Датчик уровня

(я)5 6 01 Р 23/5 ГОСУДАР СТВ Е ННЪ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВ, 1974,ие относится к области приа именно к уровнемерам для идкостей, и может быть исазличных областях промышИзобрете боростроения криогенных ж пользовано в ленности.(57) Использование: изобретение относится к области приборостроения, а именно к уровнемерам для криогенных жидкостей, и позволяет повысить надежность и точность измерений, Датчик уровня содержит диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами и Известен сигнализатор уровня жидкости, содержащий камеру из немагнитного материала, внутри которой расположен поплавок с магнитом, а снаружи- магнитоуправляемый и дополнительный магнит, причем дополнительный магнит выполнен разборным из отдельных элементов и снабжен механизмом для изменения расстояния между ними. В устройстве обеспечивается возможность регулирования настройки путем изменения конфигурации магнитного поля. первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку, Новым является выполнение диамагнитной трубки герметичной и снабженой жестко закрепленными на ее поверхности по всей длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых расположены первый и введенные дополнительные кольцевые постоянные магниты, причем каждый из магнитов выполнен с оболочкой из специального материала, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной прокладки больше диаметра кольцевого постоянного магнита, а каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим пОстОЯнным магнитом. 1 с.п,ф-лы, 1 ил. Однако конструкция имеет низкую надежность работы, связанную с наличием подвижных элементов, Кроме того, несмотря на возможность регулирования настройки, конструкция имеет и низкую точность, связанную с использованием поплавка, который в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях будет неизбежно вносить погрешность из-за дестабилизирующих факторов, действующих на поверхность жидкости. Известен датчик уровня жидкости, содержащий корпус из немагнитного материала, поплавок с постоянным магнитом и ряд магнитоупрадляемых контактов,охваченных обмоткой возбуждения, причем поплавок снабжен игольчатыми упорами, расположенными взаимно перпендикулярно в плоскостях, перпендикулярных про 177700635 40 45 50 55 дальной оси поплавка, устройство обладает повышенными точностью и надежностью работы при измерении уровня вязких жидкостей.Недостатками этого устройства являются. 1. низкая надежность работы, связанная с наличием поплавка, обмотки возбукдения; 2. низкая точность при измерении криогенных, кипящих, загазованных жидкостей, связанная с использованием поплавка,Наиболее близким техническим реше-нием является датчик уровня жидкости,содержащий трубку с расположеннымивнутри нее магнитоуправляемыми контактами, снабженными наконечниками с плоскими протяженными магнитопроводами, в центральной части которых нзходятся кольца для размещения в их корпусов магнитоуправляемых контактов, поплавок, Между трубой и поплавком имеется зазор. Внутрь поплавка встроен плоский магнит. В устройстве исключена неопределенность показаний при положении поплавка мекдудискретными точками.Недостатками данного устройства являются низкая надежность работы, связанная с наличием подвижных частей, а именно поплавка, особенно при измерении уровнявязких жидкостей; неопределенность показаний при положении поплавка между дискретными точками устраняется довольно сложно: введением магнита проводов; низкая точность измерений при работе в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях в связи с использованием поплавка, подверженного влиянию дестабилизирующих факторов; низкая безопасность при работе во взрывоопасных средах.Цель изобретения состоит в повышении надежности работы и точности измерения уровня криогенных жидкостей.Поставленная цель достигается тем, что в известном датчике уровня для криогенных жидкостей, содержащем диамагнитную трубку с размещенньпли внутри нее магнитоуправляющими контактами и первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку, согласно изобрете нию, диамагнитная трубка выполнена герметичной и снабжена жестко закрепленными на ее поверхности по всей длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых расположены первый и введенные дойолнительно кольцевые постоянные магниты, причем каждый из магнитов выполнен с оболочкой из ферромагнитногоматериала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогенной жидкости, внешний диаметр кольцевол теплоизоляционной 5 10202530 прокладки больш диаметра кольцевого постоянного магнлта, а каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим постоянным магнитом.Сущность изобретения заключается в экранировании поля постоянного магнита ферромагнитной оболочкой вблизи герметичных магнитоуправляемых контактов, которая замыкает на себя его силовые линии при обеспечении намагниченности пара- магнитного вещества оболочки, претерпевающего превращение в ферромагнитное вещество в результате фазового перехода 2-го рода при увеличении уровня жидкости с соответствующим естественным охлаждением парамагнитного вещества, а также в прекращении экранирования поля постоянного магнита вблизи герметичных магнитоуправляемых контактов в результате потери своих магнитных свойств ферромагнитньм веществом, претерпевающим превращение в парамагнитное вещество в результате фзэового перехода 2-го рода при понижении уровня жидкости с соответствующим нагревом ферромагнитного вещества.Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявлемый датчик уровня отличается тем, что диамагнитная трубка выполнена герметичной с нанизанными на нее по всей высоте биметаллическими кольцами, изготовленными в вида кольцевых постоянных магнитов, покрытых оболочкой из ферромагнитного ма ериала с точкой Кюри близкой к температуре кипения контролируемой жидкости, при этом биметаллические кольца разделены между собой теплоиэоляционными кольцовыми прокладками, диаметр которых превышает диаметр биметаллических колец, а внутри герметичной диамагнитной трубки, напротив каждого биметаллического кольца размещены магнитоуправляемые контакты - герконы. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует крлтерию "новизна",Известен датчик уровня жидкости. в котором в отличие от заявляемого устройства не обеспечивается надежность работы датчика уровня жидкости при измерениях уровня вязких жидкостей, при наличии в жидкости механическ лх включений или присутствия твердой фазы, кроме того, расположение электрических проводников в негерметичной трубке существенно снижает безопасность работы при измерениях во взрывоопасных средах, низка точность измерений в криогенных, кипящих, загазованных жидкостях, усложнена конструкция введением магнитопроводов для парироеа 17770064Рп) -2,иоа Ь ния неопределенности показаний при полокении поплавка между дискретными точками, Таким образом, на основании анализа известных технических решений в исследуемой области, можно признать решение соответствующим критерию "существенные отличия",На чертеже показан общий вид датчика уровня,Датчик уровня содержит герметичную диамагнитную трубку 1 с расположенными внутри нее герметичными магнитоуправляемыми контактами 2, на герметичную диамагнитную трубку 1 нанизаны по всей высоте биметаллические кольца 3, изготовленные в виде кольцевых постоянных магнитов 4, покрытых оболочкой 5 из ферромагнитного материала с точкой Кюри близкой к температуре кипения контролируемой жидкости, при этом биметаллические кольца разделены между собой теплоиэоляционными кольцевыми прокладками б, диаметр которых превышает диаметр биметаллических колец, а внутри герметичной диамагнитной трубки 1, напротив каждого биметаллического кольца размещены магнитоуправляемые контакты геркон 2, Диамагнитная трубка либо откачивается и находится под вакуумом, либо заполнена неконденсируемым при соответствующем температурном уровне нейтральным газом.Датчик уровня работает следующим образом, При наличии жидкости в емкости герметичные контакты датчиков, находящихся нике уровня жидкости разомкнуты, так как магнитные потоки 1 п, создаваеглые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются ферромагнитными оболочкагли 5 этих магнитов, замыкая на себя их силовые линии. Для замыкания контактов геркона к ним необходимо приложить минимальную силу притяжения,где ро - магнитная постоянная, равная 4 Лх 10 Г/м;а - длина участка перекрытия пружин, м;Ь - ширина пружин, гл;Фз - магнитный поток в зазоре, вебер,Контакты удержива)отся в разомкнутом состоянии под действием упругой силы, направленной противоположно силе магнитного притяжения; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 где Х - величина зазора между кольцами недеформированных пружин, м;х - рабочий зазор между пружинами при их деформировании в процессе срабатывания, м;Я - жесткость каждой пружины, Н/гл .2Герметичные контакты датчиков, находящихся выше уровня жидкости, замкнуты. Такое состояние контактов определяется следующим, Так как оболочки 5 находятся при температурах выше точки Кюри, то они обладают свойствами парамагнетиков и диамагнитны, В результате магнитные патоки Ф 1, создаваемые кольцевыми постоянныгли магнитами 4, пронизывая оболочки 5 реагируют с герконами. Вследствие появления магнитного потока достаточной мощности для запирания контактов геркона 2, свободные концы пружин приближаются друг к другу, наступает состояние равновесия Гг = Гу, которому соответствует магнитный поток; После того, как под действием возросшего магнитного поля Н величина зазора уменьшилась с Х до х, соответствующей критическому зазору, пружины продолжают сближаться и без дальнейшего возрастания Н, Для обеспечения надежной работы геркона и большей его чувствительности целесообразно, чтобы рабочая индукция В = Фгп/Я была меньше индукции насыщения Вз. а коэффициенты а 1 и а 2 в выражениях В 1 = Ф;/Я = а 1 Вз и В 2 = Ф 2/Я = а 2 Вз находились в пределах 0,75а0,9; О,ба 20,75. Для избежания получения недостоверной информации вследствие теплообмена между биметаллическими кольцами 3, последние разделены между собой тонкими теплоизоляционными кольцевыми прокладкагли 6, диаметр которых превышает диаметр биметаллического кольца 3. Для обеспечения точности работы датчика уровня при его функционировании в кипящих, загазованных или криогенных жидкостях теплоизоляционные кольцевые прокладки б выполнены с образованием отражателей 7 с целью избежания влияния набегагощей волны, Для избежания образования газовых карманов при повышении уровня жидкости под поверхностью, образованной отражателями 7 в верхней точе отрэжателей 7 выполнены отверстия. При повышении уровня жидкости последова 1777006тельно снизу вверх размыкаются контакты герконов 2. Это обьясняется следующим, Так как оболочки 5 охлаждаются ниже температуры точки Кюри, то материал из которого они изготовлены в результате фазового перехода 2-го рода переходит из парамагнитного состояния о ферромагнитное. Магнитные потоки 1 Ъ, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются оболочками 5 этих постоянных магнитов, Информация о повышении уровня жидкости передается на устройство отображения информации, Теплоизоляционные прокладки б вместе с отражателями 7 могут выполняться из Фторопласта, коэффициент теплопроводности которого миниглален А =- 0,05 Вт/мК. При снижении уровня жидкости биметаллические кольца 3 окружает парожидкостная фаза, Температура биметаллических колец 3 начинает быстро повышаться и при переходе через точку Кюри материал оболочек 5 теряет свои ферромагнитные свойства, При этом резко увеличивается величина магнитного потока, пронизывающего контакты геркона. Контакты замыкаются, на пульт отображения информации передается сигнал о снижении уровня жидкости,Разумеется, что для различных хранимых жидкостей, а соответственно, для различных температурных уровней требуются различные рабочие вещества для оболочки 5. Работа вблизи точки Кюри может быть обеспечена в широком диапазоне температур,Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы датчика уровня за счет упрощения системы, нет необходимости в дополнительных средствах (например, в генераторе акустического сигнала ит.д.) за счет отсутствия подвижных частей5 /поплавки и т,д./, за счет высокой надежности герконов - до 10 срабатываний;9повысить точность измерений уровня криогенных жидкостей за счет измерения границы пар-жидкость по температуре;10 исключить неопределенность показанийпри расположении уровня жидкости междудискретными точками, в результате чего нетнеобходимости в магнитопроводе.Формула изобретения15 Датчик уровня для криогенных жидкостей, содержащий диамагнитную трубку сразмещенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами и первый кольцевойпостоянный магнит. охватывающий диамаг 20 нитную трубку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности в работе иточности измерения, диамагнитная трубкавыполнена герметичной и снабжена жесткозакрепленными на ее поверхности по всей25 длине теплоизоляционными кольцевымипрокладками, на которых располокены первый и введенные дополнительные кольцевые постоянные магниты, причем каждый измагнитов выполнен с оболочкой из ферро 30 магнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогеннойжидкости, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной прокладки больше диаметра кольцевого постоянного магнита, а35 каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим постоянным магнитом,1777006 каз 4116 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ТСС оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина 10 Составитель А, Гусев едактор М. Кузнецова Техред М,Моргентап Корректор А. Мотыль