Сигнализатор уровня жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F23/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля равенства уровней жидкостей в двух емкостях, например, в бьефах судоходных шлюзов.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

На фиг.1 приведен сигнализатор, вид сбоку; на фиг.2 - вид сверху магнитной системы; первого поплавка; на фиг.З - две проекции внутреннего поплавка; на фиг.4 - схема электрической части, расположенной на втором поплавке; на фиг.5,6 - варианты технической реализации приемного блока; на фиг.7 - две проекции второго поплавка с асимметричным отверстием; на фиг.8 - вариант технической реализации магнитной системы первого поплавка и размещения магниточувствительного ключевого коммутационного устройства (МКУ).

Сигнализатор уровней жидкостей содержит две соосно расположенные наружную трубу 1 и внутреннюю трубу 2,

выполненные из немагнитного материала, наружная труба 1 опущена нижним коленом ниже минимально возможного уровня жидкости в первой емкости, а внутренняя труба 2 своим нижним коленом соединена со второй емкости ниже минимально возможного уровня второй жидкости. Внутри каждой трубы расположены соответственно поплавки 3,4. Над верхним срезом внутренней трубы 2 расположен приемный блок 5, первый вывод которого соединен с нижним коленом трубы 2, проводом 6, проходящим через поплавок 4, выполненными виде тора с развитым сердечником, а вторым проводом 7 с верхним срезом трубы 2.

На наружной поверхности поплавка 3, имеющего торообразную форму, расположена магнитная система из магнитопровода 8, имеющего во фронтальной проекции форму магнитопровода двухполюсного электро- двигателя постоянного тока с явновыраженными полюсами, на магнито- проводе 8 симметрично под углом 90° отноел

С

с о о

OJ

ю о

сительно явновыраженных полюсов выполнено два выреза, в которые вставлены постоянные магниты 9, 10, направленные одноименными магнитными полюсами к одним и тем же явновыраженным полюсам магнитопровода 6, т.е. магнито-встречно. Поплавок 3 в сечении имеет форму овала для уменьшения сопротивления трения.

Поплавок 4 выполнен в виде тора, через внутреннее отверстие которого протянут натянутый провод 6.

Внутри поплавка 4 расположен кольцевой магнитопровод 11, зарядная обмотка 12, разрядная обмотка 13, магниточувстви- тельное-ключевое коммутационное устройство (МКУ) 14, конденсатор 15, диод 16, при этом первый вывод МКУ 14 соединен через диод 16с первым отводом зарядной обмотки 12, второй вывод - с первым отводом разрядной обмотки 13; третий вывод - с первой обкладкой конденсатора 15, вторая обкладка которого соединена с объединенными вторыми отводами зарядной и разрядной обмоток 12, 13. Магнитопровод 11 расположен концентрично внутреннему отверстию поплавка 4. Зарядная и разрядная обмотки 12, 13 намотаны на магнитопрово- де 11. Величины емкости конденсатора 15 и индуктивности обмотки 13 подобраны такими, чтобы при их последовательном соединении цепь имела реж.им резонанса напряжений.

В общем случае количество МКУ 14 может быть N(N Э: 3), соединенных параллельно друг другу и размещенных радиально-симметрично на поплавке 4. Число N и размещение МКУ на поплавке выбирается таким, чтобы обеспечить надежное срабатывание МКУ при любом положении поплавков 3,4 друг .относительно друга при их нахождении поплавка 4 внутри поплавка 3.

Приемный блок 5 имеет источник питания переменного тока- .17, трансформатор 18, резонансный фильтр 19, при этом один вывод источника питания 17 через первичную обмотку трансформатора 18 соединен с первым выводом приемного блока 5, второй вывод источника питания 17 соединен со вторым выводом приемного блока 5, выводы вторичной обмотки трансформатора 18 соединены со входами резонансного фильтра 19, выход которого соединен с выходом приемного блока 5 (исполнительным механизмом).

Приемный блок 5 имеет источник питания переменного тока 17, два трансформатора 18.1,18.2, резонансный фильтр 19, при этом два выхода источника питания 17 подключены соответственно к первому и второму отводам первичной обмотки трансформатора 18.1, первый отвод вторичной обмотки которого подключен ко второму выводу приемного блока 5, а второй отвод - к первому отводу первичной обмотки трансформатора 18.2, второй отвод которого связан с первым выводом приемного блока 5, вторичная обмотка трансформатора 18.2 подключен параллельно входам фильтра 19,

выход которого соединен со входом исполнительного механизма (на фиг.6 исполнительный механизм не показан).

Поплавок 4 и магнитопровод 11 могут быть выполнены с асимметричным сквозным отверстием, через которое проходит провод 6 МКУ 14 при этом может быть выполнено в виде геркона, размыкающий контакт которого является первым выводом МКУ. замыкающий контакт - вторым выводом, неподвижный контакт - третьим выводом МКУ. Геркон 14 расположен на стороне магнитопровода 11 с наибольшей площадью, причем размещен на оси симметрии магнитопровода 11, т.е. геркон 14 направлен к центру отверстия. Дополнительно на втором поплавке 4 может быть размещен магнит 20, служащий для повышения надежности работы сигнализатора.

Возможно выполнение магнитной системы поплавка 3 в виде кольцевого магнита 24 север (N) или юг (S), которого расположены сверху (снизу), В качестве МКУ 14 можно использовать N герконов (N 1), которые располагаются вертикально над магнитопроводом 14.

Сигнализатор уровня жидкостей рз1г. тает следующим образом.

Включают в работу источник .питание переменного тока 17 (фиг.5). Предположим,

уровни жидкостей не равны друг другу. Тогда по цепи - первый вывод источника питания 17 - первичная обмотка трансформатора 18 - провод 6 - нижнее колено трубы 2 - верх трубы 2 - второй вывод источника питания 17

- потечет переменный ток определенной ча с тоты ом 2 л fi.

В магнитопроводе 11 (фиг.4) будет наводится переменный магнитный поток, котб- рой пересекая витки зарядной обмотки 12

будет находить в ней э.д.с. По цепи - первый отвод обмотки 12 -диод 16 - первый вывод МКУ 14 - третий вывод МКУ 14 - конденсатор 15 - второй отвод обмотки 12 - потечет ток. При этом конденсатор 1.5 будет заряжаться до определенной величины Уз (Величина Va определяется чувствительностью исполнительного механизма, на который подается сигнал с выхода фильтра 19.

Когда перепад уровней жидкостей в трубах 1,2 не равен нулю, то поплавок 3 под действием внешнего магнитного поля на постоянные магниты 9, 10 повернется параллельно мгновенному значению магнитного меридиана.

Предположим, что перепад уровней жидкостей в трубах 1,2 начинает уменьшаться и в определенный момент будет равен нулю. При этом поплавки 3,4 повернуться друг относительно друга так, чтобы магнитное сопротивление в магнитной цепи, состоящей из поплавков 3,4 было минимальным. В данном случае явновыра- женные полюса магнитопровода 8, магнито- чувствительное ключевой коммутационное устройство МКУ 14 будут лежать в одной плоскости и на одной оси.

Постоянные магниты 9, 10 будут создавать магнитные потоки. Магнитные силовые линии этих потоков, выходящие из северного полюса N магнитов, проходят через часть магнитопровода 8, один явновыраженный полюс магнитопровода 8, МКУ 14, второй явновыраженный полюс магнитопровода, часть магнитопровода 8 и входят в южный полюс S соответствующего постоянного магнита 9, 10,

При этом сработает МКУ 14. По цепи- конденсатор 15-разрядная обмотка 13 - МКУ 14-конденсатор 15-потечет переменный ток, частотой Ур. Параметры конденсатора 16 и разрядной обмотки 13 подобраны так, чтобы в цепи из последовательно соединенных конденсатора 15 и разрядной обмотки 13 существовал режим резонанса напряжений. При этом в магнитопроводе 11 будет существовать магнитный поток, наводящий в проводе б электрический ток частотой.

Ток, наводимый в проводе 6, будет проходить по первичной обмотке трансформатора 18, наводы на его вторичной обмотке ток частотой . Фильтр 19 является, резонансным фильтром, пропускающим сигналы с частотой Ур,дПри появлении на его входах переменного сигнала с частотой 0)р на его выходе появится сигнал, который подается на исполнительный механизм (на фиг.5 он не показан).

Если перепад уровней двух жидкостей начинает увеличиваться, то сработает МКУ 14. Конденсатор 15 вновь начнет заряжаться и цикл работы сигнализатора повторяется.

Принцип работы приемного блока 5 аналогичен принципу работы приемного блока 5, изображенного на фиг,5. Отличительной особенностью приемного блока 5

является отсутствие гальванической связи между источником питания 17 и элементом связи 6.

Принцип работы сигнализатора с ис- 5 пользованием второго поплавка 4 и второго магнитопровода 11 с асимметричным отверстием аналогичен приведенному выше.

При изменении уровней жидкостей в трубах 1,2 под действием магнитного поля

0 магнитной системы первого поплавка второй поплавок начинает разворачиваться так, чтобы между полюсами магнитопровода 8 было минимальное магнитное сопротивление.

5 Это положение поплавка 4 показано на фиг.7. При этом геркон 14 лежит на прямой, проходящей через полюса магнитопровода 8, для повышения надежности срабатывания геркона 14 и для взаимной ориентации

0 поплавков 3,4 используется плоский магнит 20, расположенный по своей длине на одной прямой с герконом 14.. . Магнитный поток, создаваемый одним магнитом 20, недостаточен для срабатывания геркона 14.

5 Таким образом, магнит 20 выполняет две функции: используется для взаимной ориентации поплавков друг относительно друга и для повышения надежности срабатывания геркона 14.

0 .Принцип работы сигнализатора (фиг.8) аналогичен. При изменении уровня поплавки 3,4 начинают перемещаться. При уменьшении разницы уровней жидкостей МКУ 14 начнет входить в зону действия магнитного

5 поля магнита 21. Магнитные силовые линии магнита 21 будут проходить через магнито- провод 11, т.к. при этом будет минимальное магнитное сопротивление. При этом магнитные силовые линии будут замыкаться че0 рез МКУ 14, вызывая его срабатывание.

Таким образом, магнитопровод 11 выполняет две функции:

служит для приема энергии для заряда конденсатора и передачи сигнала в момент

5 равенства уровней;

служит для повышения надежности срабатывания геркона.

В результате применения предложенного сигнализатора повышается надеж0 ность работы за счет введения связи, работающей при любых условиях; исключения автономного источника питания, необходимого для работы сигнализатора. Исключение автономного источника пита5 ния, кроме того, сокращает габариты поплавка и всего сигнализатора в целом. Формула изобретения 1, Сигнализатор уровня жидкости, содержащий приемный блок с элементом связи, две соосно расположенные трубы,

нижнее колено наружной трубы соединено с первой емкостью, между первой и второй трубами расположен первый поплавок, выполненный в виде тора, на наружной поверхности которого расположена магнитная система из первого магнитопровода, имеющего во фронтальной проекции форму магнитопровода двухполюсного электродвигателя постоянного тока с ясновыраженными полюсами, на магнитопроводе симметрично относительно полюсов под углом 90° выполнены два выреза, в которые вставлены магнито- встречно первый и второй постоянные магниты, нижнее колено внутренней трубы, в которой помещен второй поплавок, соединено с второй емкостью, на втором поплавке размещено магниточувствительное ключевое коммутационное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены второй магнитопровод, зарядная и разрядная обмотки, диод и конденсатор, при этом второй поплавок выполнен в виде тора, на наружной поверхности которого расположен второй магнитопровод кольцеобразной формы, охваченный зарядной и разрядной обмотками, элемент связи выполнен в виде провода, проходящего через внутреннее отверстие второго магнитопровода и соединяющего нижнее колено внутренней трубы с первым выводом приемного блока, второй вывод которого соединен с верхним срезом внутренней трубы, первые отводы зарядной и разрядной обмоток объединены, второй отвод зарядной обмотки подключен через диод к первому выводу магниточувствитель- ного коммутационного устройства, второй вывод которого соединен с вторым отводом разрядной обмотки, а третий вывод связан с первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого подключена к точке соединения зарядной и разрядной обмоток.

2. Сигнализатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что приемный блок содержит источник питания переменного тока, трансформатор и резонансный фильтр, при этом

первый вывод источника питания переменного тока соединен с первым отводом первичной обмотки трансформатора, выходы вторичной обмотки которого соединены с входами резонансного фильтра, первым выходом приемного блока является второй отвод первичной обмотки трансформатора, вторым - второй вывод источника питания переменного тока.

3. Сигнализатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что разрядная обмотка и конденсатор образуют резонансный контур.

4. Сигнализатор по п.1, от л и ч а ю щи й- с я тем, что магниточувствительное ключевое коммутационное устройство выполнено

в виде не менее четырех герконов, соединенных параллельно и размещенных на втором поплавке радиально-симметрично, при этом первым выводом магниточувствитель- ного ключевого коммутационного устройства являются объединенные размыкающие контакты герконов, вторым выводом - объединенные замыкающие контакты герконов, а третьим выводом - объединенные неподвижные контакты герконов.

5. Сигнализатор по п.1,отлич а ющий- с я тем, что второй поплавок и второй магнитопровод выполнены с асимметричным отверстием, а магниточувствительное ключевое коммутационное устройство размещено на стороне магнитопровода, имеющей большую площадь, по направлению к центру отверстия.

6. Сигнализатор по п. 1, о т л и ч а. ю щ и й- с я тем/что магнитная система выполнена в

виде кольцевого магнита, а магниточувствительное ключевое коммутационное устройство расположено вертикально над вторым магнитопроводом. ,

у//////////////////////////////

/

Фиг. 6

Использование: изобретение относится к измерительной технике и используется для контроля уровней жидкостей в двух емкостях, например в бьефах судоходных сооружений. Сущность изобретения: Детектор выполнен в виде приемного блока с элементом связи двух соосно расположенных труб, в каждой из которых находится поплавки. На первом поплавке имеются два постоянных магнита и магнитопровод, на втором поплавке - второй магнитопровод кольцеобразной формы, зарядная и разрядная обмотки, конденсатор, диод и магниточувствительный ключевой элемент. Элемент связи выполнен в виде провода. 8 ил. ..

фиг. 5