Поплавковый индуктивный уровнемер Советский патент 1982 года по МПК G01F23/10 

(54) ПОПЛАВКОВЫЙ ИНДУКТИВНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам ко троля уровня жидкости в технологических сосудах. Известен указатель уровня жидкости в сосудах, содержащий стальной шариковый поплавок, перемещающийся в соответствии с изменением уровня относительно двух индуктивных катушек, дифференциально включенных в мост переменного тока, причем с целью повышения чувствительности та из катушек, по оси которой перемещается поплавок, выполнена с переменным по высоте числом витков СИ. Недостатком данного указателя уровня жидкости является сравнитель но низкая чувствительность, приводящая при метровых диапазонах контроля к значительным погрешностям. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является, поплавковый индуктивный уровнемер. содержащий преобразователь линейного перемещения с поплавковым чувствительным элементом и неподвижно закрепленными Х-образными магнитопрр- водами, на которых размещены обмотки, и измерительный преобразователь t21. Недостатком известного устройства является низкая точность при больших диапазонах измерения, которая определяется расстоянием между X-образными сердечниками. Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в поплавковый индуктийный уровнемер, содержашдй преобразователь линейных перемещений с поплавковым чувствительным элементом и неподвижно закрепленными магнитопроводами, на которых размещены обмотки возбужде- ния, соединенные между собой согласно и подключенные к источнику возбуж- дения, и измерительные обмотки, соединенные между собой встречно-последовательно и подключенные к измерительному преоб| азователю, введен до полнительный источник возбуждения с другой частотой, именяций два выхода, напряжения на которых сдвинуты на 90 друг относительно друга, а преобразователь линейных перемещений выполнен в виде гладкого ферромйгнитного стержня, охваченного поплавком с короткозамкнутым витком, на разных сторонах стержня закреплены Ш-образнь1е магнитопроводы так, что каждый крайний стержень одного магнит опровода расположен против паза противоположного магнитопровода, а уа средние стержни.насажены дополнительные обмотки, соединенные встрр но-последовательно в пределах каждого ряда и подключенные к выходам дог полнительного источника возбуждения. I На фиг. 1 представлена конструкци преобразователя линейных перемещений на фиг. 2 - чувствительный элемент датчика - короткозамкнутый меТаллический виток, закрепленный на поплав ковом стакане, на фиг. 3 - действуЮ1ЦИЙ участок преобразователя на фиг. 4 - характеристики действуницего участка преобразователя на фиг.5 блок-схема поплавкового индуктивного уровнемера. Уровнемер содержит индуктивный преобразователь линейных перемещений (фиг. 1) с подвижным короткозамкнутым витком 1, свободно перемещающимся по гладкому стержню 2, 2jf7 Шгобразных магнитопроводов .3, расположен ных в шахматном порядке по обе стороны от стержня 2 (по п магнитопрово дов на каждой стороне) и образующих между собственными сердечниками и стержнем 2 воздушные зазоры, через которые свободно, проходит виток 1. На средние сердечники каждого магнитопровода Одеты согласно включенные обмотки возбуждения 4, подключенные к источнику Uyj а на крайние - встре но включенные измерительные обмотки 5 (фиг. З). Кроме того, на средние сердечники каждого Ш-образного магнитопровода насажены дополнительные обмотки 6 и 7, включенные встречно, причем дополнительные обмотки 6 подключены к источнику напряжения Ug,, сдвинутому по фазе на 90 относительн напряжения Ugj, подводимого к дополнительным обмоткам 7. Пакеты Ш-обрааных пластин скреплены между собой немагнитными металлическими уголками 8. Элементом, воспринимающим уровень жидкости, является поплавок 9, выполненный в форме двухсменного стакана 10 (фиг. 2) из непроводящего, устойчивого к истиранию материала (например, полиэтилентерефталата), к которому сверху прикреплен виток 1, выполненный из легкого и высокопроводящего материала (например, алюминия) . ЭДС в каждых близлежащих вторичных обмотках, находящихся по разным сторонам гладкого стержня, должны совпадать по фазе, а поскольку ЭДС вторичных обмоток одного магнитопровода противофазгал, то и ЭДС в близлежащих вторичных обмотках соседних магнитопроводов должны быть противофазны. Это реализуется, в частности, согласным соединением всех первичных обмоток (чтобы потоки через виток, обусловленные МДС, разграниченными гладким стержнем, совпадали по направлешао) и встречным соединением всех вторичных обмоток. Так как магнитный поток отдельной обмотки возбуждения практически полностью замыкается в пределах собЪтвенного пакета Ы-образных пластин (Ш-образные звенья скреплены между собой немагнитным стержнем или уголком) , то при отсутствии витка вблизи пакета результирующая ЭДС вторичных обмоток, размещенных на крайних сердечниках такого пакета, равняется нулю. Для участка, в зоне которого находится виток 1 (фиг. З), зависимость выходного напряжения от перемещения витка для отдельного Ш-образного звена линейна лишь при малых смещениях витка относительно геометрической оси пакета, а дальше носит нелинеЙ1Н 1Й характер (пунктирные линии на фиг. 4). Однако суммирование ЭДС в бхшзлежащих вторичных обмотках противоположных пакетов дает линейную результирующую характеристику датчика (сплошные линии на фиг. 4). Преобразователь линейных перемещений 11 (фиг. 5) подключен своими измерительными обмотками к измерительному преобразователю 12, который обеспечивает последовательный опрос измерительных обмоток, подсчет количества магнитопроводов, погруженных в жидкость, и измерение результирукйцего напряжения на измерительных

59

обмотках. Измерительный преобразователь включает в себя шаговый переключатель 13, подключенный своими выводами к обмоткам преобразователя П. Запуск шагового переключателя осуществляется от низкочастотного импульсного генератора 14 через схему И 15, у которой на другой вход подается сигнал от преобразователя 1I

через инвертор 16. Одновременно сигнал с выхода схемы совпадения подается на входсчетчика 17, предназначенного для подсчета числа погруженных в жидкость магнитопроводов. Одновременно результирующее напряжение на выходе измерительных обмоток контролируется вольтметром 18.

Уровнемер работает следующим образ ом.

Управляющие импульсы с низкочастотного (5-10 Гц) импульсного генератора 14 (фиг. 5) через схему 15 поступают в обмотку управления шагового переключателя 13 и на счетчик 17 импульсов. Шаговый переключатель 13 поочередно подключает (начиная с первой пары измерительных обмоток реобразователя 11 линейных перемеений на вход инвертора 16. Напряжение на выходе пар измерительных оботок, расположенных на крайних сер- ечниках Ш-образных магнитопрово- ов, равняется нулю, если виток находится вне зоны этого магнитопровода, и, наоборот, напряжение будет ненулевым, если в зоне магнитопровоа виток находится. Таким образом,

если виток будет находиться в зоне к-го Ш-образного магнитопровода, то на счетчик импульсов 14 поступит к . импульсов, ибо после поступления к-го импульса напряжение с выхода датчика поступитне только на вольтметр 18, но и на вход инвертора 16, что снимет напряжение с выхода инвертора 16, т.е. с одного из входов схемы И 15, и остановит шаговый переключатель 13. Для питания дополнительных обмоток преобразователя линейных перемещений введен дополнительный источник возбуждения 19 с частотой, отличной от частоты напряжения питания основного источника возбуждения (на фиг.5 не показан) и имеющий два выхода с напряжением Ug и Ugj. сдвинутые по фа зе друг относительно друга на 90.

Напряжение Ug питает дополнительные встречно включенные обмотки, расположенные, допустим, слева от глад9956

кого стержня, а Ug расположенные справа от стержня. Размеры сердечников и пазов Ш-образтлх магнитопроводов выбраны так, что каждый крайний сердечник расположен против равного ему по ширине паза противоположного магнитопровода (фиг. 2). Таким образом дополнительные обмотии создают слабое распределение в пространстве, однозначно меняющееся поле (поток каждого сердечника Ш-образного магнитопровода отстает или опережает по фазе поток предыдущего или последующего противолежащего магнитопрово5 да на , т.е. бегущее поле. Сла- . бое бегущее поле будет пороо адать небольшую злектромагниткую силу, действующую на виток, сдвигая его от положения равновесия на незначительное расстояние, что поз1волит однозначно определить его местонахождение. Если при создании бегущего поля виток приподнимается над уровнем жидкости и при этом напряжение увеличивается, это означает, что виток находится на участке магнитопровода, соответствующем восходящему участку характеристики, если же напряжение падает виток находится на спадающем участке характеристики.

Если при предварительном опросе шаговый переключатель нигде не остановится (виток в центре одного из средних сердечников), то необходимо дополнительным полем сдвинуть виток и по показанию счетчика импульсов определить уровень жидкости.

Наводки и помехи дополнительного поля, отличающиеся по частоте от основного, легко устраняются соответствующими фильтрами, которые ставятся на входе вольтметра.

Таким образом высота контролиру- « емого уровня определяется числом поступивших на шаговый переключатель импульсов и показаниями вольтметра 18, что обеспечивает непрерьшное Измбрение уровня по всему диапазону измерения, высокую точность измерения при изменении уровня в пределах одного магнитопровода и исключение неоднозначности показаний.

Формула изобретения

Поплавковый индуктивный уровнемер, содержащий преобразователь линейных переме1чений с поплавковым чувствитель№1М элементом и неподвижно закрепленными магнитопроводани, на которых размацены обмотки возбуждения, соединенные между собой согласно и п(адключенные к источнику врзбуждения, и измерительные обмотки, соединенные между собой встречно последовательно и подключенные к измрит ельному преобраз оват елю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при больших диапазонах измерения, в него введен дополнительный источник возбуждения с другой частотой, имеющий два выхода, -напряжения на которых сдвинуты по фазе на 90, а преобразователь линейных перемещений выполнен в виде гладкого ферромагнитного стержня, охваченного поплавком с короткозамкнутым витком, на разных сторонах стержня укреплены Ш образные магнитопроводы так, что крайний стержень одного магнитопровода расположен против паза противоположного магнитопровода, а на средние стержни насажены дополнительные обмотки, соединенные встречно-последовательно в пределах каждого ряда и подключенные к выходам дополнительного источника возбуждения.

Источники ин рмации, принятые во внимание при экспертизе

иг.5