Датчик уровня жидкости

Датчик уровня жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских.

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 131278 (21) 2695338/18-24 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 0712,80. Бюллетень No 45 (Я)м. Кп.з

G 01 F 23/26

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открыткй. (53) УДК 621.646 (088 ° 8) Дата опубликования описания 071280 (72) Автор изобретемия

Ю. A. Гаркуша (71) Заявитель (54} ДАТЧИК УРОВНЯ )ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительным устройствам (датчикам) рассогласования систем автоматического регулирования количества жидкости в сосуде в зависимости от ее температуры.

В связи с температурным расширением жидкости объем (уровень) заправки сосуда зависит от температуры заправляемой жидкости. Во всех случаях в сосуде необходимо оставить свободный объем, необходимый для температурного расширения жидкости при эксплуатации. Это касается как случая максимального наполнения сосуда, т5 так и дозированной заправки, когда в сосуд должна быть заправлена определенная масса жидкости — т.е. при назначении уровня заправки должна быть учтена плотность жидкости, являющаяся 20 функцией температуры.

Средства взвешивания жидкости в сосуде получили в технике ограниченное применение из-эа неудобств (или .невозможности на некоторых объектах) 2$ их монтажа и эксплуатации,а также недостаточHo высокой точности,универсальным средством дозирования объема (уровня) жидкости .являются уровнемеры.

Однако они не вносят поправку . 30 на плотность или температуру жидкости т.е. не могут определить массу жидкости или учесть ее температурное расширение. В связи с этим дополнительно используется отдельная аппаратура для измерения температуры жидкости и счетно-решающее устройство, которое назначает и контролирует уровень заправки по уровнемеру в зависимости от из меренной температуры. Вместо температуры жидкости может измеряться и учитывйться плотность жидкости, однако йлотномеры менее совершенны.

С повышенной температуры жидкости на 1 K (1 С) ее плотность уменьшается на определенную для контролируемой жидкости величину, лежащую обычно в пределах 0,10-0,153, при этом соответственно увеличивается объем заправленной в сосуд жидкости, например 10-метровый столб жидкости в цилиндрическом сосуде повьхиается на 10-15 мм. Показания измерительного устройства системы регулирования уровня должны изменяться соответствующим образом, чтобы исполнительные систеьы отрабатывали (обеспечивали) необходимяй уровень.

Известны измерительные устройства системы регулирования уровня жидкости в зависимости от температуры, напри7856 51

Эта.цель достигается тем, что в .датчике уровнемера находятся коаксиапъно расположенные под одним ыэ упоров дополнительная обмотка возбуждв- . 55 иия, последовательно подсоединенная, к основной обмотке возбуждения, я двв встречно соединенные дополнительные

ыэмерительные обмотки, последователь. но подсоединенные к.осыовной иэмвры тельной обмотке. В области одыой ыэ 4Е дополнительных измерительных обиотох коаксиалъно закреплен ка защитной трубе металлический цилиндр.

На чертеже схематически показан предложенный уровнемер. 45 мер измерительное устройство систеэаа заправки горючим 1-ой ступени ракеты

"Сатурн-.1В", США 11(. Температура горючего измеряется установленными в баках ракеты термопарамн и вторичной аппаратурой, а уровень горючего опре,деляется по измеряемому давлению заправленного в бак столба жидкости и

;другим параметрам. Результаты измерений температуры н уровня с выходов соответствующей вторичной аппаратуры подаются в счетно-решающее устройст- 10 во, которое управляет заправкой горю.чего по заданному соотношению между температурой и уровнем.

Следует отметить, что типы применяеьнх датчиков температуры и уровня )5 жидкости могут быть разнообразными, так как методы измерения этих Физических величин многочисленны.

Наиболее близким техническим pemeнием к изобретению является иыдуктив-: ный аналоговый уровнемер (23 . Он содержит коакснально pacrloJloaeHHaae основную обмотку возбуждения и основную измерительную обмотку со ступенчато изменяющимся чкслом витков, подсоединенную к пороговому элементу. . Обмотки размещены в защитной труба, снабженной упорами, между которыми расположен поплавок.

Индуктивыый аналоговый уровнемер весьма прост по сравнению с другиии 30 аналоговыми уровнемераии: маноиетри..ческими, емкостнымк, ультраэвуковьвав, радиоизотопнымк и другими, которые являются сложнымк электронными устройствамими, 35 . Однако он, как и остальные извес тные . уров неме ры, не учитывает температурное расширение жидкости или ее плотность.

Целью изобретения является снабжв- 4п ные индуктивного аналогового уровнемера узлом термокомпенсацыи, учитывающим температуру контролируемой жидкости в сосуде и вырабатывающим сигнал рассогласования при несоответствии уровня жидкости температуре по заданной зависимости. Это позволяет заправлять по показаниям иэмерытелъного устройства одну и ту же массу, кидкости независимо от ее температуры при несложной аппаратуре. ©

В вертнкальной защитной трубе 1 измерительного устройства, установленного в контролируемом сосуде, расположены равномерно намотанная основная обмотка возбуждения 2 и ступенчато намотанная измерительная обмотка

3, которые перекрывают диапазон регулирования уровня жидкости по высоте сосуда, а ниже этого диапазона — дополнительная обмотка возбуждения 4 и дополнительные измерительные обмотки 5 и;6 ° Последовательно соединенные обмотки 2 и 4 образуют обмотку возбуждения, подсоединенную к источнику переменного тока 7. Последовательно соединенные обмотки 3, 5 и б образуют измерительную (выходную) обмотку, которая подсоединена к пороговому элементу 8, управляющему исполнительным устройством подачи жидкости в контролируеэмй сосуд (на чертеже не показан).

Снаружи защитной трубы 1, охватывая ее, расположены поплавок 9, перемещаеьый контролируемой жидкостью вдоль диапаэбна регулирования уровня жкдкостк от нижнего упора 10 до верхнего упора 11 и металлический цилиндр 12, закрепленный ниже диапазона регулиро-, вания уровня жидкости напротив обмотки 6.

Поплавок 9 содержит цилиндрический электромагнитный экран 13, выполненный из металла с высокой электрической проводимостью (экран с внхретоковым действием) либо из Ферромагнитного материала (экран ферромагнитного ти па). Экран 13 индуктивно взаимодействует с обвютками 2 и 3: в нем наводятся токи от обмотки возбуждения 2, котове индуктируют в измерительной обмотке ЭДС, указывающую на положение поплавка 9 в диапазоне регулирования уровня жидкости. Намоточные данные обмотки 3 изменяются ступенчато вдоль диапазона перемещения поплавка 9 через интервалы, равные высоте экрана

13. Это обеспечивает плавное изменение ЭДС, наводимой экраном 13 в обиотке 3, в диапазоне перемещения поплавка 9. Чеи меньше число витков и диаметр ступени измерительной обиртык 3, тем меньшая ЭДС наводится .Х.двй экраном 13.

Металлический цилиндр 12 выполнен

ыэ металла, химически стойкого к контролируемой жидкости и имеющего большой температурный коэффициент электрического сопротивления (алюмнниевые сплавы АД1И, И4г3 и а.lr. ) . .Он термически изолирован от трубы 1 диэлектричвскины,например Фторопластовыми ароыладыэр и 14. Цилиндр 12 индуктивко взаимодействует с обмотками 4 и

6; э иви наводится вихревой ток от обмотки возбуждения 4, который в зависимости 6т сопротивления и, следовательно, от температуры цилиндра 12

ыыдуктырувт в обмотке б ЭДС, указы785651 но.

При крайнем нижнем положении поплавка 9 ЭДС в должна превыаать возможное максимальное значение E

Это обеспечивает монотонное уменьшение суммарной ЭДС в измерительной обмотке 3, 5, б в процессе заправки сосуда — от некоторого максимально- го значения до напряжения переключеd0

65 вающую на температуру цилиндра 12.

При погружении цилиндра 12 в контролируемую жидкость он принимает ее температуру. Чем выше температура жидкости, тем меньший вихревой ток протекает в цилиндре 12 и меньшая ЭДС наводится этим током в обмотке б.

В обмотках 3, 5 и б наводятся ЭДС

E,E,Eb токами, протекающими в ци-. линдре 12 (ЭДС ), экране (ЭДС ) и обмотке возбуждения 2,4 (ЭДС ). Намоточные данные, выходной обмотки (3, 5, б) связаны между собой следующйм условием: при подъеме поплавка 9 на высоту определяемую заранее известной (задайной или расчетной) зависимостью уровня в сосуде от температу- IS ры контролируемой жидкости, суммарная

ЭДС в обмотке 3, 5, 6 должна достиГ" нуть напряжения переключения (срабатывания), при котором пороговый элемент 8 выдает сигнал на прекращение 3) заправки сосуда. Достижение этого условия обеспечивается при определенном (согласном или встречном) включении одной обмотки (3, 5, 6) относительно другой, которое зависит также от типа экрана 13.

На чертеже показано измерительное устройство .с вихретоковым экраном 13.

В этом случае фаза ЭДС т наводимой в обмотке б цилиндром 12 и фаза ЭДС З0

Ей наводимой в обмотке 3 экраном 13, почти совпадают. Повышение температуры жидкости вызывает уменьшение ЭДС

При встречном включении обмоток б и 3 (Ez и Es действуют встречно) и уменьшении числа витков и диаметра обмотки 3 к верхней. части сосуда это уменьшение эДс Е будет скомпенсирова-) но при подъеме поплавка 9 на большую, / высоту (E. при этом также уменьшится), т.е. уровень жидкости будет отрегули- 40 рован в соответствии с физической зависимостью уровня жидкости в сосуде от ее температуры.

В СлУЧае согласного включения обмоток б и 3 уменьшение ЭДС ., должно 4$ быть скомпенсировано повышением ЭДС при подъеме поплавка 9 на боль- шую высоту, т.е. число витков и диа3 метр обмотки 3 к верхней части сосуда должны увеличиваться. При ферромаг-g0 нитном экране 13 фаза ЭДС будет противоположной, поэтому включение обмотки 3 относительно обмотки б должно быть противоположным описанному выше;

Для повышения точности регули" рования обмотки 5 и б включены встречния (срабатывания)порогового элемента 8. При срабатывании порогового элемента 8 заправка сосуда прекращается.

Программа регулирования уровня жидкости в зависимости от ее температуры при необходимости может быть изменена в широких пределах введением напряжения смещения, пропорционального току питания измерительного устройства, последовательно с ЭДС, измерительной обмотки 3, 5, б.

Вследствие неполного совпадения (или противоположности) фаз ЭДС от цилиндра 12 и экрана 13 пороговый. элемент 8 выполняется нечувствитель- . ным к этой разности фаз. К выходу измерительной обмотки 3, 5, б может быть также подключен другой пороговый элемент, который срабатывает при достижении выходной ЭДС.некоторой промежуточной величины, подавая при этом сигнал на уменьшение производительности заправки, которое осуществляется с целью повышения точности отсечки требуемого уровня и исключения гидроудара.

Намотьчные данные обмотки.3 выбираются нз условия обеспечения необходимой функциональной зависимости Ез

Ьт Ь (т.е. высоты подъема поплавка от. температуры). Поэтому число витков обмотки 3 меньше числа витков обмоток 5, 6 и требования к точности изготовления обмотки 3 могут быть невысоки. Обмотки 5, 6 соединены встречно, имеют почти равное друг другу число витков и расположены на небольшом расстоянии друг от друга.

Это компенсирует влияние. защитной трубы 1 на -показания измерительного устройства.

1 .,Так как ЭДС Е, E® u Eb пропорциональны одному и тому. же току питания, проходящему через последовательно соединенные обмотки 2 и 4, а сулекарное значение этих ЭДС, при котором срабатывает пороговый элемент 8, близко к нулю, то измерительное устройство нечувствительно к значительным изменениям тока питания (т.е. допускает большое непостоянство напряжения питания, большие технологические отклонения и температурные изменения параметров обмоток).

Применение аицо датчика -в системах регулирования уровня жидкости в зависимости от ее температуры позволит в десятки раз,понизить; стоимость измерительного устройства, повысить его надежность и точноств работы (благодаря исключению сложной аппаратуры автономных измерений, температуры и уровня жидкости, промежуточных преобразований информации об этих параметрах и сопряжения.их в счетно-решающем устройстве).

Изготовление и лабораторные испытания опытного образца предлагаемого

785651

Формула изобретения

Составитель Н. Задворная

Редактор Л. Утехина Техред E.Ãàâðèëåøêî Корректор И. Муска

Заказ 8826/42 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 измерительного устройства полностью подтвердили описанные его свойства и преимуаества.

Датчик уровня жидкости, содержащий коаксиально расположенные основную обмотку возбуждения и основную измерительную обмотку со ступенчато иэменяюшимся числом витков, подсоединенную к пороговому элементу, размещенные в защитной трубе, снабженной упорами, между которыми расположен поплавок, отличающийся тем, ЧтО, С целью повышения точности рабо- 15 ты и расширения области применения датчика, оН содержит коаксиально расположенные под одним иэ упоров дополнительную обмотку возбуждения, последовательно подсоединенную к основной обмотке возбуждения, и две встречно соединенные дополнительные измерительные обмотки, последовательно подсоединенные к основной измерительной обмотке, причем в области одной из дополнительных измерительных обмоток коаксиально закреплен на зашитной трубе металлический цилиндр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вопросы ракетной техники. 1969, Р 3, (171) с.14-21.

2. Авторское свидетельство СССР

468098, кл. 6 01 F 23/26, 1972 (прототип).