Способ измерения уровня жидкостей

ОП ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик о 11711364 9,(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 010877 (21) 2510583/18-10с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 25,013;), Бюллетень Мо 3Дата опубликования описания 2501801 г С 01 Г 23/26 Государстаенный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ Изобретение относится к электрическим .способам измерения уровня криогенных жидкостей, например, жидкого гелия, 5Известен 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 3 О 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 жидкостиНедостатком известного способа измерения является невозможность изме" рения уровня неэлектропроводных (диэлектрических) сред, обладающих плохой электропроводностью, к которым относятся и криогенные жидкости, на" пример, 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.Целью изобретения является расши-рение области применения индуктивныхспособов измерения и повышение точности измерения уровня криогенныхжидкостей.Поставленная цель достигается засчет 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 преобразованияи измерения уровня,На фиг. 1 показаны возбудитель 1,электромагнитного поля, сверхпроводящая зона 2, измеритель 3 напряженности электромагнитного поля.С помощью возбудителя 1, напримерсоленоида, возбуждают электромаг-.нитное поле, вектор Н магнитной ин. -дукции которого совпадает с направлением изменения уровня контролируемой жидкости (см, фиг, 2, 3, 4), 30Возбуждаемое возбудителем 1 электромагнитное поле будем называть основным электромагнитным полем.Внутри возбудителя 1, коаксиальноему, создают сверхпроводящую зону 2, 35размеры которой определяются величиной уровня контролируемой среды.Основное электромагнитное поле,взаимодействуя со сверхпроволящейзоной 2, возбуждает в ней кольцевыенезатухающие токи в плоскостях, перпендикулярных направлению измененияуровня контролируемой жидкости.Кольцевые незатухающие токи возбуждаются по всей высоте сверхпроводящей зоны 2, равной уровню контролируемой жидкости, например, жидкогогелия.Выше уровня контролируемой жидкости сверхпроводящая зона не создается, и кольцевые токи в этой области 50пространства внутри соленоида не возбуждаются.Непрерывная циркуляция возбужденных в сверхпроводящей зоне кольцевыхнезатухающих токов создает электромаг нитное поле (в дальнейшем будемназывать компенсирующее электромагнитное полеф)., вектор магнитной индукции которого противоположен понаправлению вектору магнитной индукции основного электромагнитного поля. 6 ОВ результате взаимодействия основного и компенсационного электромагнитных полей на участке, равном высоте сверхпроводящей зоны 2, т.е,на участке, равном уровню контроли руемой жидкости, основное электромагнитное поле вытесняется из внутренней области сверхпроводящей зоны 2,и его магнитная индукция оказываетсяравной нулю в любой точке пространства внутри сверхпроводящей эоны.В то же время вьще уровня контролируемой жидкости, где нет сверхпроводящей зоны, кольцевые незатухающие токи не возбуждаются, электромагнитное поле компенсации равно нулюи основное электромагнитное полевнутри соленоида будет отлично отнуля в любой точке пространства выше уровня контролируемой жидкости(над сверхпроводящей зоной 2),С помощью измерителя 3 внутрисоленоида во всех сечениях пространства над сверхпроводящей зоной, перпендикулярных направлению измененияуровня, определяют напряженностьэлектромагнитного поля и суммируя результаты измерений напряженности вовсех 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 всемдиапазоне изМерения уровня сверхпроводящая зона будет отсутствовать икольцевые незатухающие токи возбуждаться не будут. В результатенапряженность основного электромагнитного поля внутри соленоида будетотлична от нуля во всей зоне измерения уровня: от нижнего до верхнегопределов измерения. Напряженностьэлектромагнитного поля внутри соленоида, измеренная измерителем 3 электромагнитного поля, будет в этомслучае максимальной.Если уровень контролируемой жидкости находится между верхним и нижним пределами измерения (0 Ь(Н), товнутри соленоида сверхпроводящая зона будет существовать в пространстве,расположенном ниже уровня контролируемой жидкости, и будет отсутствовать в пространстве, расположенномвыше уровня контролируемой жидкости(см, фиг,3),При этом в той части пространствавнутри соленоида, где существуетсверхпроводящая зона, будут возбуждаться кольцевые незатухающие токии основное электромагнитное полебудет вытесняться из внутренней области сверхпроводящей зоны электромагнитным полем компенсации. В тойчасти пространства, где сверхпроводящая зона не существует, т.е: вышеуровня жидкости, кольцевые незатухающие токи не возбуждаются и основное электромагнитное поле внутри соленоида выше сверхпроводящей зоныотлично от нуля, а напряженностьэтого поля определяется значениемуровня контролируемой жидкости.Измеряя напряженность осчовногоэлектромагнитного 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 т а) размеры сверхпроводящей зоны 2 также изменятся. Причем изменится, а именноувеличится (или уменьшится), на величину ЛЬ высота сверхпроводящейэоны. Следовательно, Основное электромагнитное поле внутри соленоиданад сверхпроводящей зоной будетотлично от нуля в меньшем или большем на величину Л пространстве,а выходной сигнал измерителя напряженности основного электромагнитногополя 3 уменьшится или увеличитсяна величину, пропорциональную изменению уровня контролируемой жидкос-.ти Ь,Если объект контроля полностьюзаполнен контролируемой жидкостью иее уровень и = Н (см. фиг. 4), тово всем диапазоне измерения уровнябудет существовать сверхпроводящаязона и, следовательно, по всей высоте диапазона измерения будут возбуждаться кольцевые незатухающие токи. Это вызовет вытеснение основногоэлектромагнитного поля из внутренней области сверхпроводящей зоныэлектромагнитным полем компенсации,В результате напряженность основного электромагнитного поля будетравна нулю во всем пространствевнутри соленоида - от верхнего донижнего пределов измерения уровня,и выходной сигнал измерителя основного электромагнитного поля 3, являющийся мерой уровня, будет в этомслучае минимальным.Таким образом, при изменении уровня контролируемой жидкости от Ь = Одо Ь = Ч , по мере заполнения илиопорожнения резервуара жидкостью,снапряженность основного электромагнитного поля внутри соленоида будетизменяться от максимального до минимального значений. Изменение напряженности электромагнитного полявнутри соленоида является мерой уровня, измеряя которую, преобразовав,например, в электродвижущую силу,можно судить об уровне криогенныхжидкостей, например, жидкого гелия.Создание внутри соленоида 1,являющегося возбудителем электромагнитного поля, сверхпроводящей зоны 2, геометрические размеры которойопределяются уровнем контролируемойжидкости, позволяет изменять распределение электромагнитного поля вовнутреннем пространстве соленоида ипо напряженности электромагнитногополя над сверхпроводящей зоной, преобразованной в электродвижущую силу,судить об уровне.Формула изобретенияСпособ измерения уровня жидкостей,заключающийся в возбуждении с помощью соленоида, погруженного в кон-тролируемую жидкость и размещенногов зоне измерения уровня, электромагнитного поля, вектор магнитной индукции которого совпадает с направлениемизменения уровня,о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения и повыаенияточности измерения, внутри соленоидаи коаксиально ему создают сверхпрово 35 дящую зону, изменяющуюся в соответствии с изменением уровня контролируемой жидкости, и о величине уровнясудят по напряженности электромагнитного поля внутри соленоида над4 О сверхпроводящей зоной, преобразованной в злектродвижущую силу.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Франции Р 2277333,45 кл. 6 01 Р 23/26, опублик. 1976.2, Труды института. Сб. 1-2,М., НииТеплоприбор, с, 43; 1968,1еФ.Ь Тираж 801И Государств делам изобре Москва. Жс/У/-ЭФ11, ф 1)111111117 3 ф111 ф 1111111111фф111 111)111111)Фф/г/фффиа 3 А. Афонин емеш Корректор В . Подписное нного комитета СС ений и открытий Раушская наб.с д