Датчик уровня жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F23/62 

ел

С

Использование: изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к уровнемерам жидкости, и может найти применение в системах контроля и учета уровня жидкого сырья в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: датчик уровня содержит трубу 1 из немагнитного материала, размещенный в ней ряд магнитоуправляемых контактов 2, кольцевой поплавок 4 с магнитом 5. Поплавок выполнен с дополнительной кольцевой полостью и снабжен сильфоном кольцеобразной формы, герметично закрытым в нижней части, а верхней открытой частью прикрепленным к дну поплавка, образуя с его дополнительной кольцевой полостью компенсационную полость, заполненную полностью контролируемой жидкостью. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к уровнемерам жидкости, и может найти применение в системах контроля и учета жидкого химического сырья и продуктов в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение эксплуатационных возможностей.

На чертеже представлена принципиальная схема конструкции датчика уровня жидкости.

Датчик уровня содержит немагнитную .трубу 1, внутри которой по вертикали закреплен ряд магнитоуправляемых контактов (герконов) 2, связанных проводной связью 3 с блоком регистрации результатов измерения (на чертеже не показан). Трубу 1 охватывает полый кольцевой поплавок 4, внутри которого имеется кольцевая полость, и закреплен кольцевой магнит 5, К нижнему дну полого поплавка 4 приварены

неподвижные торцы концентричных силь- фонов 6 и 7, имеющих общее дно 8, герметично приваренное к подвижным торцам этих сильфонов. Кольцевая полость поплавка 4 и полость между концентричными силь- фонами сообщены между собой и заполнены компенсационной жидкостью 9. Труба 1 и поплавок 4 с сильфонами 6 и 7 погружены в контролируемую жидкость 10.

Датчик уровня жидкости работает следующим образом.

По мере изменения измеряемого уровня жидкости Н поплавок (поплавок 4 с магнитом 5 и сильфонами 6 и 7) отслеживает этот уровень и по мере прохождения вдоль немагнитной трубы 1 коммутирует соответствующий магнитоуправляемый контакт 2, формируя информацию об измеренном уровне жидкости.

При изменении плотности контролируемой жидкости, вследствие изменения характера (кон.центрации, состава) самой

СО

о ю

СА) N)

контролируемой жидкости 10 при .изменении ее температуры, изменяется выталкивающая сила, действующая на поплавок со стороны жидкости, изменяется глубина погружения поплавка 4 в жидкость,- а следовательно и месторасположение магнита 5 относительно поверхности жидкости и гер- кона 2, что вызовет погрешность в измерении.

Для компенсации влияния изменения плотности контролируемой жидкости и ее температуры в предлагаемом датчике уровня принято следующее техническое решение: обеспечение постоянства погружения поплавка А в контролируемую жидкость. Реализуется это техническое решение следующим образом. Габариты и объем поплавка 4, эффективные площади сильфонов 6 и 7 и количество компенсационной жидкости 9 в кольцевой полости поплавка 4 и межсиль- фоной полости выбирается таким образом, чтобы всегда соблюдалось условие .

ВЫТ

погр,

где Рвыт - выталкивающая сила, действую щая на погруженную в жидкость часть по плавка 4 и сильфонную часть поплавка;

Fnorp - погружающая сила, действую щая на контролируемую жидкость со сторо ны поплавка.

,

:Vn g

где Vn -погруженный в жидкость объем поплавка 4 совместно с наружным объемом, ограниченным сильфонами б и 7 и дном 8;

р -плотность контролируемой жидкости;

g -ускорение силы тяжести;

a Fnorp - nrin g + m к.ж. g

где nrin - масса поплавка 4, магнита 5, сильфонов 6 и 7 и дна;

гпк.ж. - масса компенсационной жидкости в кольцевой полости поплавка 4 и в межсильфонной полости поплавка.

Подставив (2) и (3) в равенство (1), получим:

Vn -p- g mn-g+ гпк.ж. g(4) Но m к.ж. .ж. рк.ж. (5)

где Ук.ж. - объем компенсационной жидкости в кольцевой полости поплавка 4 и в межсильфонной полости поплавка; р к.ж. - плотность компенсационной жидкости.

Подставив (5) в (4) и сократив в обеих частях равенства g, получим:

Vn р ГПп + VK.JK. р к.ж.

(6)

Уравнение(6)является основным аналитическим выражением условия постоянства уровня погружения поплавка в контролируемую жидкость, а следовательно и условия

обеспечения высокой точности измерения уровня. Из выражения (6), после преобразований, определяем объем компенсационной жидкости, необходимый для обеспечения компенсации изменения плотности контролируемой жидкости:

/ т

Ук.ж. - Vn-7:--- -7:- /Зк.ж. РК. ж

(7)

25

20 Если компенсационную полость поплавка заполнить самой контролируемой жидкостью (т.е. при р к.ж. 0), то выражение (7) примет вид

VK.«. Vn-

(8)

30

35

40

50

55

Для конкретного поплавка, для которого известен объем, погруженный в жидкость, и масса, зная плотность жидкости, уровень которой требуется контролировать, определяют по формуле (8) расчетное количество жидкости, которым необходимо заполнить кольцевую полость поплавка 4 и межсильфонную полость поплавка. Т.к. деформация сильфонов возможна в значительных пределах, то в межсильфонную полость поплавка всегда помещается необходимое количество компенсационной жидкости.

При изменении температуры контролируемой жидкости 10 одновременно изменяется на такую же величину и температура компенсационной жидкостью 9 в кольцевой полости поплавка 4 и межсильфонной полости. Т.к. в качестве компенсационной жидкости, использована сама контролируемая жидкость, то температурное расширение сильфонной части поплавка будет точно соответствовать температурному изменению объема контролируемой жидкости, вытесненной погруженной в эту жидкость частью поплавка, и при этом сохранится первоначальный уровень погружения поплавка , а следовательно и первоначальное значение измеренного уровня.

При этом обеспечивает и незначительная инерционность уровнемера от изменения температуры, что обеспечивается

тонким слоем компенсационной жидкости в кольцевой и межсильфонной полостях поплавка.

Формула изобретения

Датчик уровня жидкости, содержащий немагнитную трубу с размещенными в ней магнитоуправляемыми контактами и кольцевой поплавок, охватывающий немагнитную трубу, во внутренней полости которого расположен магнит, отличающийся

0

тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения эксплуатационных возможностей, поплавок выполнен с дополнительной кольцевой полостью и снабжен сильфоном кольцеобразной формы, герметично закрытым в нижней части, а верхней открытой частью прикрепленным к дну поплавка, образуя с его дополнительной кольцевой полостью компенсационную полость, заполненную полностью контролируемой жидкостью.

3