Сигнализатор уровня жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F23/64 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в различ- ных отраслях промышленности для контроля уровня жидкостей в сосудах под давлением, при высоких температурах.

Известен сигнализатор уровня жидких сред, содержащий поплавок с постоянным магнитом в сообщающемся сосуде, магни- тоуправляемый контакт, установленный на линии взаимодействия с постоянным магнитом.

Недостатком сигнализатора уровня жидкости является сложность и невысокая надежность конструкции сообщающегося сосуда совместно с поплавком, на котором закреплен постоянный магнит, так как постоянный магнит увеличивает габаритные размеры поплавка, а следовательно, и сообщающегося сосуда. С другой стороны, присутствие постоянного магнита в среде, уровень которой контролируется, может быть нецелесообразен по причине наличия ферромагнитных включений, которые могут осаждаться на поплавке под влиянием магнитного поля, кроме того, при высоких температурах возникает потребность в специальных, неразмагничивающихся при этих температурах, постоянных магнитах.

Известен сигнализатор уровня перегретой воды в сосудах теплостанции каландровой линии, используемой для нагрева валов этой линии.

Каландровая линия по производству лоливинил-хлоридной пленки была установлена на Броварском заводе пластмасс, Киевская область, в соответствии с контрактом 46/74937- 114 от 1972 г. с фирмой Berstorff, ФРГ. Контроль уровней в сосудах осуществляется сигнализаторами уровней UR 185SW/S (см. фиг. 1), содержащих полый шар 1 из ферромагнитного материала в сообщающемся сосуде 2 из диамагнитного ма- териала, два постоянных магнита 3 автоматического выключателя 4, установленные в позиции контролируемого уровня, два ферромагнитных винта 5. установленных на линии взаимодействия с постоянными магнитами, два рычага 6. 7, два шарнира

сл

С

vj VI СО СЛ СЛ

8, пластину 9, изготовленную из диэлектрика, контактную группу 10, 11.

Недостатком сигнализатора уровня является его сложность и невысокая надежность, обусловленная необходимостью применения схемы автоматического выключателя с двумя постоянными магнитами на двух рычагах с двумя шарнирами, с двумя ферромагнитными винтами. Сложность конструкции вызвана необходимостью обеспечения надежного возврата в исходное состояние рычажной системы путем притяжения к двум ферромагнитным винтам.

Известен сигнализатор уровня, содержащий поплавок на пружинной растяжке с укрепленным на нем ведущим магнитом, ведомый магните дополнительным грузом, которые укреплены на одном конце рычага, установленного в немагнитном корпусе, другой конец которого связан с преобразователем перемещения.

Недостатком сигнализатора уровня является его сложность, а следовательно, и невысокая надежность в работе, обусловленная необходимостью применения ведущего магнита с пружинной растяжкой, дополнительного груза, укрепленного совместно с ведомым магнитом, шарнирного крепления рычага. Следует учитывать, что для высокотемпературных сред существует уже отмеченная ранее в аналогичном устройстве потребность в специальных, нераз- магничивэющихся при высоких температурах, постоянных магнитах, так как ведущий магнит установлен непосредственно в сосуде с измеряемой средой.

Из известных сигнализаторов уровней наиболее близким по конструкции к предлагаемому является сигнализатор уровня, содержащий сообщающийся сосуд с поплавком с закрепленным на нем ведущим постоянным магнитом, рычаг, установленный на шарнире, с закрепленным на нем ведомым постоянным магнитом с горизонтальным расположением оси N-S, конечные переключатели, установленные в крайних положениях перемещения рычага.

Недостатком сигнализатора уровня (прототипа) является его сложность и невысокая надежность в работе, обусловленная тем, что конструктивно для работы сигнализатора уровня требуется относительно мощное магнитное поле, которое получают путем дополнительного размещения магнита на поплавковой системе. Действительно, при перемещении рычага магнитное поле должно компенсировать практически весь вес рычага с магнитом Кроме того, использование шарнира в закреплении рычага также усложняет и уменьшает надежность работы сигнализатора уровня.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности сигнализатора уровня жидкости.

Цель изобретения достигается тем, что в сигнализатор уровня жидкости, содержащий поплавок и преобразователь его перемещения, размещенный в немагнитном

корпусе и содержащий магнит с элементом его крепления к корпусу и переключатель индикатора, введены новые элементы, соединенные следующим образом: ферромагнитный элемент, установленный с

возможностью регулирования зазора относительно постоянного магнита, ось которого расположена в вертикальной плоскости, при этом элемент крепления магнита выполнен в виде упругой подвески, а переключатель - в виде магнитоуправляемого контакта.

Нафиг.1 и2 представлен вариант сигнализатора уровня. Сигнализатор уровня содержит поплавок 1 из ферромагнитного

материала, трубчатый сообщающийся сосуд 2 из диамагнитного материала, преобразователь 3 перемещения поплавка, содержащий магнит 4 с элементом крепления его к корпусу в виде упругой подвески, магнитоуправляемый контакт 5, светодиод 6, цилиндр 7 с ферромагнитным элементом 8, клеммник 9.

Сигнализатор уровня жидкости работает следующим образом.

При изменении уровня среды поплавок 1 из ферромагнитного материала перемещается в сообщающемся сосуде 2 из диамагнитного материала. Входит в поле постоянного магнита преобразователя 3 перемещения поплавка, в котором магнит с элементом его крепления в виде упругой подвески представляет собой маятник 4 в поле тяготения Земли. Маятник 4 под воздействием усилия

Fi F -mgsina-F11,(1)

гдеР В21$1/2 fio Fn B22Si/2 Mo ,

FI - усилие отклонения подвески магнита к поплавку;

р - усилие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита преобразователя перемещения поплавка с полым ферромагнитным поплавком;

F - усилие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с ферромагнитным элементом в преобразователе перемещения;

m - масса постоянного магнита; g - ускорение земного притяжения;

а - угол отклонения упругой подвески;

В} - магнитная индукция в зазоре между постоянным магнитом и полым ферромагнитным поплавком;

Si - площадь поверхности постоянного магнита в зазоре;

магнитная проницаемость пространства между постоянным магнитом и полым ферромагнитным поплавком;

В2 - магнитная индукция в зазоре между постоянным магнитом и ферромагнитным элементом;

/Uol - магнитная проницаемость пространства между постоянным магнитом и ферромагнитным элементом, притягивается к ферромагнитному полому поплавку 1, замыкается нормально замкнутый контакт магнитоуправляемого контакта 5, так как магнитное поле постоянного магнита не воздействует на этот контакт, загорается светодиод б, сигнализирующий достижение средой контролируемого уровня. При уходе среды из контролируемого уровня поплавок выходит из магнитного поля маятника. На маятник действует возвращающее в исходное состояние усилие

:ll

F2 F + mgsm a ,

Размыкается нормально замкнутый контакт магнитоуправляемого контакта 5 Величина усилия F устанавливается путем вращения цилиндра 7, при этом ферромагнитный элемент 8 удаляется или приближается к магниту В выражения (1), (2) не включено усилие деформации пружинной ленты из-за его малости.

На Броварском заводе пластмасс (Киевская область) разрабатывается система контроля уровня перегретой воды в сосудах теплостанции каландровой линии взамен импортной. В настоящее время создано макетное устройство для контроля уровня жидких сред. Получены положительные результаты. Будут контролироваться шесть дискретных уровней на каждом каскаде теплостанции каландровой линии. Значительно упрощен контроль уровня и повышена надежность. Новые элементы и связи позволили упростить сигнализатор уровня и повысить его надежность. Действительно, вертикальное расположение рычага уменьшило требуемую величину магнитного поля и, следовательно, позволило исключить постоянный магнит из поплавковой системы. Применение, вместо жесткой конструкции рычага, пружинной ленты исключило из уровнемера ненадежный в эксплуатации шарнир.

Конкретным примером выполнения изобретения является следующее макетное устройство. В качестве постоянного магнита 4 в этом устройстве использован феррит

5 типа 16БА190 с остаточной индукцией 0,3 Тл. Габаритные размеры магнита 11 х24мм, толщина 11 мм, масса 10,14 гр. Длина упругой подвески 50 мм. Материал - пружинная лента к квадранту весовой головки типа ЦЕ

10 - 500 - 41 - 10 к весам. Ширина пружиной ленты - 7 мм, толщина - 0,1 мм. Для уменьшения жесткости пружинной ленты в месте ее крепления прорублено окно размером по ширине - 3 мм, по высоте - 5 мм. Цилиндр

15 изготовлен из фторопласта. Диаметр ферромагнитного элемента - 3 мм, высота - 4 мм. Расстояние от ферромагнитного элемента 8 к магниту 4-15 мм. Диаметр поплавка - полого ферромагнитного шара 1-40 мм.

20 Наружный диаметр сообщающегося сосуда, трубы 2, из диамагнитного материала - 50 мм. Толщина стенки трубы - 3 мм. Толщина корпуса преобразователя 3-1 мм. В качестве магнитоуправляемого контакта приме25 нен геркон типа КЭМ 2. Светодиод - Ал 307. Расстояние магнита 4 к поплавку- 14,7 мм. Угол отклонения упругой подвески - 10°. Определяем маятниковое усилие упругой подвески

30mgsin а 0,1014 кг 9,8 м/сек2 х

хО,1736 0,01725 Н.

Определяем усилие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита 4 с поплавком 1, предварительно вычислив

35 усредненную площадь зазора

к 0.000865 м2,

B2S 0.

0.000865 М2

30,99 Н

2 -Ал- 10 ЧГн/м

Определяем усилие взаимодействия маг- нитного поля постоянного магнита 4 с ферромагнитным элементом 8 цилиндра 7. Усредненная площадь равна

Si 0,000066 м2

Ffl

В2 Si 0,32 Тл 0,000066 М2

2/и0 2.365 Н

2 -4я 10

Определяем усилие отклонения упругой подвески к поплавку

Fi F -mgsina - F 30,99-0,01725 -2,365 28,6078 Н

Определяем усилие возвращения упругой подвески в исходное состояние

F2 F + mgsin a 2,365 + 0,01725 2,38225 H.

Для упрощения расчетов предполагается, что магнитные проницаемости пространств //о и(«0 равны между собой /10 4тг10 Гн/м Все упрощающие допущения вносят незначительные погрешности в получаемые результаты

Технико-экономическая и социальная эффективность заключается в упрощении и повышении надежности сигнализатора уровня по предлагаемому техническому решению, в повышении производительности труда, уменьшении затрат на изготовление устройств контроля уровня, улучшении культуры производства, улучшении условий техники безопасности.

0

5

Формула изобретения Сигнализатор уровня жидкости, содержащий поплавок и преобразователь его перемещения, размещенный в немагнитном корпусе и содержащий магнит с элементом его крепления к корпусу и переключатель индикатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, он снабжен ферромагнит- ным элементом, установленным с возможностью регулирования зазора относительно постоянного магнита, ось которого расположена в вертикальной плоскости, при этом элемент крепления магнита выполнен в виде упругой подвески, а переключатель - в виде магнитоуправляемого контакта.

Использование: изобретение может быть использовано для контроля уровней жидкости в сосудах под давлением, при высоких температурах. Сущность изобретения: сигнализатор уровня жидкости содержит поплавок и размещекный в немагнитном корпусе преобразователь его перемещения, содержащий постоянный магнит на упругом подвесе и снабженный ферромагнитным элементом, установленным с возможностью регулирования зазора относительно постоянного магнита, ось которого расположена в вертикальной плоскости, а переключатель выполнен в виде магнито- управляемого контакта, 2 ил.

Фиг.1

Фиг.Ј