Устройство для измерения уровня

 

Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик Холла (1), 1 источник тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s 6 01 F 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4898935/10 (22) 03.01.91 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Научно-исследовательский институт информатики и систем управления МГТУ им.

Н.Э.Баумана и Завод "Старорусприбор" (72) А.В.Еланцев, В.В,Маркелов, С.Б.Сорокоумов, tO.П.Кашников, С.В.Соколов и В.С.Фатеев (56) Авторское свидетельство СССР № 1075087, кл. 6 01 F 23/22, 1984.

Я2, 1777002 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УРОВНЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик Холла (1), 1 источник тока (2), 1 интегратор (3), 1 функциональный преобразователь (4), 1 преобразователь ток-напряжение (5), 1 катушку индуктивности (6), 1 блок регистрации (7), 1 поплавок (8), 1 магнит(9), 1диамагнитную направляющую(10), 2 — 1 — 3 — 5-6. 3-4 — 7. 1 ил.

«4

О

С>

1777002

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения уровня жидкости.

Известны различные устройства для измерения уровня жидкости отличные по принципу действия, так же как ультразвуковые, вибрационные, емкостные, индуктивно-емкостные, гидростатические, пьеэометрические. Каждое из них имеет ограниченную область применения, сравнительно узкий диапазон измерений, низкую точность и достоверность результатов измерений, сложно при практической реализации, не позволяет фиксировать текущее значение уровня жидкости. Известен также цифровой оптический уровнемер, для которого характерны указанные недостатки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уровнемер, содержащий диамагнитную направляющую, заполненную диэлектрической ферромагнитной жидкостью, внутри которой коаксиально расположена упругая диэлектрическая трубка. В диэлектрической трубке расположены по всей длине высокоомные проводники и ртутный контакт.

Ртутный контакт удерживается магнитным полем ферромагнитной жидкости, создава-. емым магнитом, расположенным на внешней стороне направляющей и соединенный с поплавком. Высоомные проводники включены в измерительную цепь с помощью ртутного контакта. При изменении уровня жидкости магнит вместе с поплавком совершает перемещение вдоль направляющей, что влечет за собой перемещение. ртутного контакта, которое приводит к изменению длины высокоомных проводников, включенных в измерительную цепь, и изменению выходного сигнала, что соответствует изменению уровня жидкости. Однако конструкция. уровнемера очень сложна при практической реализации и обладает невысокой надежностью иэ-эа наличия ртутного контакта. Кроме того, уровнемер будет давать значительные погрешности и невысокую достоверность, обусловленную различными условиями контактирования ртутного контакта и высокоомных проводников.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения уровня, содержащйм источник тока, постоянный магнит, закрепленный на поплавке, выполненный с возможностью перемещения вдоль диамагнитной направляющей, преобразователь и блок регистрации, преобразователь выполнен в виде датчика Холла с катушкой индуктивности, в устройство введены функциональный преобразователь, соединенный с блоком регистрации, и последовательно соединенные интегратор и преобразователь .5 "ток-напряжение", при этом датчик Холла включен последовательно между источником тока и интегратором, выход которого соединен также со входом функционального преобразователя, а катушка индуктивно10 сти подключена также к преобразователю

"ток-напряжение", Принцип действия изобретения основан на эффекте Холла. Конструкция изобретения обеспечивает однозначное соответствие иэ15 меряемого уровня жидкости напряженности магнитного поля в точке расположения датчика Холла, входящего в состав изобретения, На чертеже изображена структурная схе20 ма устройства для контроля уровня.

Оно содержит корпус, датчик Холла 1, источник тока 2, генератор 3, функциональный преобразователь 4, преобразователь напряжение — ток 5, катушку индуктивности

25 6, блок регистрации 7, буек 8, магнит 9, направляющую 10.

При этом источник тока 2 подключен к выходу датчика Холла 1, выход которого через генератор 3 электрически связан с вхо30 дом функционального преобразователя 4 и входом преобразователя напряжение — ток

5. Выход функционального преобразователя 4 подключен к блоку регистрации 7, а выход преобразователя напряжение-ток 5

35 электрически соединен с катушкой индуктивности 6. Причем магнит 9 закреплен на буйке 8; датчик Холла 1, магнитная ocb магнита 9 и катушки индуктивности 6 лежат на одной вертикальной прямой; направляю40 щая 10, жестко связанная с корпусом, ориентирована параллельно этой прямой, а буек О механически связан с напраоляющей

10 с возможностью перемещения вдоль нее.

При этом датчик Холла 1 и катушка индук45 тивности 6 жестко закреплены в корпус с фиксированным зазором между ними, Корпус выполнен из немагнитного материала.

Изобретение работает следующим образом.

50 До подачи напряжения питания на блоки, входящие в состав изобретения, на выходе датчика Холла 1, генератора 3 и ïðåобразователя напряжение — ток 5 присутствуют нулевые сигналы. При этом ток через

55 катушку индуктивности 6 не протекает.

При подаче напряжения питания через вход датчика Холла 1 будет протекать стабилизированный ток, величина которого определяется параметрами источника 2. При этом на выходе датчика Холла 1 будет сфор1777002

10

20

40

55 мирован электрический сигнал. величина которого будет пропорциональна плотности тока, протекающего через датчик Холла

1 и напряженности магнитного поля в области расположения датчика Холла 1, создаваемого магнитом 9. Этот сигнал, поступая на вход генератора 3, вызывает возникновение напряжения на выходе генератора 3 и его увеличение с течением времени. Потенциальный сигнал с выхода генератора 3 поступает на вход преобразователя напряжение — ток 5, который обеспечивает его преобразование в пропорциональный ток, протекающий через катушку индуктивности 6. Протекающий через катушку индуктивности 6 ток обуславливает возникновение магнитного поля, направление которого противополо>кно направлению магнитного поля магнита 9. Напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности 6, пропорциональна величине протекающего через нее тока, В результате суперпозиции двух магнитных полей в области расположения датчика Холла 1 уменьшается напряженность магнитного поля. Соответственно уменьшается амплитуда электрического сигнала, поступающего с выхода датчика 1 на вход интегратора 3, вследствие чего уменьшается скорость нарастания выходного сигнала интегратора 3.

Этот процесс будет продолжать до тех пор, пока напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности 6 в области расположения датчика Холла 1, не сравняется с напря>кенностью магнитного поля магнита 9. При этом выходной сигнал датчика Холла 1 уменьшиться до нулевого значения, а сигнал на выходе интегратора 3 застабилизируется.

Таким образом, в результате переходного процесса, происходящего непосредственно после подачи напряжения питания, на выходе генератора 3 формируется электрический сигнал, величина которого зависит от напряженнасги магнитного поля магнита 9 в области расположения датчика

Холла 1, А напря>кенность магнитного поля магнита 9 в свою очередь однозначно определяется расстоянием между датчиком 1 и магнитом 9, Сигнал с выхода интегратора 3 через функциональный преобразователь 4 поступает на вход блока регистрации 7, где фиксируется значение уровня жидкости

/значение расстояния от лагнита 9 до датчика Холла 1/, Функциональный преобразователь 4 при этом обеспечивает линейное соответствие между величиной сигнала на выходе интегратора 3 и измеряемым уровнем жидкости. При этом датчик Холла 1 выполняет роль источника сигнала рассогласования, пропорционального разности напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой 6, и напряженности магнитного поля магнита 9 в области датчика Холла. При изгленении измеряемого уровня жидкостгл происходит вертикальное перемещение плавающего B ней буйка 8 с закрепленным на нем магнитом 9. В результате происходит изменение расстояния между магнитом 9 и датчиком Холла 1 с соответствующим изменением напряженности результирующего магнитного паля в области расположения датчика 1, При этом на выходе датчика 1 возникает электрический сигнал рассогласования, знак которого соответствует направлению перемещения буйка 8.

Выходной сигнал датчика t, преобразованный в интеграторе 3 и преобразователе напряжение — ток 5, вызывает изменение тока, протекающего через катушку индуктивности 6 и соответственно изменение напряженности создаваемого ею магнитного поля. В результате уменьшится напряженность результирующего магнитного поля в месте расположения датчика 1 и, как следствие, уменьшится величина сигнала на его выходе, Уменьшение величины сигнала на выходе датчика 1, являющегося входным сигналом интегратора 3, приводит к уменьшению амплитуды сигнала на выходе последующего и к уменьшению тока, протекающего через катушку индуктивности 6, Далее процесс повторяется до тех пор, пока напряженность результирующего магнитного поля в области расположения датчика

Холла 1 HB уменьшается до нуля. При этом на выходе интегратора 3 установится сигнал постоянного напря>кения, величина которого однозначно определяет расстояние лежду магнитом 9 и датчиком 1 и, соответственно, уровня жидкости, в которой плавает буек 8.

Использование в составе изобретения катушки индуктивнасти 6 обеспечивает работу датчика Холла 1 в качестве нуль-индикатора напряженности магнитного поля, что позволяет исключить влияние на точность измерения уровня жидкости неидеальности переходной характеристики датчика 1, Изобретение выполняется следующим образом, Интегратор 3 может быть реализован на базе прецизионных аналоговых интегральных схем. В качестве преобразователя "напряжение — ток" 5 может быть использован усилитель с большим выходным сопротивлением. В роли функционального преобразователя 4 можно применить усилитель с нелинейной передаточной характеристикой, например. логарифмический. Блок

1777002 регистрации 7 может быть выполнен на базе аналогово-цифрового преобразователя, дешифратора цифровых семисегментных световодных индикаторах.

Составитель А. Еланцев

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Заказ 4116 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня, сОдержащее источник тока, постоянный магнит, закрепленный на поплавке, выполненном с возможностью перемещения вдоль диамагнитной направляющей, преобразователь и блок регистрации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, преобразователь выполнен в виде датчика Холла с катушкой индуктивности, в устройство введены функциональный преобразователь, соединенный с блоком

5 регистрации, и последовательно соединенные интегратор и преобразователь ток-напряжение, при этом датчик Холла включен последовательно между источником тока и интегратором, выход которого

10 соединен также с входом функционального преобразователя; а катушка индуктивности подключена также к преобразователю.токнапряжение.