Поплавковый уровнемер Советский патент 1982 года по МПК G01F23/10 

(54) ПОПЛАВКОВЬЙ УРОВНЕМЕР

I

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровйя и может найти применение при измерении уровня жидкостей, находящихся в герметичных сосудах при высоких температурах и давлениях.

Известен поплавковый уровнемер, содержащий чехловую трубу, выполненную -из немагнитного материала, неподвижно установленный относительно чехловой трубы соленоид, поплавок, сигнальную катушку и регистрирующее устройство Cl.

Недостатком данного уровнемера является ограниченный диапазон измерения уровня (не более габарита сигнальной катушки), пониженная чувствительность и связанная с этим повьшенная погрешность, что определяется значительным весом поплавка, вызывающим повышенную инерционность системы.

Наиболее близким к предлагаемому является поплавковьгй уровнемер для жидкости, содержашЕий трубу, чувствительный элемент, выполненный в виде замкнутой оболочки, соединенной тягой с якорем из магнитного материала, дифференциальный трансформатор, включающий в себя первичную и вторичные обмотки с равным числом витков, включенных встречно, который может реагировать на положение якоря и перемещаться вдоль чехловой трубы с помощью сервопривода, получающего сигнал с дифференциального трансформатора через усилитель. Уровнемер имеет две катушки, неподвижно соединенные с дифференциальным трансформагором и расположенные на равном расстоянии от него, с цепями управления, содержащими три усилителя, три реле и источники переменного и постоянного тока С2.

Недостатками данного уровнемера являются сложность конструкции и трудность, a в ряде случаев и навоз можность изготовления замкнутой обо лочки при сохранении положительной плавучести чувствительного элемента Сложность поплавкового уровнемер снижает надежность и точность его, что также является недостатком данн го устройства. Цель изобретения - упрощение кон струкции и изготовления, повышение точности и обеспечение возможности использования при высоких давлениях и температурах. Указанная цель достигается тем, что в уровнемере, содержащем чехловую трубу, чувствительный элемент, выполненный в виде оболочки, соединенной тягой с якорем из магнитного материала, дифференциальный транс форматор, включающий в себя первичную и вторичные обмотки, включенные встречно, сервопривод, перемещающий трансформатор вдоль чахлсвой тру бы и соединенный через усилитель с выходом дифференциального трансформа тора, и средство управления, содержащее источник вспомогательного напряжения, чувствительный элемент . выполнен с отрицательной плавучестью, число витков верхней вторичНОЙ обмотки больше числа витков нижней вторичной обмотки, а в цепи первичной обмотки дифференциального трансформатора через другой усилитель и дроссель включен датчик температуры, установленный в объекте контроля. Кроме того, с целью упрощения обслуживания и обеспечения автоматического включения в работу после аварийного отключения при временном обесточивании, средство управления дополнительно содержит пороговое устройство, вход которого через тран форматор включен в цепь первичной обмотки дифференциального трансформа тора, а выход соединен с обмоткой реле, контакты которого включены в цепь вторичных обмоток дифференциального трансформатора. На чертеже представлена схема предлагаемого уровнемера, Уровнемер содержит чехловую трубу I, выполненную из немагнитного материала, чувствительный элемент с от рицательной плавучестью, состоящий из замкнутой сферической оболочки 2, тяги 3 и якоря 4 из магнитного материала, дифференциальный трансформй тор 5, включающий в себя первичную обмотку 6 и вторичную обмотку, сое- , тоящую из двух катушек 7 и 8, причем число витков Верхней катушки 8 больше числа витков нижней катушки 7, коTopbiii может перемещаться вдоль чехловой трубы 1 с помощью электродвигателя сервопривода 9, получающего управляющее напряжение с Вторичных обмоток дифференциального трансформатора 5 через усилитель 10. Электродвигатель сервопривода 9 содержит обмотку. 1 1 управления и сетевую обмотку 12. В цепи входа дифференциального трансформатора 5 установлен амперметр 13. К входу дифференциального трансформатора 5 подключен регулируемый трансформатор 14, предназначенный для первичной регулировки прибора и уменьшения погрешности измерения при изменении плотности жидкости в процессе измерения уровня путем изменения тока первичной обмотки 6 по показаниям амперметра 13 с использованием тарировочной кривой, устанавливающей зависимость величины тока в первичной обмотке 6 от плотности жидкости. Средство управления содержит переключатель 5 с тремя.положениями. Когда переключатель 15 находится в первом положенниа цепь 16 источника вспомогательного напряжения замкнута на вход усилителя 10, а цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 разомкнута. Когда переключатель 15 находится во втором положении, вторичная обмотка дифференциального трансформатора 5 подключена на вход усилителя 10, а цепь источника вспомогательного напряжения 16 разомкнута. Если переключатель находится в третьем положении цепи вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 и источника 16 вспомогательно(фиг. 1). го напряжения разомкнуты Источник 16 вспомогательного напряжения предназначен для подачи управляющего напряжения на обмотку 11 управления через усилитель 10 при разомкнутой цепи вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 и замкнутой цепи источника 16 вспомогательного напряжения с целью перемещения дифференциального трансформатора 5 вниз,.что обеспечивается выбором фазы вспомогательного напряжения при первичной регулировке (наладке) уровнемера. Переключение переключателя 15 выполняется оператором вручную. Кроме .того, средство управления содержит установленный в цепи входа дшЬференциального трансформатора 5-. трансформатор 17, .выход которого че рез пороговое устройство 18, содержа щее пороговый элемент и усилитель, подключен к обмотке реле 19, контакты которого, цепь вторичной обмотки дифференциального трансформа тора 5 на вход усилителя 10, размыка ет цепь источника 16 вспомогательного напряжения и наоборот. Трансформатор 17 и пороговое устройство 18 предназначено для управления работой реле 19, при переключении контактов которого на обмотку 1} управления через усилитель 10 может подаваться напряжение с вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 или с источника 16 вспомогательного напряжения. Пороговое устройство 18 мсжет срабатывать толь ко при максимальном напряжении вторичной обмотки трансформатора 17, в котором максимальное напряжение возникает тогда, когда в цепи первичной обмотки 6 течет максимальный ток что имеет место при отсутствии якоря 4 в зоне первичной обмотки 6. В жидкости установлен датчик 20 температуры (термопара или термометр сопротивления), выход которого через усилитель 21 соединен-с управляющей обмоткой 22 дросселя управления 23, обмотка управления 24 которд го включена в-цепь входа первичной обмотки 6 дифференциального трансфор матора 5. Это дает возможность прово дить автоматически коррекцию показаний уровнемера при изменении плотности жидкости в процессе измерения уровня жидкости путем соответствующе коррекции тока в первичной обмотке 6 с целью повышения точности изме-: рения уровня. Обмотка 24 управления дросселя 23 и первичная обмотка -трансформатора. 17 могут быть объединены в одну обмотку. К выходу дифференциального трансформатора 5 подключен вольтметр, что позволяет контролировать напряже ние разбаланса обмоток 7 и 8. Положение дифференциального транс форматора 5 относительно чехловой труби 1 является выходным сигналом, определяющим уровень жидкости в сосуде, и фиксируется непосредственно или косвенно известными средствами. Уровнемер работает следуницим обpasoM. Когда прибор обесточен выключен чувствительный элемент занимает крайнее нижнее пол ежение независимо от уровня жидкости в сосуде, так как чувствительный элемент имеет отрицательную плавучесть в жидкости. В о же время дифференциальный трансформатор 5 может занимать какое-то промежуточное положение по высоте трубы 1, например находиться в середине или вверху чехловой трубы 1. На первичную обмотку регулируемого трансформатора 14 подается напряжение переменного тока. Переключатель 15 из третьего положения переводится вручную в первое положение. При этом замыкается цепь источника вспомогательного напряжения 16. Вспомогательное напряжение через усилитель 10 подается на обмотку 11 управления электродвигателя сервопривода 9, что вызывает перемещение дифференциапьногб трансформатора 5 в крайнее нижнее положение до упора. Уровнемер отрегулирован таким образом, что, если дифференциальный трансформатор 5 стоит на уцоре, то якорь 4 в это время находится несколько ниже середины первичной обмотки 6, но магнитной силь5 первичной обмотки 6 достаточно для втягивания якоря 4 в обмотку 6, что фиксируется по изменению показания амперметра 13, так как при втягивании якоря 4 во внутреннюю полость первичной обмотки 6 резко меняется индуктивное сопротивление обмотки 6, что и фиксирует амперметр. После того как магнитные силы обмотки 6 подхватят якорь 4, переключатель 15 переводится во второе положение. При этом размыкается цепь источника 16 вспомогательного наполнения и замыкается цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5. Поскольку сферическая оболочка полностью погружена в жидкость, то, следовательно, нарушено условие равновесия системы. Изменение выталкивающей силы относительно условия равновесия (выталкивающая сила практи иески увеличивается вдвое) приводит к изменению взаимного расположения сердечника 4 и первичной обмотки 6 ,(сердечник 4 несколько приподнимается) и следовательно изменяется взаимное расположение сердечника 4 относительно ка -ушек 7 и 8, что при водит к появлению напряжения разбаланса катушек 7 и 8, которое через усилитель 10 подается на обмотку 11 управления злектродвигателя сераоЬривода 9. Сервопривод начинает перемещать дифференциальный трансформатор 5 вверх совместно с чувствительным элементом. Как только сфе рическая оболочка 2 начнет всшшват :«ад уровнем жидкости, подъемная сила начинает умечьшаться, что вызы вает уменьшение нащ яжения рассогла сования катушек 7 и 8. Когда сферическая оболочка 2 окажется погружен ной в жидкость до полови ш своей илсоть, напряжение разбаланса катушек 7 и 8 станет равным нулю, ,и будет выполнено условие равновесия системы {уровнемер, зафиксирует уровень жидкости). Если уровень жидкости внезапно понизится .так, что сферическая оболочка полностью или частично из жидкости, выталкивакадая сила станет равна нулю.или уменьшится (относительно условия равновесия систеьал), всладствии чего якорь 4 относительно дифференциального трансформаJTOpa 5 сместится несколько вниз, ЧТО вызовет появление напряжения разбаланса катушек 7 и 8 такой величины и фазы относительно напряжения первичной обмотки 6, что сервопривод начнет перемещать дифференциальный трансформатор 5 вниз до тех по);, пока опить не будет выполнено услови равновесия системы . пока уроввемер не зафиксирует новь1й уровень жидкости. Изменение плотности жидкости в процессе измерения уровни (например изменении температуры жидкости) вызывает изменение выталкивакяцей силы, воздействующей на чувствительный злеманг, что увеличивает погреш: нос.ть измерения.

Датчик температуры 20 преобразует температуру в злектрнческий сигнал (термо-ЭДС), который усиливается уси- лителем 19 постоянного тока и подается на управляющую обмотку 22 дросСё-, ля 23 управления, что вызьшает измеФорг ла изобретения

№

IS

(