Датчик уровня Советский патент 1992 года по МПК G01F23/56 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к уровнемерам для криогенных жидкостей, и может быть использовано в различных областях промышленности.

Известен сигнализатор уровня жидкости, содержащий камеру из. немагнитного материала, внутри которой расположен поплавок с магнитом, а снаружи- магнп- тоуправляемый и дополнительный магнит, причем дополнительный магнит выполнен разборным из отдельных элементов и снабжен механизмом для изменения расстояния между ними. В устройстве обеспечивается возможность регулирования настройки путем изменения конфигурации магнитного поля.

Однако конструкция имеет низкую надежность работы, связанную с наличием подвижных элементов. Кроме того, несмотря на возможность регулирования настройки, конструкция имеет и низкую точность, связанную с использованием поплавка, который в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях будет неизбежно вносить погрешность из-за дестабилизирующих факторов, действующих на поверхность жидкости. Известен датчик уровня жидкости, содержащий корпус из немагнитного материала, поплавок с постоянным магнитом и ряд магнитоуправляемпх контактов, охваченных обмоткой возбуждения, причем поплавок снабжен игольчатыми упорами, расположенными взаимно перпендикулярно в плоскостях,перпендикулярных проч XJ

XI

О О

дольной оси поплавка. Устройство обладает повышенными точностью и надежностью работы при измерении уровня вязких жидкостей.

Недостатками этого устройства являются. 1. низкая надежность работы, связанная с наличием поплавка, обмотки возбуждения; 2. низкая точность при измерении криогенных, кипящих, загазованных жидкостей, связанная с использованием поплавка.

Наиболее близким техническим решением является датчик уровня жидкости, содержащий трубку с расположенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами, снабженными наконечниками с плоскими протяженными магнитопроводэми, в центральной части которых находятся кольца для размещения в них корпусов магнито- управляемых контактов, поплавок. Между трубой и поплавком имеется зазор. Внутрь поплавка встроен плоский магнит. В устройстве исключена неопределенность показаний при положении поплавка между дискретными точками.

Недостатками данного устройства являются низкая надежность работы, связанная с наличием подвижных частей, а именно поплавка, особенно при измерении уровня вязких жидкостей; неопределенность показаний при положении лоппзака между дискретными точками устранязтся довольно сложно: введением магнито проводов; низкая точность измерений при работе в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях в связи с использованием поплавка, подверженного влиянию дестабилизирующих факторов; низкая безопасность при работе во взрывоопасных средах.

Цель изобретения состоит в повышении надежности работы и точности измерения уровня криогенньк жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном датчике уровня для криогенных жидкостей, содержащем диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнито- управляющими контактами и первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку, согласно изобретению, диамагнитная трубка выполнена герметичной и снабжена жестко закрепленными на ее поверхности по всей длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых расположены первый и введенные дополнительно кольцевые постоянные магниты, причем каждый из магнитов выполнен с оболочкой из ферромагнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогенной жидкости, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной

прокладки болышз диаметра кольцевого постоянного магнита, а каждый магнито- управляемый контакт расположен на одной высоте с соответст вующим постоянным магнитом.

Сущность изобрзтения заключается в экранировании поля постоянного магнита ферромагнитной оболочкой вблизи герметичных магнитоуправляемых контактов, ко0 торая замыкает на себя его силовые линии при обеспечении намагниченности парамагнитного вещества оболочки, претерпевающего превращение в ферромагнитное вещество в результате фазового перехода

5 2-го рода при увеличении уровня жидкости с соответствующим естественным охлаждением парамагнитного вещества, а также в прекращении экранирования поля постоянного магнита вблизи герметичных магнито0 управляемых контактов о результате потери своих магнитных свойств ферромагнитным веществом, претерпевающим превращение в парамагнитное вещество в результате фазового перехода 2-го рода при понижении

5 уровня жидкости с соответствующим нагревом ферромагнитного вещества.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявле- мый датчик уровня отличается тем, что

0 диамагнитная труб.са выполнена герметичной с нанизанными на нее по всей высоте биметаллическими кольцами, изготовленными в видб кольцевых постоянных магнитов, покрытых оболочкой из

5 ферромагнитного материала с точкой Кюри близкой к температуре кипения контролируемой жидкости, при этом биметаллические кольца разделены между собой теплоизоляционными кольцепыми прокладками, диа0 метр которых превышает диаметр биметаллических колец, а внутри герметичной диамагнитной трубки, напротив каждого биметаллического кольца размещены магнитоуправляемые контакты - герконы.

5 Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна.

Известен датчик уровня жидкости, в котором в отличие от заявляемого устройства не обеспечивается надежность работы

0 датчика уровня жидкости при измерениях уровня вязких жидкостей, при наличии в жидкости механических включений или присутствия твердой фазы, кроме того, расположение электрических проводников в

5 негерметичной трубке существенно снижает безопасность работы при измерениях во взрывоопасных средах, низка точность измерений в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях, усложнена конструкция введением магнитопроводов для парироезния неопределенности показаний при положении поплавка между дискретными точками. Таким образом, на основании анализа известных технических решений в исследуемой области, можно признать решение соответствующим критерию существенные отличия,

На чертеже показан общий вид датчика уровня.

Датчик уровня содержит герметичную диамагнитную трубку 1 с расположенными внутри нее герметичными магнитоуправ- ляемыми контактами 2, на герметичную диамагнитную трубку 1 нанизаны по всей высоте биметаллические кольца 3, изготовленные в виде кольцевых постоянных магнитов 4, покрытых оболочкой 5 из ферромагнитного материала с точкой Кюри близкой к температуре кипения контролируемой жидкости, при этом биметаллические кольца разделены между собой теплоизоляционными кольцевыми прокладками 6, диаметр которых превышает диаметр биметаллических колец, а внутри герметичной диамагнитной трубки 1, напротив каждого биметаллического кольца размещены магнитоуправляемые контакты - геркон 2. Диамагнитная трубка либо откачивается и находится под вакуумом, либо заполнена неконденсируемым при соответствующем температурном уровне нейтральным газом.

Датчик уровня работает следующим образом. При наличии жидкости в емкости герметичные контакты датчиков, находящихся ниже уровня жидкости разомкнуты, так как магнитные потоки Фп, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются ферромагнитными оболочками 5 этих магнитов, замыкая на себя их силовые линии. Для замыкания контактов геркона к ним необходимо приложить минимальную силу притяжения:

ф2

2/40 a b 7

- магнитная постоянная, равная 4ях107 Г/м;

а - длина участка перекрытия пружин,

м;

b - ширина пружин, м; Фз - магнитный поток в зазоре, ве- бер,

Контакты удерживаются в разомкнутом состоянии под действием упругой силы, направленной противоположно силе магнитного притяжения:

Fv Sx

) 2

где X - величина зазора между кольцами

недеформированных пружин, м;

х - рабочий зазор между пружинами при их деформировании в процессе срабатывания, м;

S - жесткость каждой пружины, Н/м2.

Герметичные контакты датчиков, находящихся выше уровня жидкости,замкнуты. Такое состояние контактов определяется следующим. Так как оболочки 5 находятся при температурах выше точки Кюри, то они

обладают свойствами парамагнетиков и диамагнитны. В результате магнитные потоки Фп, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4, пронизывая оболочки 5 реагируют с герконами. Вследствие появления

магнитного потока достаточной мощности для запирания контактов геркона 2, свободные концы пружин приближаются друг к другу, наступает состояние равновесия Fm Fy, которому соответствует магнитный

поток:

Ф3 V

/ о

b S -(X -х)

После того, как под действием возросшего магнитного поля Н величина зазора уменьшилась с X до х, соответствующей критическому зазору, пружины продолжают сближаться и без дальнейшего возрастания Н. Для обеспечения надежной работы геркона и большей его чувствительности целесообразно, чтобы рабочая индукция В Фт/S была меньше индукции насыщения Bs. а коэффициенты ai и 32 в выражениях Bi Ф-,/5 arBs и Ва Ф2/5 aa Bs

находились в пределах 0,75 at 0,9; 0,,75. Для избежания получения недостоверной информации вследствие теплообмена между биметаллическими кольцами 3, последние разделены между собой тонкими теплоизоляционными кольце- - выми прокладками 6, диаметр которых превышает диаметр биметаллического кольца 3. Для обеспечения точности работы датчика уровня при его функционировании

в кипящих, загазованных или криогенных жидкостях теплоизоляционные кольцевые прокладки 6 выполнены с образованием отражателей 7 с целью избежания влияния набегающей волны. Для избежания образования газовых карманов при повышении уровня жидкости под поверхностью, образованной отражателями 7 в верхней отражателей 7 выполнены отверстия. При повышении уровня жидкости последовательно снизу вверх размыкаются контакты горкомов 2. Это объясняется следующим. Так как оболочки 5 охлаждаются ниже температуры точки Кюри, то материал из которого они изготовлены в результате фазового перехода 2-го рода переходит из парамагнитного состояния в ферромагнитное. Магнитные потоки fVi, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются оболочками 5 этих постоянных магнитов. Информация о повышении уровня жидкости передается на устройство отображения информации. Теплоизоляционные прокладки 6 вместе с отражателями 7 могут выполняться из Фторопласта-3, коэффициент теплопроводности которого минимален А - 0,05 Вт/м К. При снижении уровня жидкости биметаллические кольца 3 окружает парожидкостная фаза. Температура биметаллических колец 3 начинает быстро повышаться и при переходе через точку Кюри материал оболочек 5 теряет свои ферромагнитные свойства. При этом резко увеличивается величина магнитного потока, пронизывающего контакты геркона. Контакты замыкаются, на пульт отображения информации передается сигнал о снижении уровня жидкости.

Разумеется, что для различных хранимых жидкостей, а соответственно, для различных температурных уровней требуются различные рабочие вещества для оболочки 5. Работа вблизи точки Кюри может быть обеспечена в широком диапазоне температур.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы датчика уровня

за счет упрощения системы: нет необходимости в дополнительных средствах (например, в генераторе акустического сигнала и т.д.) за счет отсутствия подвижных частей

/поплавки и т.д./, за счет высокой надежности герконов - до 1Q9 срабатываний; повысить точность измерений уровня криогенных хсидкостей за счет измерения границы пар-жидкость по температуре;

исключить неопределенность показаний при расположении уровня жидкости между дискретными точками, в результате чего нет необходимости в магнитопроводе. Формула изобретения

Датчик уровня для криогенных жидкостей, содержащий диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнитоуправ- ляемыми контактами и первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и точности измерения, диамагнитная трубка выполнена герметичной и снабжена жестко закрепленными на ее поверхности по всей

длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых расположены первый и введенные дополнительные кольцевые постоянные магниты, причем каждый из магнитов выполнен с оболочкой из ферромагнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогенной жидкости, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной прокладки больше диаметра кольцевого постоянного магнита, а

каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим постоянным магнитом.

Использование: изобретение относится к области приборостроения, а именно к уровнемерам для криогенных жидкостей, и позволяет повысить надежность и точность измерений. Датчик уровня содержит диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами и первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку. Новым является выполнение диамагнитной трубки герметичной и снабженной жестко закрепленными на ее поверхности по всей длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых расположены первый и введенные дополнительные кольцевые постоянные магниты, причем каждый из магнитов выполнен с оболочкой из специального материала, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной прокладки больше диаметра кольцевого постоянного магнита, а каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим постоянным магнитом. 1 с.п.ф-лы, 1 ил.