе- мых поверхностях 4 и 5. Перемещение поверхностей выпячивания изменяет расстояние, проходимое потоком света внутри колонки 3, которое измеряется блоком индикации 14 и отображается как изменяющейся уровень жидкости 2.

Перемещение поверхности выпячивания, отражающей поток света происходит одновременно с изменением уровня жидкости 2, т.к. время релаксации взятой магнитной жидкости равно 7,6 10 с. 3, поэтому предлагаемый уровнемер обладает высокой разрешающей способностью, которая в основном определяется разрешающей способностью блока индикации 14. По сравнению с прототипом разрешающая способность увеличивается почти на три порядка. Значительно возрастает и точность измерений, например в нашем случае изменение уровня жидкости 2 в резервуаре 1 от 0,6 м до 0,05 м измерялось с точностью не нижеЈ1 мкм.

Это подтверждает достижение указанного технического результата заявляемым изобретением.

Формула изобретения

1.Уровнемер, содержащий погружную колонку с крепежным фланцем, поплавок с управляющим магнитом, установленный.с

возможностью перемещения вдоль погружной колонки, измерительный блок и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности измерений, погружная колонка выполнена прямоугольного сечения, на двух ее противоположных внутренних сторонах по всей длине установлены магни- тодеформируемые поверхности, выполненные в виде пластинок магнитотвердого

эластомера, на которые нанесен слой магнитной жидкости, контактирующий с эластичной пленкой с зеркальной поверхностью, управляющий магнит выполнен в виде двух стержневых элементов, установленных на поплавке напротив стенок колонки с пластинками с возможностью их перемещения в горизонтальной плоскости, а колонка герметично закрыта сверху крышкой, на которой установлен измерительный

блок, выполненный в виде излучающего и приемного световодов, торцы которых расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки, а их оптические оси параллельны зеркальной поверхности пленки, при

этом вход излучающего и выход приемного световодов оптически соединены с блоком индикации.

2.Уровнемер по п. 1,отличающийся тем, что пластинки магнитотвердого эластомера имеют поперечное намагничивание.

Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред в резервуарах с использованием поплавков и магнитных средств, которые могут использоваться для измерения уровня жидких сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных, в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется измерение уровня с высокой разрешающей способностью. Изменение уровня жидкости в резервуаре 1 в любую сторону вызовет перемещение поплавка б по колонке 3, а вместе с ним синхронно будут перемещаться поверхности выпячивания на магнито- деформируемых поверхностях 4 и 5. Перемещение поверхностей выпячивания изменяет расстояние, проходимое потоком света внутри колонки 3, которое измеряется устройством 14 и отображается как изменяющийся уровень жидкости. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

7

А -А 3 -

/

8

/

10

/