Устройство для измерения уровня жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01F23/10 G01F23/12 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля уровня жидкости.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее измерительную трубку, частично заполненную неэлектропроводной жидкостью, и дифференциально-трансформаторный датчик с якорем-поплавком, выполненным из немагнитопроводящей и магнитопроводящей частей, в виде целиком погруженного в жидкость полого цилиндра с наглухо закрытыми торцами, во внутренней полости которого размещен магнитопроводящий элемент С1.

Недостатком такого устройства является малый линейный участок выходной характеристики, что снижает чувствительность измерений преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее поплавок с сердечником из магнитопроводящего материала, расположенный в измерительной трубке,на которой установлен дифференциально-трансформаторный датчик 2 .

Недостатками этого устройства является постоянная чувствительность датчика, невозможность изменения крутизны выходной характеристики датчика при использовании в схеме измерений катушки датчика, например, с

10 другими электрическими параметрами. Кроме того оно не позволяет получить несимметричную выходную характеристику.

Цель изобретения - расширение диа15пазона чувствительности датчика-.

Эта цбль достигается тем, что магнитопроводящий сердечник выполнен из не менее двух подвижных относительно друг друга коаксиально расположенных цилиндрических элементов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства с минимальным по высоте магнитопроводящим сердечНИКОМ, коаксиальные цилиндрические элементы расположены внутри друг дру га (случай цилиндрического исполнения магнитопроводящего сердечника); на фиг. 2 - принципиальная схема уст ройства с максимальным по высоте маг нитопроводящим сердечником, коаксиальные цилиндрические элементы смещены относительно друг друга; на фиг. 3 и j - варианты расположения коаксиальных цилиндрических элементов относительно друг друга, симметричное расположение относительно плоскости 0-0; на фиг. 5. несимметричное расположение коаксиальных цилиндрических элементов относительно плоскости 0-0, несимметрия достигается путем различного смещения элементов относительно плоскости 0-0 на фиг. 6 - то же, несимметрия дости гается путем различного по числу раз мещения элементов относительно плоскости 0-0, случай размещения минимально возможного числа элементов (два элемента). Устройство для измерения уровня жидкости состоит из измерительной трубки 1, частично заполненной неэлектропроводной жидкостью 2, в которую погружен поплавок 3, представляющий собой полый немагнитопроводящий корпус, выполненный в виде цилин ра с закрытыми торцами. Во внутрен ней полости цилиндра размещен магнитопроводящий сердечник, который состоит из подвижных друг относительно друга и коаксиально расположенных цилиндрических элементов 5Конструктивные параметры якоряпоплавка выбираются в зависимости от удельного веса жидкости, при этом верхний торец всегда совпадает с мениском жидкости. Тем самым между наружными стенками якоря-поплавка и внутренними стенками трубки всегда .находятся жидкость, выполняющая роль смазки, уменьшая силы трения между стенками трубки и якорем-поплавком при перемещении последнего вдоль трубки 1. Снаружи измерительной труб ки 1 размещен дифференциально-трансформаторный датчик 6, содержащий катушку с первичной обмоткой 7 возбуждения и одинаковыми вторичными измерительными обмотками 8 и 9, включенными по разностной схеме. Катушка датчика закрыта магнитопроводящим эк раном (не показан). Устройство работает следующим образом. На первичную обмотку 7 возбуждения дифференциально-трансформаторного дйтчика 6 подается переменное напряжение. Под действием электрического тока, протекающего в цепи обмотки 7 возбуждения,в последней возникает магнитный поток, наводящий во вторичных измерительных обмотках ЭДС. Напряжение с измерительных обмоток 8 и 9 поступает на регистрирующее устройство или в цепь управления при работе датчика в следящем режиме. Магнитный поток, индукцирующий ЭДС в обмотках 8 и 9 имеет наибольшую плотность в центральной части магнитопроводящего сердечника и направлен вдоль оси датчика 6. Плотность и направление магнитного потока претерпевает резкое изменение около торцов сердечника и обмотки 7 возбуждения. При этом, если одинаковые обмотки 8 и 9 расположены симметрично относительно плоскости поперечного сечения, обозначенной на чертеже линией 0-0 и проведенной через среднюю часть катушки, а витки 7 возбуждения равномерно размещены по длине катушки, то при подаче на первичную обмотку 7 переменного напряжения, со вторичных обмоток 8 и 9, включенных по разностной схеме, снимается нулевое напряжение, так как величины ЭДС, которые наыодятся в каждой .из вторичных обмоток равны по величине, но противоположны по фазе. Магнитопроводящий сердечник, размещенный внутри катушки датчика 6, уменьшает магнитное сопротивление последней и, следовательно, увеличивает плотность магнитного потока датчика. Если Магнитопроводящий сердечник расположен симметрично относительно плоскости 0-0 и имеет симметричную конфигурацию относительно плоскости поперечного сечения, то величина разностной ЭДС, снимаемой с обмоток 8 и 9. будет равна нулю. При смещении уровня жидкости 2 внутри трубки 1 вместе с уровнем (мениском) смещается и поплавок 3, в котором размещен магнитопроводящий сердечник. Смещению магнитопроводящего сердечника относительно обмоток датчика будут ссхзтветствовать разли1 ные значения разностной ЭДС. Например,

поплавок 3 вместе.с уровнем жидкости 2 сместился вверх. Одновременно вверх смещается и сердечник. Концентрация магнитного потока в обмотке 8 увеличивается, а в обмотке Э уменьшается. Соответственным образом ЭДС, наведенная потоком в обмотке 8, больше ЗДС наведенной в обмотке 9. На выходе датчика появляется разностный сигнал, фаза которого зависит от направления смещения поплавка относительно среднего нейтрального положения, а амплитуда от величины смещения поплавка.

Благодаря тому, что магнитопроводящий сердечник выполнен из подвижных друг относительно друга и коаксиально расположенных цилиндрических элементов 5, удается получить различные конфигур|ации сердечника цилиндрической формы с минимальным расстоянием по высоте (фиг. 1); симметричным относительно плоскости О-О и переменным по высоте (ступенчатым) диаметром как с максимальным расстоянием по высоте (фиг. 2), так и с промежуточными расстояниями (фиг. 3 и Ц) или же несимметричным относительно плоскости 0-0 с переменным по высоте(ступенчатым) диаметром (фиг. 5 и 6).

Предлагаемое исполнение сердечника позволяет изменять концентрацию магнитного поля по высоте датчика, изменять диапазо н чувствительности и линейность выходной характеристики. Например, при выполнении сердеЧника цилиндрической формы (фиг. 1) рассеивание магнитного потока происходит ближе к средней части сердечника. При выполнении сердечника ступенчатым (фиг. 2) торцы сердечника приближены к торцам обмоток. Рассеивание магнитного потока происходит на удаление от средней части сердечника. Поскольку плотность потока уменьшается от средней части сердечника к его торцам, а сердечник выполнен ступенчатым, то. тем самым возможное ослабление потока компенсируется за счет ступенчатого исполнения сердечника, когда цилиндрические элементы по мере ослабления потока постепенно приближаются к обмоткам

датчика, уменьшая магнитное сопротивление на данном участке.

В тех случаях, когда необходимо получить несимметричную выходную характеристику, не прибегая к изменению обмоточных данных измерительных обмоток 8 и 9, что значительно сложнее, достаточно выполнить соответствующим образом несимметричным сердечник при одинаковых обмотках 8 и 9Формула изобретения

Устройство для измерения уровня жидкости, содержащее поплавок с сердечником из магнитоп0оводящего материала, расположенный в измерительной трубке, на которой установлен дифференциально-трансформаторный датчик, отличающееся тем, что, с целью обеспечения изменения чувствительности, магнитопроводящий сердечник выполнен из не менее двух

подвижных относительно друг друга и коаксиально расположенных цилиндрических элементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР tf 593076, кл. G 01 F 23/12,1976 (ПРОТОТИП).