Электромагнитный уровнемер

(2, ) 4871752/ МЕР сится к устстей, ение 1 Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ В ДОМСТВО СССРГ СПАТЕНТ СССР)(5 Ф) Использование; изобретение атнок измерительной технике; в частностиройствам для измерения уровня жидкопреобраэующих давление в леремещм гнитов, пропорциональное измеряемомуровню, Изобретение может быть использоИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для иэерения уровня жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измеряемому уровн о. Изобретение может быть использовано для . вь 1 сокоточного измерения уровня жидких сред в широком диапазоне во всех отраслях наодного хозяйства.Известно устройство, преобразующее да ление в перемещение магнитов, использу мое для измерения уровня жидкостей. О о содержит герметичный корпус, полость которого разделена упругим элементом, соединенным с постоянными магнитами, между полюсами которых расположен датчик Холла, причем магниты установлены на рамке, снабженной регулятором ее положения относительно датчика Холла.Основным недостатком этого устройства является узкий диапазон измеряемых 2вано для высокоточного измерения уровня жидких сред во всех отрасллх народного хозяйства, Сущность изобретения; устройство содержит немагнитный корпус, магнитную жидкость, кольцевой постоянный магнит, поверхность, воспринимающую давление, немагнитную трубку и преобразователь. Поверхность, воспринимающая . давление, выполнена в виде сильфонной мембраны, кольцевоймагнит установлен на немагнитной трубке и дополнительно установлены два электромагнита для регу- лирования диапазона измерений и корректировки нуля уровнемера. 1 ил. уровней и низкая точность измерений.Это обусловлено тем, что чувствительным элементом в устройстве является упругий элемент, чувствительность которогоопределяется его жесткостью, чтб не можетбыть скомпенсировано высокой чувствительностью датчика Холла.Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве Дпрототипа, является магнитный датчик дав- СОления, преобразующий давление в перемещение магнитной жидкости и содержащийнемагнитнйй корпус, кольцевой постоян-ный магнит, немагнитную трубку, поверх-.ность, воспринимающую давление,магнитную жидкость и индуктивный преоб- .разователь,Это устройство имеет следующие недостатки: узкий диапазон измерения уровней,обусловленный параметрами постоянногокольцевого магнита; низкую точность изме 1793248ее вытекание. Катушка электромагнита 8установлена на корпусе 4, а электромагнита 9 - на трубке 5 рядом с магнитом 7.Преобразователь 10 соединен с трубкой5 5, а его выход - с входом измерительногоблока 11. Катушки электромагнитов 8 и 9соединены с выходами блока 11, которыеобеспечивают необходимые регулируемыетоки,10 Корпус 4 и трубка 5 изготовлены избронзы, Корпус 4 оыполнен цилиндрическим с внутренним диаметром 20 мм, наружным - 23 мм и высотой 50 мм. Корпус 4снабжен резьбовым соединением с расход 15 ной емкостью 1, Трубка 5 имеет внутреннийдиаметр 4 мм, наружный - 7 мм и длину 80мм. Вверхней части корпуса 4 имеется внутренний оыступ, нэ котором через уплотнитель жестко установлен сварной сильфон 320 диаметром 18 мм, числом гофроо 5, толщиной 0,08 мм, выполненный из плоских гофрированнь 1 х кольцевых мембран изматериала марки 36 НХТЮ,В качестве магнитной жидкости 6 ис 25 пользовалась жидкость на основе трансформаторного масла с частицамимагнетита, стабилизированными олеиновойкислотой, с намагниченностью насыщенияУ, равной 50 кАм. Магнитная жидкость зэ 30 полняет корпус 4 и половину трубки 5 при Вполном контакте с внутренней поверхностью сильфонэ 3.Кольцевой магнит 7 выполнен из феррита бария, имеющего напряженность поля в35 рабочей точке 150 кА/м, Наружный диаметркольца 20 мм, внутренний - 8 мм, толщина10 мм. Кольцевой магнит надежно вводит внасыщение магнитную жидкость 6 в трубке, 5 и исключаетее вытекание, создавая доста 40 точный для этого градиент напряженностимагнитного поля.Катушка электромагнита 8 длиной 40 ммсодержит 2000 витков; э катушка электромагнита 9 длиной 10 мм содержит 1000 витков. Обе катушки намотаны проводомПЭВдиаметром 0,125 мм.С помощью регулировочных элементовблока 11 ток о электромагните 8 может регулироваться в пределах 0-40 мА и создавать50 магнитное поле, направленное против полямагнитной жидкости 6. Ток в электромагните 9 может изменятьсл в пределах 0-25мА и создавать поле, согласное или несогласное с магнитным полем кольцевого магрений, обусловленную отсутствием коррекции нулевого состояния устройства; позво-ляет измерять уровни только неагрессивныхсред и сред, которые не смешиваютсл с магнитной жидкостью,Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазонаизмерения путем исключения непосредственного контакта магнитной жидкости сконтролируемой средой и регулированияобъемной магнитной силы.Указанная цель достигается тем, что вэлектромагнитном уроонемере, содержащем немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в видемагнитной жидкости, кольцевой постоянный магнит и преобразователь перемещениячувствительного элемента, согласно изобретению, корпус снабжен немагнитной сообщающейся с ним трубкой, на свободномконце которой устаноолен преобразовательперемещения магнитной жидкости, а конецсо стороны корпуса схвачен постояннымкольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введенысильфон, закрепленный о торце корпуса свозможностью взаимодействия с контролируемой средой, и доа электромагнита, один изкоторых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, э второй - навнешней поверхности немагнитной трубки,причем северный полюс постоянного магнита направлен в сторону соободного концатрубки,На чертеже показан уроонемер, соединенный с расходной емкостью, продольноесечение,Электромагнитный уровнемер содер-жит расходную емкость 1 с контролируемойжидкостью 2, поверхность, воспринимающую даоление, в виде сильфона 3, корпус 4,трубку 5, магнитную жидкость 6, кольцевойпостоянный магнит 7, катушку электромагнита 8 длл регулирования диапэзойз измеряемого уровня, катушку электромагнита 9для корректировки нуля уровнемерэ, преобразователь 10 для преобразования измеряемого уровня о электрический сигнал,измерительный блок 11, включающий в себяэлементы регулированил тока в электромаггнитах 8 и 9, и элементы измерения сигналэот преобразователя 10 с отображением измеряемого уровня йа индикаторе и выдачейв случае необходймости сигналов управления.5Магнит 7 имеет аксиальную намагниченность и установлен на трубке 5 так, чтоего северный полюс направлен от корпуса4, что обеспечивает втягивание магнитнойжидкости 6 в полость трубки 5 и исключает нита 7.Сердечниками электромагнитов 8 и 9 служит сама магнитная жидкость, В качестве преобразователя 10 используется обычный диФференциально-трансформаторный датчик.на ринимающую поверхность сильфона 3. Под 1 давлением, которое направлено против объго емной магнитной силы, происходит вытесий нение магнитной жидкости 6 из корпуса 45 в трубку 5, Микроперемещение под давлением магнитной жидкости 6 в корпусе 4 пропорционально уровню измеряемой жидкости 2 вызывает микроперемещение магнитной жидкости и в трубке 5, но в 5 раз10 большее из-за разницы диаметров корпуса4 и трубки 5, что обеспечивает высокую чув ствительность уровнемера, Перемещающаяся магнитная жидкость 6 в трубке 5 взаимодействует с преобразователем 10,15 который выдает сигнал, пропорциональныйизмеряемому уровню в блок 11.При снижении контролируемого уровняжидкости 2 давление, воздействующее на магнитную жидкость 6, уменьшается и под20 действием выталкивающей объемной магнитной силы магнитная жидкость 6 из полости трубки 5 перемещается в полость корпуса 4 и преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, саответству 25 ющий новому более низкому уровню жидкости 2.Из выражения (3) видно, что верхнийпредел измеряемого уровня определяется величиной градиента напряженности маг 30 нитного поля. Например, при отсутствии поля электромагнита 8 предел измеряемого уровня определяется полем кольцевого магнита 7, которое обеспечивает в магнитной жидкости ТН, равный 2 10 А/м, поэтому35 согласно выражению (3) о 1 ДР=р 9,Д Р = р М 7 К. (3) 40 45 50 55 Предлагаемый уровнемер реагирует менение уровня в расходной емкости . на перепад давлений. Из основно авнения гидростатики перепад давлен ределяется по ф-ле г е Д Р - перепад давлений в точке жидкос и на глубине и; р 9 - сила тяжести жидкости. Магнитная жидкость отличается от о ычных жидкостей наличием объемной м гнитной силы до М Ч Н, поэтому выражен е (1) для нашего случая имеет следующийT Н - градиент напряженности магнитн го поля в жидкости.Учитывая, что обьемная магнитная сила зЙачительно превосходит силу тяжести иси льзуемого объема магнитной жидкости, то,ее значением можно пренебречь, а выражение (2) при этом будет иметь вид: Из этого выражения видно, что, изменяя градиент напряженности магнитного пдля, можно в широких пределах изменять дьапазон измеряемого уровня контролируеьой жидкости 2 в емкости 1.Предлагаемый электромагнитный уровнемер работает следующим образом,При отсутствии жидкости 2 в емкости 1 отсутствует и давление на магнитную жидкость 6 через поверхность сильфона 3, котора надежно удерживается магнитом 7 в трубке 5 на нулевом уровне. В этом случае преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответствующий нулевому уровню жидкости 2. Если же по каим-то причинам преобразователь выдаетсигнал наличия уровня жидкости 2 в пустои емкости 1, то с помощью регулирующего эл мента блока 11 изменяют ток, а если необходимо, и его направление в электромагните 9 и осуществляют корректировку нуля микроперемещением магнитной жидкости 6 в трубке 5, взаимодействующей с преобразователем 10.При заполнении емкости 1 жидкостью 2 образуется перепад давлений, воздействующий на магнитную жидкость 6 через воспДР=1,26 10 50 10 210 =1,26 10 Па,Так как 10 Па примерно равно давлению в 1 атм., то для воды верхний предел измеряемого уровня равен 12,6 м.Увеличивая напряженность магнитного поля электромагнита 8, можно снижать значения градиента магнитной напряженности и регулировать верхний предел измерения уровня в сторону его уменьшения. Так как объем магнитной жидкости 6 в корпусе 4 в 30 раз превышает объем жидкости в полости трубки 5, то для обеспечения одинаковой выталкивающей объемной магнитной силы в жидкости 6 корпуса 4 достаточно получить градиент напряженности магнитного поля, в 30 раз меньший, чем в полости трубки 5. Поэтому используемый диапазон регулирования тока в электромагните 8 обеспечивает широкий диапазон измеряемых уровней - от 10 см до 12,6 м, Причем нижняя граница диапазона измере1793248 8 7ний достигается при токе 38 мА в электромагните 8, т,е. не на предельном токе.Точность измерений верхних уровней во всем диапазоне не ниже + 0,5 ф что в 2-4 раза выше; чем у известных, широко 5 используемых уровнемеров,Установка в качестве воспринимающей поверхности сильфона 3 в контакте с магнитной жидкостью 6 позволяет дополнительно повысить точность измерений, таккак он обладает линейной упругой характеристикой,Все это говорит о достижении цели изобретения с большим положительным эффектом. 10 Составитель А. КарасевТехред М.Моргентал Редактор С. КулаковаА М .:-" Коррект орска Подписноеоткрытиям при ГКНТ СССР/5 Заказ 495ВНИИП Тиражвенного комитета по изобретения 113035, Москва, Ж, Раушская н осуда 4 енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго ул.Гагарйна, 101 Проиэвод Ф о р м у л а и з о б р е т е н и ямещения магнитной жидкости, а конец со, стороны корпуса охвачен постоянным кольЭлектромагнитный уровнемер,содер- цевым магнитом, выполненным с аксиальжащий немагнитный корпусс чувствитель- ной намагниченностью, при этом введены ным элементом внутри него в виде сильфон, закрепленный вторцекорпусас магнитной жйдкости, кольцевой постоян- воэможностью взаимодействия с контролиный магнит и преобразователь перемеще- руемой средой, и два электромагнита, один ния чувствительного элемента, о т л и ч а ю- из которых расположен на внешней поверщ и й с я тем, что, с.целью повышения хности немагнитного корпуса, а второй - на точности и расширения диапазона иэмере- внешней поверхности немагнитной трубки, ния, корпус снабжен немагнитной сообща-: причем северный полюс постоянного магющейся с ним трубкой, на свободном конце нитанаправлен в сторону свободного конца которой установлен преобразователь пере- трубки.