Устройство для измерения уровня Советский патент 1992 года по МПК G01F23/22 

2

СЛ

С

Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик Холла (1), 1 источник тока

8

XI

XJ

XI О О

ю

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения уровня жидкости.

Известны различные устройства для измерения уровня жидкости отличные по принципу действия, так же как ультразвуковые, вибрационные, емкостные, индуктивно-емкостные, гидростатические, пьезометрические. Каждое из них имеет ограниченную область применения, сравнительно узкий диапазон измерений, низкую точность и достоверность результатов измерений, сложно при практической реализации, не позволяет фиксировать текущее значение уровня жидкости. Известен также цифровой.оптический уровнемер, для которого характерны указанные недостатки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уровнемер, содержащий диамагнитную направляющую, заполненную диэлектрической ферромагнитной жидкостью, внутри которой коаксиально расположена упругая диэлектрическая трубка. В диэлектрической трубке расположены по всей длине высо- коомные проводники и ртутный контакт. Ртутный контакт удерживается магнитным полем ферромагнитной жидкости, создаваемым магнитом, расположенным на внешней стороне направляющей и соединенный с поплавком. Высоомные проводники включены в измерительную цепь с помощью ртутного контакта. При изменении уровня жидкости магнит вместе с поплавком совершает перемещение вдоль направляющей, что влечет за собой перемещение ртутного контакта, которое приводит к изменению длины высокоомных проводников, включенных в измерительную цепь, и изменению выходного сигнала, что соответствует изменению уровня жидкости. Однако конструкция уровнемера очень сложна при практической реализации и обладает невысокой надежностью из-за наличия ртутного контакта. Кроме того, уровнемер будет давать значительные погрешности и невысокую достоверность, обусловленную различными условиями контактирования ртутного контакта и высокоомных проводников.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения уровня, содержащем источник тока, постоянный магнит, закрепленный на поплавке, выполненный с возможностью перемещения вдоль диамагнитной направляющей, преобразователь и блок регистрации, преобразователь выполнен в виде датчика Холла с катушкой индуктивности, в устройство введены функциональный преобразователь, соединенный с блоком регистрации, и последовательно соединенные интегратор и преобразователь

ток-напряжение, при этом датчик Холла включен последовательно между источником тока и интегратором, выход которого соединен также со входом функционального преобразователя, а катушка мндуктивно0 сти подключена также к преобразователю ток-напряжение.

Принцип действия изобретения основан на эффекте Холла. Конструкция изобретения обеспечивает однозначное соответствие из5 меряемого уровня жидкости напряженности магнитного поля в точке расположения датчика Холла, входящего в состав изобретения.

На чертеже изображена структурная схе0 ма устройства для контроля уровня.

Оно содержит корпус, датчик Холла 1, источник тока 2, генератор 3, функциональный преобразователь 4, преобразователь напряжение-ток 5, катушку индуктивности

5 б, блок регистрации 7, буек 8, магнит 9, направляющую 10.

При этом источник тока 2 подключен к выходу датчика Холла 1, выход которого через генератор 3 электрически связан с вхо0 дом функционального преобразователя 4 и входом преобразователя напряжение-ток 5. Выход функционального преобразователя 4 подключен к блоку регистрации 7, а выход преобразователя напряжение-ток 5

5 электрически соединен с катушкой индуктивности 6. Причем магнит 9 закреплен на буйке 8; датчик Холла 1, магнитная ось магнита 9 и катушки индуктивности 6 лежат на одной вертикальной прямой; направляю0 щая 10, жестко связанная с корпусом, ориентирована параллельно этой прямой, а буек 8 механически связан с направляющей 10с возможностью перемеа1ения вдоль нее. При этом датчик Холла 1 и катушка индук5 тивности 6 жестко закреплены в корпус с фиксированным зазором между ними. Корпус выполнен из немагнитного материала.

Изобретение работает следующим образом.

0 До подачи напряжения питания на блоки,входящие в состав изобретения, на выходе датчика Холла 1, генератора 3 и преобразователя напряжение-ток 5 присутствуют нулевые сигналы. При этом ток через

5 катушку индуктивности 6 не протекает. При подаче напряжения питания через вход датчика Холл а 1 будет протекать стабилизированный ток, величина которого определяется параметрами источника 2. При этом на выходе датчика Холла 1 будет сформирован электрический сигнал, величина которого будет пропорциональна плотности тока, протекающего через датчик Холла 1 и напряженности магнитного поля в области расположения датчика Холла 1, создаваемого магнитом 9. Этот сигнал, поступая на вход генератора 3, вызывает возникновение напряжения на выходе генератора 3 и его увеличение с течением времени. Потенциальный сигнал с выхода генератора 3 поступает на вход преобразователя напряжение-ток 5, который обеспечивает его преобразование в пропорциональный ток, протекающий через катушку индуктивности 6. Протекающий через катушку индуктивности 6 ток обуславливает возникновение магнитного поля, направление которого противоположно направлению магнитного поля магнита 9. Напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности 6, пропорциональна величине протекающего через нее тока. В результате суперпозиции двух магнитных полей в области расположения датчика Хслла 1 уменьшается напряженность магнитного поля. Соответственно уменьшается амплитуда электрического сигнала, поступающего с выхода датчика 1 на вход интегратора 3, вследствие чего уменьшается скорость нарастания выходного сигнала интегратора 3. Этот процесс будет продолжать до тех пор. пока напряженность магнитного поля, создаваемого кагушкой индуктивности 6 в области расположения датчика Холла 1, не сравняется с напряженностью магнитного поля магнита 9. При этом выходной сигнал датчика Холла 1 уменьшиться до нулевого значения, а сигнал на выходе интегратора 3 застабилизируетсл.

Таким образом, в результате переходного процесса, происходящего непосредственно после подачи напряжения питания, на выходе генератора 3 формируется электрический сигнал, величина которого зависит от напряженности магнитного поля магнита 9 в области расположения датчика Холла 1. А напряженность магнитного поля магнита 9 в свою очередь однозначно определяется расстоянием между датчиком 1 и магнитом 9. Сигнал с выхода интегратора 3 через функциональный преобразователь 4 поступает на вход блока регистрации 7, где фиксируется значение уровня жидкости /значение расстояния от магнита 9 до датчика Холла 1/,

Функциональный преобразователь 4 при этом обеспечивает линейное соответствие между величиной сигнала на выходе интегратора 3 и измеряемым уровнем жидкости. При этом датчик Холла 1 выполняет

роль источника сигнала рассогласования, пропорционального разности напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой 6, и напряженности магнитного поля

магнита 9 в области датчика Холла. При изменении измеряемого уровня жидкости происходит вертикальное перемещение плавающего в ней буйка 8 с закрепленным на нем магнитом 9. В результате происходит

0 изменение расстояния между магнитом 9 и датчиком Холла 1 с соответствующим изменением напряженности результирующего магнитного поля в области расположения датчика 1. При этом на выходе датчика 1

5 возникает электрический сигнал рассогласования, знак которого соответствует направлению перемещения буйка 8. Выходной сигнал датчика 1, преобразованный в интеграторе 3 и преобразователе на0 пряжение-ток 5, вызывает изменение тока, протекающего через катушку индуктивности 6 и соответственно изменение напряженности создаваемого ею магнитного поля. В результате уменьшится напряжен5 ность результирующего магнитного поля в месте расположения датчика 1 и, как следствие, уменьшится величина сигнала на его выходе. Уменьшение величины сигнала на выходе датчика 1, являющегося входным

0 сигналом интегратора 3, приводит к уменьшению амплитуды сигнала на выходе последующего и к уменьшению тока, протекающего через катушку индуктивности 6. Далее процесс повторяется до тех пор, пока

5 напряженность результирующего магнитного поля в области расположения датчика Холла 1 не уменьшается до нуля. При этом на выходе интегратора 3 установится сигнал постоянного напряжения, вепичина

0 которого однозначно определяет расстояние Между магнитом 9 и датчиком 1 и, соответственно, уровня жидкости, в которой плавает буек 8.

Использование в составе изобретения

5 катушки индуктивности б обеспечивает работу датчика Холла 1 в качестве нуль-индикатора напряженности магнитного поля, что позволяет исключить влияние на точность измерения уровня жидкости неидеальности

0 переходной характеристики датчика 1,

Изобретение выполняется следующим образом. Интегратор 3 может быть реализован на базе прецизионных аналоговых интегральных схем. В качестве преобразо5 вателя напряжение-ток 5 может быть использован усилитель с большим выходным сопротивлением. В роли функционального преобразователя 4 можно применить усилитель с нелинейной передлточной характеристикой, например, логарифмический. Блок

регистрации 7 может быть выполнен на базености, преобразователь выполнен в виде

аналогово-цифрового преобразователя, де-датчика Холла с катушкой индуктивности,

шифратора цифровых семисегментных све-в устройство введены функциональный

товодных индикаторах.преобразователь, соединенный с блоком

5регистрации, и последовательно соедиФормула изобретенияненные интегратор и преобразователь

Устройство для измерения уровня,ток-напряжение, при этом датчик Холла

содержащее источник тока, постоянныйвключен последовательно между источиимагнит, закрепленный на поплавке, выпол-ком тока и интегратором, выход которого

ненном с возможностью перемещения 10соединен также с входом функционального

вдоль диамагнитной направляющей, преоб-преобразователя, а катушка индуктивности

разователь и блок регистрации, отличаю-подключена также к преобразователю токщ е е с я тем, что, с целью повышения точ-напряжение.