Электромагнитный уровнемер Советский патент 1993 года по МПК G01F23/26 

ел С

Использование: изобретение относится к Измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измеряемому уровню. Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня жидких сред во всех отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: устройство содержит немагнитный корпус, магнитную жидкость, кольцевой постоянный магнит, поверхность, воспринимающую давление, немагнитную трубку и преобразователь. Поверхность, воспринимающая давление, выполнена в виде сильфонной мембраны, кольцевой магнит установлен на немагнитной трубке и дополнительно установлены два электромагнита для регулирования диапазона измерений и корректировки нуля уровнемера. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измеряемому уровню. Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня жидких сред в широком диапазоне во всех отраслях народного хозяйства.

Известно устройство, преобразующее давление в перемещение магнитов, используемое для измерения уровня жидкостей. содержит герметичный корпус, полость которого разделена упругим элементом, соединенным с постоянными магнитами, между1 полюсами которых расположен датчик ХоЬла, причем магниты установлены на рамке, снабженной регулятором ее положения относительно датчика Холла.

Основным недостатком этого устройства является узкий диапазон измеряемых

уровней и низкая точность измерений. Это обусловлено тем, что чувствительным элементом в устройстве.является упругий элемент, чувствительность которого определяется его жесткостью, что не может быть скомпенсировано высокой чувствительностью датчика Холла.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является магнитный датчик давления, преобразующий давление в перемещение магнитной жидкости и содержащий немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, немагнитную трубку, поверхность, воспринимающую давление, магнитную жидкость и индуктивный преобразователь.

Это устройство имеет следующие недостатки: узкий диапазон измерения уровней, обусловленный параметрами постоянного кольцевого магнита; низкую точность измё3

СО N) 4 СО

рений, обусловленную отсутствием коррекции нулевого состояния устройства; позво- ляет измерять уровни только неагрессивных сред и сред, которые не смешиваются с магнитной жидкостью.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения путем исключения непосредственного контакта магнитной жидкости с контролируемой средой и регулирования объемной магнитной силы.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном уровнемере, содержащем немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в виде магнитной жидкости, кольцевой постоянный магнит и преобразователь перемещения чувствительного элемента, согласно изобретению, корпус снабжен немагнитной сообщающейся с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перемещения магнитной жидкости, а конец со стороны корпуса схвачен постоянным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон, закрепленный в торце корпуса с возможностью взаимодействия с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй - на внешней поверхности немагнитной трубки, причем северный полюс постоянного магнита направлен в сторону свободного конца трубки.: .

На чертеже показан уровнемер, соединенный с расходной емкостью, продольное сечение.

Электромагнитный уровнемер содер-; жит расходную емкость 1с контролируемой жидкостью 2, поверхность, воспринимающую давление, в виде сильфона 3, корпус 4, трубку 5, магнитную жидкость 6, кольцевой постоянный магнит 7, катушку электромагнита 8 для регулирования диапазона измеряемого уровня, катушку электромагнита 9 для корректировки нуля уровнемера,преобразователь 10 для преобразования измеряемого уровня о электрический сигнал, измерительный блок 11, включающий в себя элементы регулирования тока в электромагнитах 8 и 9, и элементы измерения сигнала от преобразователя 10 с отображением измеряемого уровня на индикаторе и выдачей в случае необходимости сигналов управления. .

Магнит 7 имеет аксиальную намагниченность и установлен на трубке 5 так, что его северный полюс направлен от корпуса 4, что обеспечивает втягивание магнитной жидкости 6 в полость трубки 5 и исключает

ее вытекание. Катушка электромагнита 8 установлена на корпусе 4, а электромагнита 9 - на трубке 5 рядом с магнитом 7.

Преобразователь 10 соединен с трубкой

5, а его выход - с входом измерительного блока 11. Катушки электромагнитов 8 и 9 соединены с выходами блока 11, которые обеспечивают необходимые регулируемые токи.

0 Корпус 4 и трубка 5 изготовлены из бронзы. Корпус 4 выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром 20 мм, наружным - 23 мм и высотой 50 мм. Корпус 4 снабжен резьбовым соединением с расход5 ной емкостью 1. Трубка 5 имеет внутренний диаметр 4 мм, наружный - 7 мм и длину 80 мм. В верхней части корпуса 4 имеется внутренний выступ, на котором через уплотнитель жестко установлен сварной сильфон 3

0 диаметром 18 мм, чи слом гофров 5, толщиной 0,08 мм, выполненный из плоских гофрированных кольцевых мембран из материала марки 36НХТЮ.

В качестве магнитной жидкости 6 ис5 пользовалась жидкость на основе трансформаторного масла с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, с намагниченностью насыщения М, равной 50 кА/м. Магнитная жидкость за0 полняет корпус 4 и половину трубки 5 прий полном контакте с внутренней поверхностью сильфона 3.

Кольцевой магнит 7 выполнен из феррита бария, имеющего напряженность поля в

5 рабочей точке 150 кА/м. Наружный диаметр

кольца 20 мм, внутренний - 8 мм, толщина

10 мм. Кольцевой магнит надежно вводит в

насыщение магнитную жидкость 6 в трубке

, 5 и исключает ее вытекание, создавая доста0 точный для этого градиент напряженности магнитного поля.

. Катушка электромагнита 8 длиной 40 мм содержит 200.0 витков, а катушка электромагнита 9 длиной 10 мм содержит 1000 вит5 ков. Обе катушки намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 0,125 мм.

С помощью регулировочных элементов блока 11 ток в электромагните 8 может регулироваться в пределах 0-40 мА и создавать

0 магнитное поле, направленное против поля магнитной жидкости б. Ток в электромагните 9 может изменяться в пределах 0-25 мА и создавать поле, согласное или несогласное с магнитным полем кольцевого маг5 пита 7. . Сердечниками электромагнитов 8 и 9 служит сама магнитная жидкость. В качестве преобразователя 10 используется обычный дифференциально-трансформаторный датчик.

Предлагаемый уровнемер реагирует на изменение уровня в расходной емкости 1, т. э. на перепад давлений. Из основного уравнения гидростатики перепад давлений определяется по ф-ле

АР pgh,

(1)

об

где АР - перепад давлений в точке жидкости на глубине h;. р g - сила тяжести жидкости. Магнитная жидкость отличается от ычных жидкостей наличием объемной млгнитной сплыло М VH. поэтому выраже- е (1) для нашего случая имеет следующий вид:

AP /9gh- //0M VH,

(2)

где ju0 - магнитная проницаемость вакуума; ;| М - намагниченность магнитной жидко- CTk

VH - градиент напряженности магнит- не го поля в жидкости.

Учитывая, что объемная магнитная сила значительно превосходит силу тяжести используемого объема магнитной жидкости, то ее значением можно пренебречь, а выра- (2) при этом будет иметь вид:

ДР ft0M VH. (3)

| Из этого выражения видно, что, изме- нйя градиент напряженности магнитного поля, можно в широких пределах изменять диапазон измеряемого уровня контролируемой жидкости 2 в емкости 1.

, Предлагаемый электромагнитный уров- не|мёр работает следующим образом,

При отсутствии жидкости 2 в емкости 1 отсутствует и давление на магнитную жидко :ть 6 через поверхность сильфона 3, которая надежно удерживается магнитом 7 в трубке 5 на нулевом уровне. В этом случае преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответствующий нулевому уровню жидкости 2. Если же по ка(им-то причинам преобразователь выдает сигнал наличия уровня жидкости 2 в пустой емкости 1, то с помощью регулирующего элемента блока 11 изменяют ток, а если необходимо, и его направление в электромагните 9 и осуществляют корректировку нуля микроперемещением магнитной жид- к обти б в трубке 5, взаимодействующей с преобразователем 10.

При заполнении емкости 1 жидкостью 2 образуется перепад давлений, воздействующий на магнитную жидкость 6 через воспринимающую поверхность сильфона 3. Под давлением, которое направлено против объемной магнитной силы, происходит вытеснение магнитной жидкости 6 из корпуса 4

5 в трубку 5. Микроперемещение под давлением магнитной жидкости б в корпусе 4 пропорционально уровню измеряемой жидкости 2 вызывает микроперемещение магнитной жидкости и в трубке 5, но в 5 раз

0 большее из-за разницы диаметров корпуса 4 и трубки 5, что обеспечивает высокую чув- ствительность уровнемера. Перемещающаяся магнитная жидкость 6 в трубке 5 взаимодействует с преобразователем 10,

5 который выдает сигнал, пропорциональный измеряемому уровню в блок 11.

При снижении контролируемого уровня жидкости 2 давление, воздействующее на магнитную жидкость 6, уменьшается и под

0 действием выталкивающей объемной магнитной силы магнитная жидкость б из. полости трубки 5 перемещается в полость корпуса 4 и преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответству5 ющий новому более низкому уровню жидкости 2.

Из выражения (3) видно, что верхний предел измеряемого уровня определяется величиной градиента- напряженности мзг0 нитного поля. Например, при отсутствии поля электромагнита 8 предел измеряемого уровня определяется полем кольцевого магнита 7, которое обеспечивает в магнитной жидкости VH, равный 2-106 А/м2, поэтому

5 согласно выражению (3)

ДР 1,26-10 б-50-103-2-106 1,2б-105Па.

Так как 10J Пз примерно равно давле- 0 нию в 1 атм., то для воды верхний предел измеряемого уровня равен 12,6 м. .

Увеличивая напряженность магнитного поля электромагнита 8, можно снижать значения градиента магнитной напряженности 5 и регулировать верхний предел измерения уровня в сторону его уменьшения.

Так как объем магнитной жидкости 6 в корпусе 4 в 30 раз превышает объем жидко0 сти в полости трубки 5, то для обеспечения одинаковой выталкивающей объемной магнитной силы в жидкости 6 корпуса 4 достаточно получить градиент напряженности магнитного поля, в 30 раз меньший, чем в

5 полости трубки 5. Поэтому используемый диапазон регулирования тока в электромагните 8 обеспечивает широкий диапазон измеряемых уровней - от 10 см до 12,6 м. Причем нижняя граница диапазона измерений достигается при токе 38 мА в электромагните 8, т.е. не на предельном токе.

Точн ость измерений верхних уровней во всем диапазоне не ниже ± 0,5%, что в 2-4 раза выше, чем у известных, широко используемых уровнемеров.

Установка в качестве воспринимающей поверхности сильфона 3 в контакте с магФ о р м у л а и з о б р е т е и и я

Электромагнитный уровнемер, содержащий немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в виде магнитной жидкости, кольцевой постоянный магнит и преобразователь перемещения чувствительнЬго элемента, о т л и ч а ю- щ и и с я тем. что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, корпус снабжен немагнитной сообщающейся с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перенитной жидкостью б позволяет дополнительно повысить точность измерений, так как он обладает линейной упругой характеристикой.

Все это говорит о достижении цели изобретения с большим положительным эффектом. г

мещения магнитной жидкости, а конец со стороны корпуса охвачен постоянным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон,закреплённый в торце корпуса с возможностью взаимодействия с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй - на внешней поверхности немагнитной трубки, причем северный полюс постоянного магнита направлен в сторону свободного конца трубки. V : .. ;;,: