Сигнализатор уровня Советский патент 1979 года по МПК G01F23/24 

(54) СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ

I

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к сигнализаторам уровня жидких и сыпучих сред, преимущественно вязких, налипающих, выпадающих в осадок.

Известны сигнализаторы уровня, содержащие источник питания, релейное устройство с двумя входными клеммами, и чувствительный элемент, состоящий из двух разделенных изоляторами электродов. Первый электрод подсоединен к одному полюсу источника питания, второй - к одной входной клемме релейного устройства, вторая входная клемма которого подсоединена ко второму полюсу источника И.

Недостатком таких сигнализатс ов уровня является появление ложных срабатываний при образ«жании проводящего слоя на изоляторе непогруженного чувствительного элемента при наличии в объекте контроля паров и пыли.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является сигналиэа-.

тор уровня, содержа.щнй источник питания релейное устройство и чувствительный элемент, состоящий из трех разделенных изоляторами электродов, первый из которых соединен с полюсом источника питания, второй - с одной входной клеммой релейного устройства, а третий - со вторым погаосом источника питания и второй клеммой релейного устройства .

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность при работе в вязких, налипающих и выпадающих в осадсж средах, что ограничивает область его применения.

Целью изобретения является повьшение надежности при работе в вязких, налипающих и выпадающих в осадок средах и расширение области применения сигнализатора.

Это достигается тем, что в предлагаемом сигнализаторе первый и второй электроды выполнены одинаковыми, а третий электрод, выполненный охватьюаю1ЩИМ два других злектрода, расположен симметричт го по отношению к ним и соединен с землей; третий электрод выпол нен в виде обтекаемого металлического корпуса, с противоположных сторон которого на равном расстоянии от места крепления к объекту контроля расположены два отверстия, сквозь которые выведены заподлицо два электрсда, при это расстояние между отверстиями по внешней поверхности корпуса меньше удвоенного поперечника выведенных электродов а ширина изоляционного промежутка меж ду корпусом и каждым из электродов бол ше одной восьмой поперечника электрода и меньше четверти расстояния между отверстиями по внешней поверхности корпуса; релейное устройство выполнено с входным сопротивлением, величина. которого больше частного от деления максимально возможного удельного сопротивления контролируемой среды на периметр изоляционного промежутка между вторым и Т эетьим электродами. На фиг, 1 показана схема предложенного сигнализатора , на фиг. 2 - эквивалентная схема чувствительного элемента; на фиг, 3 - предлагаемый вариант конструктивного выполнения чувствитель ного элемента. Сигнализатор уровня (фиг. 1) содер- зкит электроды 1-3, источник питания 4 и релейное устройство 5, Электрод 3 имеет развитую поверхность и охватывает каждый из электродов 1 и 2. Элек роды 1 и 2 выполнены одинаковыми и расположены симметрично относительно электрода 3, что позволяет установить их в объекте контроля на одной высоте, так, что при достижении уровнем этой высоты они одновременно вступают в соприкосновение со средой. При атом часть поверхности электрода 3 (например, рас положенная между электродами l и 2 часть поверхности корпуса чувствительного элемента или стенка объема контроля) может контактировать со средой. Полюса источника питания 4 подсое динены к электродам 1 и 3, а клеммы релейного устройства 5 - к электродам 2 и 3. Электрод 3 заземлен. Принцип действия сигнализатора пояс няет эквивалентная электрическая схема чувствительного элемента, изображенная на фиг. 2. Она представляет собой П-об разный четырехполюсник с входным сопротивлением R б)( , проходным сопротив лением Нпри выходным сопротивлением НЬыу . На входе четырехполюсника, то сть на электроде 1, - напряжение источика питания Б , на выходе - наводимое а электрод 2 напряжение U . Каждое з сопротивлений четырехполюсника приимает два крайних значения в зависимости от того, погружен ли чувствительный элемент в среду ( т. е. контактирует со всей толщей среды), или извлечен из нее (т. е, контактирует только со слоем среды некоторой конечной толщины) . Если на чувствительном элементе имеется лишь слой среды, то в промежутке между электродами 1 и 2 он неиз- бежно контактирует с заземленным электродом 3, поскольку последний охватывает каждый из этих электродов. Соответствующая часть поверхности электрода 3 оказьгеает свое экранирующее воздействие, снижая распределенный в слое потенциал тем сильнее, чем больше отношение к толщине слоя пути тока от электрода 1 к электроду 3 вдоль его поверхности. Поскольку экранирующее действие электрода 3 сильно зависит от этой толщины, то потенциал U , наводимый на электрод 2, будет резко падать при извлечении чувствительного элемента из среды, даже если слой среды и будет на нем оставаться. Как было показано вьЕие, напряжение, наводимое на электрод 2 в погруженном состоянии, определяетсЕ только геометрическими размерами чувствительного элементна и . является для всех сред постоянной величиной. В свою очередь, сигнал, поступающий на вход релейного устройства (когда он подключен к электродам 2 и 3), будет независимым от удельной электропроводности среды, если входное сопротивление релейного устройства будет больше R Ьых, что обеспечивает дополнительное повышение надежности при работе со средами, не только налипающими, но и меняющими свото электропроводность вплоть до пре« небрежимо малой величины, т. е. расширит область применения сигнализатефа. Как показывают расчеты и эксперимент, величина R бык « не превьпиает частного от деления удельного сопротивления среды на периметр изоляционного промежутка между электродом 2 и 3. Выполнить это требование к входному сопротивлению релейного устройства можно, например, с помощью МОП-транзистс а, затвор которого подключен к электроду 2, а исток 56 заземлен. Применение высокоомного уси лителя не снижает помехозащищенности сигнализатора за счет достигнутой экранировки и развязки. Экранировка достигается одинаковым исполнением эяектродов 1 и 2 и охватом каждого из них электродом 3, а развязка заземлением электрода 3. На фиг. 3 изображен пример коиструк тивного выполнения чувствительного элемента, обеспечивающий оптимальное соот несение требований высокой чувствительности и отсутствия ложных срабатываний при образовании толстых слоев среды на чувствительном элементе. Предлагаемая конструкция представляет собой металлический корпус 6, встраиваемый в прово- дящую или непроводящую стенку,или крыш ку объекта контроля. Корпус 6 выполнен обтекаемым, чтобы слой вязкой среды, остающийся на нем после извлечения из . нее, был минимальным;, С боков корпуса симметрично и на одинаковом расстоя нии от места крепления расположены два отверстия, сквозь которые через герметичные изоляторы 7 и 8 выведены заподлицо два одинаковых электрода 9и 10. Электрод 9 подключается к источнику питания, электрод 10 - к релейному устройству, а общая точка источника и релейного устройства заземлена и подсоединена к корпусу 6, выполняющему роль третьего электрода, Как показывают исследсйаания, график зависимости наводимого на электрод 10напряжения U от толщины слон среды на корпусе 6 имеет скачкообразный характер: при малых толщинах напряжение и пренебрежимо мало за счет экранирующего действия заземленной поверхности корпуса 6 в промежутке между электродами 9 и 10; затем, начиная с некоторой пороговой толщины напряжение резко увеличиваетсяс возрастанием толщины и достигает прейельного значения Unp . Если обозначить EI - расстояние между отверстиями по внешней стороне корпуса 6, бй - поперечник электродов 9 и Ю, а 8з - ширину изоляционного зазора между корпусом 6 и электродами 9. и 1О (фиг. 3), то эксперименты показы.вают следующее: максимум Unp существенно не растет при увеличении отношения Eg Pf вьпие 2, но резко падает при уменьшении этого отношения ниже 0,5 и при рленьшении отношения Es 1/8; 8 если с 17 5 г то пороговая толщина слоя составляет максимальную долю от поперечных габаритов чувствительного элемента и оказывается близкой к половине Cj. Таким образом, оптимальными требованиями к описанной конструкции является то, что расстояние между отверствями по внешней поверхности корпуса меныпе удвоенного поперечника выведенных электродов, а ширина изоляционного промежутка между корпусом и каждым из электродов больше одной восьмой поперечника электрода и меньше одной четверти расстояния между отверстиями по внешней стороне корпуса. Формула изобретения 1. Сигнализатор уровня, содержащий источник питания, релейное устройство и чувствительный элемент, состоящий из трех разделенных изоляторами электродов, первый из которых соединен с попюсом источника питания, второй - с одной входной клеммой репейного утрой- ства, а третий - со вторым полюсом источника питания и второй клеммой релейНого устройства, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности при работе в вязких, налипающих н выпадающих в осадок средах и расширения области применения сигналазатора, первый и второй электроды выполнены одинаковыми а третий электрод, выполненный охватьгеающим два других зяёкг- рода, расположен си шгетрнчно по отношению к ним к соединен с землей. 2. Сигнализатор по п. 1, отличающийся тем, что третий электрод выполнен в виде обтекаемого металлического корпуса, с противоположных сторон которого на равном расстоянии от-места крепления к объекту контроля распопожеш, два отверстия, сквозь которые выведень заподлицо два электрода, при этом расстояние между отверстиями по внешней поверхности корпуса меньше удвоенного поперечника вьш еденных электродов, а ширина изоляционного промежутка между корпусом в каждым из электродов больше одной восьмой поперечника электрода и меньше четверти расстояния между отверстиями по внешней поверхости корпуса.

5Qe

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

иг.1