Датчик уровня жидкости

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских.СоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 1312,78 (21) 2695338/18-24с присоединением заявки Ио(5)М. Кл. 6 01 Г 23/26 Государственный комитет СССР по делам нзобретеннк н открыткй(0888) Дата опубликования описания 071280(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 случа ях в сосуде необходимо оставить свободный объем, необходимый для температурного расширения жидкости при эксплуатации. Это касается как случая максимального наполнения сосуда, т 5 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) 23 их монтажа и эксплуатации,а также недостаточно 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 учитываться плотность жидкости, однако йлотномеры менее совершенны.С повышенной температуры жидкости на 1 К (1 еС) ее плотность уменьшается на определенную для контролируемой жидкости величину, лежащую обычно в пределах 0,10-0,15, при этом соответственно увеличивается объем заправленной в сосуд жидкости, например 10-метровый столб жидкости в цилиндрическом сосуде помаиается на 10-15 мм. Показания измерительного устройства системы регулирования уровня должны изменяться соответствующим образом, чтобы исполнительные систеьы отрабатывали (обеспечивали) необходияяй уРовень.Известны измерительные устройства системы регулирования уровня жидкости в зависимости от температуры, напри785651 Эта цель достигается тем, что в датчйке уровнемера находятся коаксиалъно расположенные под однии иэ упоров рополнительная обмотка возбуждв- . яв иия, последовательно подсоединенная, к основной обмотке возбуждения, я двв встречно соединенные донолнителъиыв измерительные обмотки, последователь. но подсоединенные к основной иэмвры тельной обмотке. В области одыой ыэ 4 дополнительных измерительных обиотох коаксиалъно закреплен ка защитной трубе металлический цилиндр.На чертеже схематически показан предложенный уровнемер. 45 мер измерительное устройство системы заправки горючим 1-ой ступени ракеты фСатурн-.1 В", США 11. Температура горючего измеряется усановленными в баках ракеты термопарамн и вторичной аппаратурой, а уровень горючего опре,деляется по измеряемому давлению эа- ф правленного в бак столба жидкости и ;другим параметрам. Результаты измерений температуры н уровня с выходов соответствующей вторичной аппаратуры подаются в счетно-решающее устройст во, которое управляет заправкой горючего по заданному соотношению между температурой и уровнем.Следует отметить, что типы применяемых датчиков температуры и уровня у жидкости могут быть разнообразными, так как методы измерения этих физических величин многочисленны.Наиболее близким техническим решением к изобретению является иыдуктив-З( ный аналоговый уровнемер 12. Он содержит коакснально расположенные основную обмотку возбуждения и основную измерительную обмотку со ступенчато изменяющимся чкслом витков, подсоединенную к пороговому элементу. ф Обмотки размещены в защитной труба, снабженной упорами, между которыми расположен поплавок.Индуктивыый аналоговый уровнемер весьма прост по сравнению с другиии 30 аналоговцми уровнемераииг маноиетричвскими, емкостнымк, ультраэвуковьвщ, радиоизотопнцмк и другими, которые являются сложнымк электронными устройствами, 33Однако он, как и остальныеизвестные .уровнемеры, не учитывает температурное расширение жидкости или ее плотность.Целью изобретения является снабжв- ф ные индуктивного аналогового уровнемера узлом термокомпенсацыи, учитывающим температуру контролируемой жидкости в сосуде и вырабатывающимсигнал рассогласования при несоответствии уровня жидкости температурепо заданной зависимости. Это позволяет заправлять по показаниям измерительного устройства одну и ту жв массу,кидкости независимо от ее температуры при несложной аппаратуре. ф В вертнкальной защитной трубе 1 измерительного устройства, установленного в контролируемом сосуде, расположены равномерно намотанная освозная обмотка возбуждения 2 и ступенчато намотанная измерительная обмотка 3, которые перекрывают диапазон регулирования уровня жидкости по высотесосуда, а ниже этого диапазона - дополнительная обмотка возбуждения 4 идополнительные измерительные обмотки 5 и;6 Последовательно соединенные обмотки 2 и 4 образуют обмотку возбуждения, подсоединенную к источникупеременного тока 7. Последовательносоединенные обмотки 3, 5 и б образуютизмерительную (выходную) обмотку, которая подсоединена к пороговому элементу 8, управляющему исполнительнымустройством подачи жидкости в контролируеьий сосуд (на чертеже не показан). Снаружи защктной трубы 1, охватываяее, расположены поплавок 9, перемещаемай контролируемой жидкостью вдольдиапаэбна регулирования уровня жкдкостк от нижнего упора 10 до верхнего упора 11 и металлический цилиндр 12, закрепленный ниже диапазона регулиро-, вания уровня жидкости напротив обмотки б. Поплавок 9 содержит цилиндрический электромагнитный экран 13, выполненный из металла с высокой электрической проводимостью (экран с внхретоковым действием) либо из Ферромагнитного материала (экран ферромагнитного типа). Экран 13 индуктивно взаимодействует с обвютками 2 и 3: в нем наводятся токи от обмотки возбуждения 2, которве индуктируют в измерительной обмотке ЭДС, указывающую на положение поплавка 9 в диапазоне регулированияуровня 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 обмотки 3, тем меньшая эДс наводится ;Х,двй экраном 13.Металлический цилиндр 12 выполнен ыэ металла, химически стойкого к контролируеиой жидкости и имеющего большой температурный коэффициент электрического сопротивления (алюмнниевые сплавы АД 1 И, И 4 г 3 и а.п. ) . Он термически изолирован от трубы 1 диэлектричвскины,например Фторопластовыми проыладыыйи 14. Цилиндр 12 индуктивко взаимодействует с обмотками 4 и 6 э ыви наводится вихревой ток от обмотки возбуждения 4, который в зависимости бт сопротивления и, следовательно, от температуры цилиндра 12 ыыдуктырувт в обмотке б ЭДС, указы 785651но.При крайнем нижнем положении поплавка 9 ЭДС в должна превыаатьвозможное максимальное значение 5. Это обеспечивает монотонное уменьшение суммарной ЭДС в измерительной обмотке 3, 5, б в процессе заправки сосуда - от некоторого максимально- го значения до напряжения переключе 60 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 Бт,э,5 Ь токами, протекающими в ци-. линдре 12 (ЭДС ), экране (ЭДС ) и обмотке возбуждЕния 2,4 (ЭДС . На" моточные данные, выходной обмотки (3, 5, б) связаны между собой следующйм условием: при подъеме поплавка 9 на высотуопределяемую заранее известной (задайной или расчетной) зависимостью уровня в сосуде от температу ры контролируемой жидкости, суммарная ЭДС в обмотке 3, 5, б должна достит нуть напряжения переключения (срабатывания), при котором пороговый элемент 8 выдает сигнал на прекращение 20 заправки сосуда. Достижение этого условия обеспечивается при определенном (согласном или встречном) включении одной обмотки (3, 5, б) относительно другой, которое зависит также от типа экрана 13.3На чертеже показано измерительное устройство .с вихретоковым экраном 13В этом случае фаза ЭДСт наводимой в обмотке б цилиндром 12 и фаза ЭДСЗ 0 Га наводимой в обмотке 3 экраном 13, почти совпадают. Повышение температуры жидкости вызывает уменьшение ЭДСПри встречном включении обмоток б и 3 (Г и Ев 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 (Е при этом также уменьшится), т.е. уровень жидкости будет отрегули рован в соответствии с Физической зависимостью уровня жидкости в сосуде от ее температуры.В СлУЧае согласного включеныя Обмоток б и 3 уменьшение ЭДС., должно 4 быть скомпенсировано повышейием ЭДСпри подъеме поплавка 9 на боль- шую высоту, т.е, число витков и диа- Эметр обмотки 3 к верхней части сосуда должны увеличиваться. При ферромагнитном экране 13 Фаза ЭДСа будет противоположной, поэтому включение об" мотки 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 пороговогоэлемента 8 заправка сосуда прекращается.Программа регулирования уровняжидкости в зависимости от ее температуры при необходимости может бытьизменена в широких пределах введением напряжения смещения, пропорционального току питания измерительногоустройства, последовательно с ЭДС,измерительной обмотки 3, 5, б.Вследствие неполного совпадения(или противоположности) фаз ЭДС отцилиндра 12 и экрана 13 пороговый.элемент 8 выполняется нечувствитель- .ным к этой разности фаз. К выходу измерительной обмотки 3, 5, б может бытьтакже подключен другой пороговый элемент, который срабатывает при достижении выходной ЭДС.некоторой промежуточной величины, подавая при этомсигнал на уменьшение производительности заправки, коюрое осуществляется с целью повышения точности отсечки требуемого уровня и исключениягидроудара,Намотьчные данные обмотки.3 выбираются из условия обеспечения необходимой Функциональной зависимостиЬт Ь (т.е. высоты подъема поплавкаот. температуры). Поэтому число витков обмотки 3 меиыйе числа витковобмоток 5, 6 и требования к точностиизготовления обмотки 3 могут бытьневысоки. Обмотки 5, б соединенывстречно, имеют почти равное другдругу число витков и расположены нанебольшом расстоянии друг от друга.Это компенсирует влияние. защитнойтрубы 1 на .показания измерительногоустройства.1Так как ЭДС Е Г и Ь пропорциональны одному и тому: жв току питания,проходящему через последовательно соединенные обмотки 2 и 4, а суюарноезначение этих ЗДС, при котором срабатывает пороговый элемент 8, близкок нулю, то измерительное устройствонечувствительно к значительным изменениям тока питания (т,е, допускаетбольшое непостоянство напряжения питания, большие технологические отклонения и температурные измененияпараметров обмоток).Применение аицо датчика -в системахрегулирования уровня жидкости в зависимости от ев температуры позволит вдесятки раз,понизить, стоимость измерительного устройства, повысить егонадежность и точноств работы (благодаря исключению сложной аппаратуры автономных измерений, температуры и уровня жидкости, промежуточных преобразований информации об этих параметрах исопряжения.их в счетно-решающем устройстве).Изготовление и лабораторные испытания опытного образца предлагаемого785651 положенные под одним иэ упоров дополнительную обмотку возбуждения, последовательно подсоединенную к основнойобмотке возбуждения, и две встречносоединенные дополнительные измерительные обмотки, последовательно подсоединенные к основной измерительнойобмотке, причем в области одной издополнительных измерительных обмотоккоаксиально закреплен на зашитнойтрубе металлический цилиндр. Формула изобретения Составитель Н, Задворнаяна Техред Е.гаврилешко Корректо Л. УтМуска еда 26/42 Тираж 801 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва,Ж, РПо митета СС открытий я наб., д сное ака лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 измерительного устройства полностьюподтвердили описанные его свойстваи 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ЧтО, С целью повышения точности рабо ты и расширения области применения датчика, он содержит коаксиально расИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Вопросы ракетной техники. 1969,Р 3, (171) с.14-21.2. Авторское свидетельство СССРР 468098, кл. 6 01 Г 23/26, 1972