Уровнемер

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред в резервуарах с использованием поплавков и магнитных средств, которые могут использоваться для измерения уровня жидких сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных, в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется измерение уровня с высокой разрешающей способностью. Изменение уровня жидкости в резервуаре 1 в любую сторону вызовет перемещение поплавка б по колонке 3, а вместе с ним синхронно будут перемещаться поверхности выпячивания на магнитодеформируемых поверхностях 4 и 5. Перемещение поверхностей выпячивания изменяет расстояние, проходимое потоком света внутри колонки 3, которое измеряется устройством 14 и отображается как изменяющийся уровень жидкости. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Г 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4887302/10 (22) 04.12.90 (46) 15.11.92. Бюл. № 42 (75) А.H.Êàðàñåâ и M.Ñ.Àðýóìåòoâà (56) Патент США

¹ 4589282, кл. G 01 F 23/38, 1987 (54) УРОВНЕМЕР (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред в резервуарах с использованием поплавков и магнитных средств, которые могут использоваться для измерения уровня жидких сред, в том числе агрессивных и, Ы„„1775616A1 взрывоопасных, в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется измерение уровня с высокой разрешающей способностью. Изменение уровня жидкости в резервуаре 1 в любую сторону вызовет перемещение поплавка 6 по колонке 3, а вместе с ним синхронно будут перемещаться поверхности выпячивания на магнитодеформируемых поверхностях 4 и 5.

Перемещение поверхностей выпячивания изменяет расстояние, проходимое потоком света внутри колонки 3, которое измеряется устройством 14 и отображается как изменяющийся уровень жидкости. 1 э.п,ф-лы, 2 ил.

1775616

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред в резервуарах с использованием поплавков и магнитных средств, которые могут использоваться для измерения уровня жидких сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных, в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется измерение уровня с высокой разрешающей способностью.

Известна конструкция устройства для измерения уровня жидкости в резервуаре, которое содержит погружную трубку с крепежным фланцем и поплавок с управляющим кольцевым магнитом, перемещающийся по погружной трубке вверх и вниз, внутри погружной трубки установлена головка и держатель для яэычковых магнитоуправляемых контактов, распределенных по длине держателя и соединенных проводниками с электронной памятью, Недостатком этого известного устройства является низкая разрешающая способность, обусловленная последовательной расстановкой по держателю магнитоуправляемых контактов, имеющих значительные размеры. Кроме этого устройство имеет низкую точность измерения уровня, т.к. магнитоуправляемые контакты имеют определенную зону перемещения управляющего кольцевого магнита от замыкания до размыкания контакта, Наиболее близким известным техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является уровнемер с высокой разрешающей способностью, содержащий колонку из равномерно расставленных датчиков Холла, составную перемещающуюся магнитную сборку, первое приспособление для поддержания колонки в вертикальном положении, второе приспособление для направления магнитной сборки при ее перемещении вдоль колонки и поддержания на заданном расстоянии от нее, третье и риспособление для удержания магнитной сборки на поверхности жидкости.

Это решение имеет следующие недостатки: низкую разрешающую способность, обусловленную конечными размерами магнитов магнитной сборки и датчиков Холла, низкую точность измерения уровня, обусловленну|о наличием определенного участка вдоль колонки, на протяжении которого датчик Холла, обладающий высокой чувствительностью, начинает выдавать достаточный электрический сигнал под дейст5

50 вием магнитного поля перемещающейся магнитной сборки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание уровнемера для измерения уровней жидкостей в резервуарах с использованием поплавка, магнитных и оптических средств.

Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение разрешающей способности и точности измерений уровня.

Указанный технический результат достигается тем что в уровнемере, содер>кащем погружную колонку с крепежным фланцем, поплавок с управляющим магнитом, установленный с воэможностью перемещения вдоль погружной колонки, измерительный блок и блок индикации, согласно изобретению, погружная колонка выполнена прямоугольного сечения, на двух ее противоположных внутренних сторонах по всей длине установлены магнитодеформируемые поверхности, выполненные в виде пластинок магнитотвердого эластомера. на которые нанесен слой магнитной жидкости, контактирующий с эластичной пленкой с зеркальной поверхностью, управляющий магнит выполнен в виде двух стержневых элементов, установленных на поплавке напротив стенок колонки с пластинками с воэмо>кностью их перемещен ия в горизонтальной плоскости, а колонка герметично закрыта сверху крышкой, на которой установлен измерительнolé блок, выполненный в виде изучающего и приемного световодов. торцы которых расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки, а их оптические оси параллельны зеркальной поверхности пленки, при этом вход излучающего и выход приемного световодов оптически соединены с блоком индикации. Пластинки магнитотвердого зластомера имеют поперечное намагничивание.

Как видим, все отличительные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с указанным техническим результатом, т,к. непосредственно влияют на его достижение, и являются существенными.

Кроме указанных достигаемых технических результатов заявляемое изобретение позволяет достигнуть еще один вид технического результата, который заключается в обеспечении полной взрывобезопасности при его эксплуатации, т.к. в нем отсутствуют электрические цепи.

На фиг. 1 представлено продольное сечение уровнемера; на фиг. 2 — поперечное.

1775616 магнитотвердого эластомера, например в ин нашем случае северным полюсом к стенке ни

Уровнемер содержит резервуар 1 с кон-3 тролируемой жидкость.о 2, погружную коО лонку 3, две магнитодеформируемые поверхности 4, 5, поплавок 6, управляющий магнит в виде двух стер>кневых элементов 5

7, 8, два настроечных элемента 9, 10, крышку 11 с измерительным блоком в виде подводящего излучение световода 12, отводящего излучение световода 13 и блока3 индикации 14. 510

Погру>кная колонка 3 изготовлена из полипропилена в виде двух прямоугольных продольных половинок, которые герметически соединяются после установки в них магнитодеформируемых поверхностей 4 и 5. В 15 нашем случае высота колонки 750 мм, раз-4 меры внутренних сторон колонки 30х20 мм,0 а толщина стенок 2 мм.

Магнитодеформируемые поверхности

4, 5 включает в себя пластинку толщиной 2 20 мм из магнитотвердого эластомера на основе силоксановых каучуков СКТ — 1 и феррита бария с удельной силой притяжения4

55-60 г/см, на которую нанесен слой маг,5 г нитной жидкости толщиной 3 мм на основе 25 турбинного масла Тл-22 с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, которая имеет намагниченность насыщения 18,2 кА/м, на магнитной жидкости в контакте установлена эластичная530 пленка с зеркальной поверхностью из хро-0 мированного фторопласта-4 толщиной 20 мкм. Пластинка магнитотвердого эластомера надежно удерживает на себе равномерно распределенную магнитную жидкость с 35 пленкой, т.к. ее сила притяжения более чем на порядок превосходит их суммарный вес.5

Поплавок 6 изготовлен пустотелым из5 латуни толщиной 0,2 мм в виде основного корпуса с элементами установки стержней 40

7, 8 управляющего магнита и герметически соединяемой крышки.

Стержневые элементы 7, 8 управляющего магнита выполнены из феррита бария размером 20х15х15 мм с коэрцитивной си- 45 лой 150 кА/м, Они установлены в поплавке

6 с возможностью их перемещения в горизонтальной плоскости относительно стенок колонки 3, в которых установлены магнитодеформируемые поверхности 4, 5, с по- 50 мощью настроечных элементов 9, 10, например в нашем случае обычных микровинтов.

Для обеспечения работы уровнемера пластинки магнитотвердого эластомера 55 имеют поперечное намагничивание, поэтому полюса магнитных стержней 7 и 8 установлены согласно с намагниченностью колонки 3, С помощью настроечных элементов 9 и 10 магниты 7 и 8 выставлены так, чтобы угол деформируемого ими участка поверхностей 4 и 5 был равен 45 относительно оптической оси световодов 12, 13. В нашем случае это достигается при высоте деформированного участка в 4 мм, Поплавок 6 с элементами 7, 8 управляющего магнита перемещается вдоль колонки 3 так, что расстояние между ними и магнитно-деформируемой поверхностью 4 и 5 не изменяется, Крышка 1 выполнена иэ полипропилена, а световоды 12 и 13 установлены так, что их торцы расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки 3, а их оптические оси параллельны зеркальной поверхнос и пленки магнитодеформируемых поверхностей 4, 5.

В качестве световодов 12 и 13 использовался волоконно-оптический жгут полимерных волокон диаметром 50 мкм, собранных на введенных в колонку 3 концах в торец круглой формы диаметром 3 мм. Оба торца отшлифованы, причем торец отводящего световода 13 может быть снабжен линзой для улучшения ввода в него отраженного светового потока. Торцы световодов 12 и 13 установлены на расстоянии 0,5 мм от магнитодеформируемых поверхностей 4 и 5.

В качестве блока индикации 14 могут использоваться любые спектрометрические оптические измерители перемещений и расстояний, В нашем случае использовался лазерный интерферометр LA 3002.

Предлагаемый уровнемер работает следующим образом.

При любом уровне жидкости 2 в резервуаре 1 поплавок 6 занимает на погружной колонке 3 положение, соответствующее этому уровню, Магнитные поля стержневых элементов 7 и 8 управляющего магнита складываясь с полями пластин магнитотвердого эластомера магнитодеформируемых поверхностей 4 и 5, вызывают перемещение магнитной жидкости в область с большей напряженностью магнитного поля. По оси магнитного потока стержневых элементов 7 и 8 происходит подъем магнитной жидкости, т,е. лакал ьное вы пяч иван ие поверхностей 4 и 5. Так как предварительно стержневые элементы 7 и 8 выставлены так, что фронтальная плоскость выпячивания в средней ее части имеет наклон 45 относительно оптической оси световодов 12, 13, то поток света отразится от зеркальных фронтальных поверхностей выпячивания и через приемный световод 13 возвратится в блок дикации 14, который, измеряя расстояе пройденное световым потоком.опреде1

1775616 ляет уровень жидкости 2 в резервуаре 1, высвечивает его непосредственное значение, При изменении уровня жидкости 2 в резервуаре 1 в любую сторону вызовет перемещение поплавка 6 по колонке 3, а вместе с ним синхронно перемещаются поверхности выпячивания на магнитодеформируемых поверхностях 4 и 5. Перемещение поверхностей выпячивания изменяет расстояние, проходимое потоком света внутри колонки 3, которое измеряется блоком индикации 14 и отображается как изменяющейся уровень жидкости 2, Перемещение поверхности выпячивания, отражающей поток cseTa> происходит одновременно с изменением уровня жидкости 2, т.к, время релаксации взятой магнитной жидкости равно 7,6.10 с. (3), поэтому

-7 предлагаемый уровнемер обладает высокой разрешающей способностью, которая в основном определяется разрешающей способностью блока индикации 14. По сравнению с прототипом разрешающая способность увеличивается почти на три порядка. Значительно возрастает и точность измерений, например в нашем случае изменение уровня жидкости 2 в резервуаре

1 от 0,6 м до 0,05 м измерялось с точностью не ниже+1 мкм.

Это подтверждает достижение указанного технического результата заявляемым изобретением.

Формула изобретения

1. Уровнемер, содержащий погружную колонку с крепежным фланцем, поплавок с управляющим магнитом, установленный с

5 возможностью перомещения вдоль погружной колонки, измерительный блок и блок индикации,отличающийся тем,что,с целью повышения разрешающей способности и точности измерений, погружная ко10 лонка выполнена прямоугольного сечения, на двух ее противоположных внутренних сторонах по всей длине установлены магнитодеформируемые поверхности, выполненные в виде пластинок магнитотвердого

15 эластомера, на которые нанесен слой магнитной жидкости, контактирующий с эластичной пленкой с зеркальной поверхностью, управляющий магнит выполнен в виде двух стержневых элементов, ус20 тановленных на поплавке напротив стенок колонки с пластинками с воэможностью их перемещения в горизонтальной плоскости, а колонка герметично закрыта сверху крышкой, на которой установлен измерительный

25 блок, выполненный в виде излучающего и приемного световодов, торцы которых расположены перпендикулярно вертикальной оси колонки. а их оптические оси параллельны зеркальной поверхности пленки, при

30 этом вход излучающего и выход приемного световодов оптически соединены с блоком индикации.

2.Уровнемер поп.1,отличающийся тем, что пластинки магнитотвердого эласто35 мера имеют поперечное намагничивание,