Преобразователь уровня в электрический сигнал Советский патент 1980 года по МПК G01F23/12 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня легких жидкостей.5

По основному авт. св. № 462086 известен преобразователь уровня в электрический сигнал, содержащий измерительную трубку, частично заполненную неэлектропроводной жидкостью и диффе- Ю ренциально-трансформаторный датчик с якорем-поплавком, выполненным из немагнитопроводящей и магнитопроводящей частей в виде целиком погруженного в жидкость полого цилиндра с наглухо закрытЕзми торцами, во внутренней полости которого размещен магнитопроводящий элемент. Причем, внутри якоряпоплавка расположен коаксиальный, цилиндр из немагнитопроводящего матери-2о ала, укрепленный с торцов якоря-по плавка и имеющий сквозное.отверстие для прохода избыточной жидкости И,

Однако у такого преобразователя невысокая точность измерения за счет 25 флюктуации выходного сигнала, возникакядих за счет того, что при изменении уровня жидкости якорь-поплавок колеблется вокруг нулевой поперечной линии.30

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Достигается это тем, что на внутренней образующей коаксиального цилиндра по многозаходным, многовитковым спиральнЕЛм линиям равномерно расположены выступы, смещенные относительно друг друга.

На фиг. 1 изображен преобразователь уровня жидкости при стабилизированном положении якоря-поплавка, на фиг. 2 - развертка внутреннего коаксиального цилиндра со спиралями для стабилизированного положения якоряпоплавка, на фиг.. 3 - преобразователь уровня при движении якоря-поплавка вверх (ферромагнитные стержни и спирали не показаны); на фиг. 4 - развертка внутреннего коаксиального цилиндра со спиралями для случая повышения уровня жидкости в измерительной трубке, на фиг. 5 - преобразователь уровня при движении якоря-пр- . плавка вниз (ферромагнитные стержни и спирали не показаны); на фиг. 6 - развертка внутреннего коаксиального цилиндра со спиралями для случая понижения уровня жидкости в измерительной трубке, на фиг. 7 - поперечное сечение якоря-поплавка и измерительной трубки, на фиг. 8 - фрагмент поперечного сечения активной части спи рали н. стенки внутреннего коаксиального цилиндра. Преобразователь уровня в электрический сигнал состоит из измерительной трубки 1, частично заполненной легкой неэлектропроводной жидкостью 2,в которую погружен якорь-поплавок 3,выполненный в виде цилиндрическог тела, состоящего из наружного 4 и внутреннего 5 цилиндров из немагнитного материала. Оба цилиндра коаксиально связаны друг с другом с помощью торцов 6, имеющих сквозные отвер стия для установки внутреннего цилин дра. Внутренний цилиндр 5 выполняет роль центрального проходного канала для прохода избыточной жидкости. На Ьнутренней образующей коаксиального цилиндра по многозаходным, многоветковым спиральным линиям равномерно расположены выступы 7, смещенные оди относительно другого. Выступы могут быть выполнены за одно с цилиндром или укреплены на его поверхности любым известным способом. Во внутренней полости якоря-попла ка размещен магнитопроводящий элемен выполненный, например, в виде ферромагнитных стержней 8. Снаружи измерительную трубку охва тывает дифференциальный трансформато .ный датчик 9/ имеющий обмотку возбуж дения 10 и две измерительные обмотки 11 и 12, включенные по разностной сх ме. Обмотки датчика размещаются на катушке, которая охватывается магнит проводящим корпусом (на чертеже не показаны). Трансформаторный датчик 9 вместе корпусом может жестко фиксироваться на заданной отметке измерительной трубки 1 для регистрации заданного уровня или свободно перемещаться вдоль трубки при работе в следящем р жиме . Габариты якоря-поплавка выбираютс в зависимости от удельного веса жидкости. При этом верхний торец всегда совпадает с мениском жидкости. Тем самым между наружным цилиндром 4 яко ря-поплавка и внутренними стенками измерительной трубки 1 всегда находи ся рабочая жидкость, выполняющая рол смазки, уменьшая силы трения между сугенками измерительной трубки и телом якоря-поплавка при перемещении Последнего вдоль трубки. Устройство для измерения уровня жидкости работает следуккдим образом. На обмотку возбуждения 10 трансфо маторного датчика подается переменно напряжение. Когда якорь-поплавок 3 стабилизирован по уровню жидкости в измерительной трубке 1 (см. фиг. 1), то его магнитопроводящие стержни 8 сполагаются по своей длине одинако во по отношению к измерительным обмоткам 11 и 12, включенным по разностной схеме. Измерительные обмотки охватывают равные магнитные потоки, наводящие в них равные ЭДС. На выходе измерительных обмоток при разностном включении в этом случае выходной сигнал uU, будет равен нулю. Если уровень жидкости в измерительной трубке изменился, например увеличился (см. фиг. 3), то стабилизация якоря-поплавка 3 по уровню нарушается его положение относительно обмоток трансформаторгого датчика 9 также меняется. Магнитные потоки, охватывающие измерительные обмотки 11 и 12, будут разными. Например, поток, охватывающий обмотку 12, будет больше потока, охватывающего обмотку 11. в измерительных обмотках наводятся разные по амплитуде ЭДС.; доходной сигнал трансформаторного датчика 9 пропорционален степени отклонения якоря-поплавка 3 от нулевого стабилизированного положения, а фаза выходного сигнала определяется направлением смещения якоря-поплавка 3 тносительно нулевого положения. При повышении уровня жидкости в измерительной трубке 1 якорь-поплавок 3 поднимается вверх, стремясь занять стабилизированное положение. При малом зазоре между внутренние ми стенками измерительной трубки 1 и наружным цилиндром 4 якоря-поплавка 3 избыточная жидкость переходит из одной полости трубки в другую через внутренний цилиндр 5 (центральный проходной канал якоря-поплавка), на внутренйей образующей которого по многозаходным многовитковым спиральным линиям равномерно расположены выступы 7, смещенные один относительно другого. За счет подъемной силы якорьпоплавок 3 стремится занять нулевое . положение. Наличие расположенных по спиральным линиям выступов 7, выступакжцих над гладкой поверхностью внутреннего цилиндра 5, обеспечивает в дополнение к поступакяцему движению якоря-поплавка 3 относительно измерительной трубки 1 также и радиальные движения - якорь-поплавок 3 вращается вокруг своей продольной оси. Магнитопроводящие стержни 8 устойчиво располагаются относительно-измерительных обмоток трансформаторного датчика 9. При этом поток жидкости, срываясь с одного выступа 7, проходит интервгш между выступами и на своем пути встречает препятствие в виде другого выступа 7, за счет чего поток жидкости, протекающий через внутренний цилиндр 5, становится турбулентным. Равнодействующая реактивных сил в каждый момент времени меняет свое направление, якорь-поплавок 3 дополнительно к поступательному и вращательному движеПИЯМ испытывает вибрации. В совокупности повышается динамика якоря-поплавка 3. При понижении Уровня жидкости в измерительной трубке 1 (см. фиг. 5) часть якоря-поплавка 3 может оказать ся над поверхностью мениска жидкости Под действием собственной силы тяжес ти якорь-поплавок, вращаясь, стремит ся занять нулевое стабилизированное полож,ение. Радиальные перемещения обеспечиваются проходом жидкости через внутренний коаксиальный цилиндр за счет реактивных сил, возникающих при взаимодействии потока с винтовыми спиралями (см. фиг. 6), Срывы потока с выступов 7 создают турбулентное течение потока, равнодействующая сил которого в каждый момент времени меняет свое направление, создавая вибрации якорю-поплавку и уменьшая тем самым силы сцепления части якоряпоплавка, оказавшейся над поверхностью мениска рабочей жидкости, с внутренними стенками измерительной трубки. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 462086, кл. G 01 F 23/12, 1973. Винтовое враццательно-поступательное движениеякоря-поплавка при работе в следящем режиме повышает точность измерения за счет уменьшения флюктуации выходного сигнала, так как повышается устойчивость якоря-поплавка в продольно-осевом направлении и уменьшается его вргицение относительно нулевой поперечной линии. Вибрация якоря-поплавка 3 повышает его чувст- вительность. Формула изобретения Преобразователь уровня в электрический сигнал по авт. св. I 462086, отличающийся тем, что, с целью повышения и точности , на бнутренней образующей коаксиального цилиндра по многозаходным, многовитковым спиральным линиям равномерно расположены выступы, смещенные один относительно другого.

Т Л 7,

Фиг.1

Фаг.1

бУЛия

ftve.3

Stt

-ff

Фиг.

Фт.5

Arc.f

ФтЛ

Фи.8