Емкостный датчик уровня Советский патент 1974 года по МПК G01F23/26 

1

Изобретение относится к области средст ,ва автоматизации жидкостных процессов, в частности может применяться в криогенной технике в системах автоматической заливки и поддержания уровня криогенной жидкости в различных емкостях.

Известны емкостные датчики уровня-, содержащие электрический коцденсатор с внешней в внутренней обкладками в виде коаксиальяо расположенных цилиндров и отводы от них.

Однако известный датчик при работе на криогенной жидкости имеет ряд недостатков:

а)криогенные жидкости имеют очень малые величины диэлектрической проницаемости и поэтому чувствительность датчика мала.

б)при работе на переохлажденных жидкостях имеются большие погрешности из-за сильной зависимости величины диэлектрической проницаемости криогенной жидкости от

ее температуры, что не позволяет четко фиксировать предельную величину уровня. I

в)трудно использовать в системах автоматической заливки и поддержания уровня I

криогенной жидкости, так как в процессе заливки сосуда поверхность раздела фаз f колеблется и характер изменения емкости датчика колебательный.

В изобретении устраняются указанные недостатки благодаря тому, что все элект-, роды наружной обкладки (например, цилиндрической формы)/ герметически соединяются между собой токопроводяшим кольцеобразным дном и имеют конструкцию стакана со сквозным внутренним отверстием. Внутреннюю (внутренние) обкладку конденсатора размещают внутри наружной обкладки так, чтобы верхние края электродов внутренней обкладки располагались ниже верхних кра-, ев внутреннего электрода (цилиндра), а высоту последнего делают ниже высоты внешнего электрода наружной обкладки конденсатора.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого емкостного датчика, причем на фиг.1 1а loкaзaн момент фиксирования датчиком предельной величины уровня, на фиг. 16 предшествующий момент.

I Емкостной Д атчик предельной величины /

уровня криогенной жидкости представляет собой электрический ковденсатор, например коаксиальной конструкции и состоит из наружной обкладки 1 и внутренней обкладки 2. Наружная обкладка 1 имеет два цилиндрических электрода разной высоты и диаметра, которые соединены токопроводящим кольцевым дном герметично и образуют своеобразный стаканчик со сквозным внутренним отверстием, образованным внутренней поверхностью внутреннего цилиндрического электрода.

Наружная обкладка 1 прикрепляется к стенке сосуда 3 посредством жесткого цилиндра 4. Внутренная обкладка 2 размещается внутри обкладки 1 между ее цилиндрическими электродами и прикрепляется с помощью проводника 5 и изолятора (например, керамического) 6, заделанного в стенке сосуда 3. Лепесток 7 служит для подпайки экрана коаксиального кабеля (или общей шины автогенератора).

Способ крепления емкостного датчика к стенке сосуда может быть и другим.

Треугольниками обозначена на чертеже граница раздела жидкой и паровой фазы.

Емкостной датчик работает следующим образом.

При заполнении сосуда криогенной жидкостью ( с диэлектрической прО1гацаемостьк|,, ) ее уровень /1 поднимается (см. фиг. 1у б).

Емкостной датчик погружается в жидкость, при этом жидкость проходит во внутреннее отверстие вну,гре1шего электрюда VI омывает наружную поверхность внешнего электрода наружной обкладки 1 конденсатора, а рабочее пространство между наружной 1 и внутренней 2 обкладками конденсатора не заполняется, и, следовательно, электрическая емкость С емкостного датчика не меняется, даже если до предельной величины уровня h, которую

пр}ед.

нужно фиксировать, останется очень малая величина. дУ

При дальнейшем повышении уровня tl

он достигает предельной величины i

пред

соответс;твующей верхнему краю внутре1ше- го электрода наружной обкладки 1. Кри-/ огенная жидкость начинает переливаться через край и быстро заполняет небольшой объем рабочего пространства емкостного датчика (см, фиг. 1а); при этом электричес|сая емкость последнего увехшчивается на

величину Д , В &п п проницаемость паров. Изменение температуры криогенной жидкости не влияет на момент изменения его емкости на величину . Этот момент по времени совпадает только с моментом достижения уровня

жидкости h предельной величины h

пред

Если поднимающийся уровень h криогенVO& жидкости не спокоен, т. е. поверхность раздела фаз колеблется, то и в этом случае датчик работает четко, так. как заполнение рабочего пространства конденсатора жидкостью происходит из внутреннего прохода внутреннего цилиндра наружной обкладки. Диаметр внутреннего цилиндра выбирается таким, чтобы поверхность раздела фаз в нем поднималась с приглушенными колебаниями и внутренний цилиндр играл роль ускопоителя.

Наружное волнение жидкости не может захлестывать датчик раньше, чем происходит заполнение его рабочего пространства

из внутреннего прохода, так как цили1щры наружной обкладки конденсатора имеют раэную высоту, причем внешний выше внутреннего.

При сливе жидкости из сосуда датчик

перестает омываться криоге шой жидкостью, и небольшой объем ее, находящейся в рабочем пространстве датчика, быстро испаряется из-за притока тепла от стенки сосуда, деталей крепежа.после чего датчик вновь готов к работе.

Предмет изобретения

Емкостной датчик уровня, содержащий электрический ковденсатор с внешней и внутренней .обкладками в виде коаксиалыю расположенных цилиндров и отводы от них, отличающийся тем, что, с целью

увеличения крутизны его характеристики и повышения надежности функциотфования, внещняя обкладка конденсатора выполнена по крайней мере из двух соединешгых между собой кольцеобразным дном цилиндров,

первый из которых расположен снаружи цилиндра внутренней обкладки, а второй внутри, при этом верхний край второго расположен ниже верхнего края первого и выше верхнего края цилиндра внутренней обкладки