Способ измерения уровня жидкостей

Способ измерения уровня жидкостей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

«н711364 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 010877 (21) 2510583/18-10 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 2501.80 Бюллетень 8о 3

Дата опубликования описания 250180 „г

G 01 F 23/26

Государстаенный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.128 63 (088. 8) (72) Авторы изобретени я

Л.A. Прибылов, A.È. Троегубов и Н.М. Курносов

Государственный научно-исследовательский институт теплоэ нер гетического приборостроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к электрическим .способам измерения уровня криогенных жидкостей, например, жидкого гелия.

Известен способ индикации уровня электропроводящей жидкости (1) заключающийся в том, что с помощью йеременного магнитного поля в жидкости наводится электрический ток, при 10 этом величину уровня определяют по потерям мощности от наведенных магнитным полем токов в жидкости.

Недостатком известных способов измерения уровня является влияние электрофизических свойств контролируемой жидкости: диэлектрической проницаемости, плотности, температуры, давления на точность измерения.

Малая разница между абсолютными значениями величин, характеризующих 20 электрофизические свойства контролируемой жидкости и ее паров (для некоторых жидкостей), резко снижает чувствительность измерителей уровня .

Наиболее близким по технической 25 сущности к изобретению является индуктивный способ измерения уровня (2), заключающийся в том, что с помощью соленоида, погруженного в контролируемую жидкость и размещенного в зоне 3О измерения уровня, возбуждают электромагнитное поле, которое, взаимодействуя с контролируемой жидкостью, обладающей хорошей электропроводностью, возбуждает в ней вихревые токи. При изменении уровня контролируемой среды потери на вихревые токи увеличиваются, что вызывает пропорциональное им изменение импеданса соленоида. Измеряя импеданс, можно судить об уровне контролируемой жидкости, Недостатком известного способа измерения является невозможность измерения уровня неэлектропроводных (диэлектрических) сред, обладающих плохой электропроводностью, к которым относятся и криогенные жидкости, например, жидкий гелий, так как при) взаимодействии электромагнитного поля с неэлектропроводной (диэлектрической) средой из-за очень высокого ее сопротивления, превышающего на

15-20 порядков сопротивление жидких металлов, вихревые токи возбуждаться не будут. Это приводит к тому, что импеданс соленоида остается постоянным, независимо от уровня контролируемой среды, и не несет информации об изменении уровня.

711364

Целью изобретения является расши- рение области применения индуктивных способов измерения и повышение точности измерения уровня криогенных жидкостей.

Поставленная цель достигается за счет того, что по предлагаемому способу внутри соленоида и коаксиально ему создают сверхпроводящую зону, изменяющуюся в соответствии с изменением уровня контролируемой жидкости, и о величине уровня судят по напряженности электромагнитного поля внутри соленоида над сверхпроводящей зоной, преобразованной в электродвижущую силу.

На фиг. 1 показаны основные функциональные элементы, с помощью которых производят все преобразования, необходимые для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2,3,4 — эпюры, поясняющие процессы преобразования щ() и измерения уровня.

На фиг. 1 показаны возбудитель 1, электромагнитного поля, сверхпроводящая зона 2, измеритель 3 напряженности электромагнитного поля.

С помощью возбудителя I, например соленоида, возбуждают электромаг-нитное поле, вектор Н магнитной ин.— дукции которого совпадает с направлением изменения уровня контролируемой жидкости (см, фиг. 2, 3, 4). 30

Возбуждаемое возбудителем 1 электромагнитное поле будем называть основным электромагнитным полем .

Внутри возбудителя 1, коаксиально ему, создают сверхпроводящую зону 2, 35 размеры которой определяются величиной уровня контролируемой среды.

Основное электромагнитное поле, взаимодействуя со сверхпроводящей зоной 2, возбуждает в ней кольцевые незатухающие токи в плоскостях, перпендикулярных направлению изменения уровня контролируемой жидкости, Кольцевые незатухающие токи возбуждаются по всей высоте сверхпроводящей зоны 2, равной уровню контроли- 45 руемой жидкости, например, жидкого гелия.

Выше уровня контролируемой жидкости сверхпроводящая зона не создается, и кольцевые токи в этой области 50 пространства внутри соленоида не возбуждают ся.

Непрерывная цир кул яци я воз бужде и— ных в сверхпроводящей зоне кольцевых незатухающих токов создает электромаг- 5 нитное поле (в дальнейшем будем называть компенсирующее электромагнитное поле )., вектор магнитной индукции которого противоположен по направлению вектору магнитной индукции основного электромагнитного поля. 6О

В результате взаимодействия основного и компенсационного электромагнитных полей на участке, равном высоте сверхпроводящей зоны 2, т.е, на участке, равном уровню контроли- 65 руемой жидкости, основное электромагнитное поле вытесняется из внутренней области сверхпроводящей зоны 2, и его магнитная индукция оказывается равной нулю в любой точке пространства внутри сверхпроводящей эоны.

B то же время виае уровня контролируемой жидкости, где нет сверхпроводящей зоны, кольцевые незатухающие токи не возбуждаются, электромагнитное поле компенсации равно нулю и основное электромагнитное поле внутри соленоида будет отлично от нуля в любой точке пространства выше уровня контролируемой жидкости (над сверхпроводящей зоной 2) .

С помощью измерителя 3 внутри соленоида во всех сечениях пространства над сверхпроводящей зоной, перпендикулярных направлению изменения уровня, определяют напряженность электромагнитного поля и суммируя результаты измерений напряженности во всех сечениях судят об уровне контролируемой жидкости. Ниже эту операцию будем называть измерение напряженности электромагнитного поля, понимая под этим результат суммирования измерений.

Если уровень контролируемой жидкости, например, жидкого гелия, равен нулю (см. фиг. 2), то во всем диапазоне изМерения уровня сверхпроводящая зона будет отсутствовать и кольцевые незатухающие токи воз- . буждаться не будут. В результате напряженность основного электромагнитного поля внутри соленоида будет отлична от нуля во всей зоне измерения уровня: от нижнего до верхнего пределов измерения. Напряженность электромагнитного поля внутри соленоида, измеренная измерителем 3 электромагнитного поля, будет в этом случае максимальной.

Если уровень контролируемой жидкости находится между верхним и нижним пределами измерения (0<Ь(Н), то внутри соленоида сверхпроводящая зона будет существовать в пространстве, расположенном ниже уровня контролируемой жидкости, и будет отсутствовать в пространстве, расположенном выше уровня контролируемой жидкости (см, фиг.3).

При этом в той части пространства внутри соленоида, где существует сверхпроводящая зона, будут возбуждаться кольцевые незатухающие токи и основное электромагнитное поле будет вытесняться из внутренней области сверхпроводящей зоны электромагнитным полем компенсации. В той части пространства, где сверхпроводящая зона не существует, т.е выше уровня жидкости, кольцевые незатухающие токи не возбуждаются и основное электромагнитное поле внутри соленоида выше сверхпроводящей зоны отлично от нуля, а напряженность

711364 этого поля определяется значением уровня контролируемой жидкости.

Измеряя напряженность основного электромагнитного поля внутри соленоида над сверхпроводящей зоной 2 измерителем 3 (основного электромагнитного поля, судят о величине уровня контролируемой жидкости, При изменении уровня контролируемой жидкости на величину t ah размеры сверхпроводящей зоны 2 также изменятся. Причем изменится, а именно увеличится (или уменьшится), на величину ah высота сверхпроводящей эоны. Следовательно, основное электромагнитное поле внутри соленоида над сверхпроводящей зоной будет отлично от нуля в меньшем или большем на величину h пространстве, а выходной сигнал измерителя напряженности основного электромагнитного поля 3 уменьшится или увеличится на величину, пропорциональную изменению уровня контролируемой жидкос-. ти hh.

Если объект контроля пол наст ью заполнен контролируемой жидкостью и ее уровень h = Н (см. фиг. 4), то во всем диапазоне измерения уровня будет существовать сверхпроводящая зона и, следовательно, по всей высоте диапазона измерения будут возбуждаться кольцевые незатухающие токи. Это вызовет вытеснение основного электромагнитного поля из внутренней области сверхпроводящей зоны электромагнитным полем компенсации.

В результате напряженность основного электромагнитного поля будет равна нулю во всем пространстве внутри соленоида — от верхнего до нижнего пределов измерения уровня, и выходной сигнал измерителя основного электромагнитного поля 3, являющийся мерой уровня, будет в этом случае минимальным.

Таким образом, при изменении уровня контролируемой жидкости от h = 0 до h = Ч, по мере заполнения или опорожнения резервуара жидкостью, напряженность основного электромагнитного поля внутри соленоида будет изменяться от максимального до минимального значений. Изменение напряженности электромагнитного поля внутри соленоида является мерой уровня, измеряя которую, преобразовав, например, в электродвижущую силу, можно судить об уровне криогенных жидкостей, например, жидкого гелия.

Создание внутри соленоида 1, являющегося возбудителем электромагнитного поля, сверхпроводящей зоны 2, геометрические размеры которой определяются уровнем контролируемой жидкости, позволяет изменять распределение электромагнитного поля во внутреннем пространстве соленоида и по напряженности электромагнитного поля над сверхпроводящей зоной, преобразованной в электродвижущую силу, судить об уровне.

Формула изобретения

Способ измерения уровня жидкостей, заключающийся в возбуждении. с помощью соленоида, погруженного в кон- тролируемую жидкость и размещенного в зоне измерения уровня, электромагнитного поля, вектор магнитной индукции которого совпадает с направлением изменения уровня, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения и повыаения точности измерения, внутри соленоида и коаксиально ему создают сверхпрово35 дящую зону, изменяющуюся в соответствии с изменением уровня контролируемой жидкости, и о величине уровня судят цо напряженности электромагнитного поля внутри соленоида над

4О сверхпроводящей зоной, преобразованной в злектродвижущую силу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 2277333, 45 кл. G 01 F 23/26, опублик. 1976.

2. Труды института. Сб. 1-2, М., НииТеплоприбор, с. 43; 1968 (прототип) .

711364

Фиг1

- ) ./

Фиг т

Составитель A. Афонин

Техред М.Келемеш Корректор В .Синицкая

Заказ 8995/26 Тираж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва. Ж-35 Ра адская наб.< д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Редактор Л. Бибер (// X //.

11(е(i (111(å (! !

1 !111(11 1 ( (g / J Q(J @ I I /

)! (!!

)(! г

1) i

/1!

// г

Г ./г i //Г- 3

1 ®11(111! ®111

11 l I (I )1)ф

1l1® (l I l11Ф (I) 1 QI I II I I å I)I

„- >1 1 ©)(1(l l (®11

")(,Е>IIIIIIÅII

1 (1 Ф(111(! 1® 1(I I I g i I I ) I I I3 II I I ! 11@1((! 11((1

11)Ф(1!)1 1Б11! .//, / г /1 г

Фиг, 2, q Y

/ Г 1/ AQ( (11

ll1

))1

)1!

))1

Й ) )