Датчик уровня

 

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 первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку. Новым является выполнение диамагнитной трубки герметичной и снабженной 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.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 F 23/56

ГОСУДАРСТВЕ ННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904413/10 (22) 22.01.91 (46) 23.11,92. Бюл. N 43 (72) А.Л.Гусев, И.И,Кудрявцев, В.И,Куприянов, В.Е.Курташин и АД,Шуклин (56) Авторское свидетельство СССР

М 504934, кл. G 01 F 23/12, 1974, (54) ДАТЧИК УРОВНЯ (57) Использование: изобретение относится к области приборостроения, а именно v, уровнемерам для криогенных жидкостей, и позволяет повысить надежность и точность измерений. Датчик уровня содержит диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами и

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к уровнемерам для криогенных жидкостей, и может быть использовано в различных областях промышленности.

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. И 7П7006 Al первый кольцевой постоянный магнит, охватывающий диамагнитную трубку, Новым является выполнение диамагнитной трубки герметичной и снабженной 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 магнитоуправляемых контактов, охваченных обмоткой возбуждения, причем поплавок снабжен игольчатыми упорами, расположенными взаимно перпендикулярно в плоскостях, перпендикулярных про1777006

10

25

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 возбу>кдения; 2. низкая точность при измерении криогенных, кипящих, загазованных жидкостей, связанная с использованием поплавка, Наиболее близким техническим решением является датчик уровня жидкости, содержащий трубку с расположенными внутри нее магнитоуправлявмыми контактами, снабженными наконечниками с плоскими протяженными магнитопроводами, в центральной части которых находятся кольца для размещения в "..èõ корпусов магнитоуправляемых контактов, поплавок, Между трубой и поплавком имеется зазор. Внутрь поплавка встроен плоский магнит. В устройстве исключена неопределенность показаний при положении поплавка ме>кду дискретными точками.

Недостатками данного устройства я вляются низкая надежность работы, связанная с наличием подвижных частей, а именно поплавка, особенно при измерении уровня вязких жидкостей; неопределенность показаний при положении поплавка между дискретными точками устранязтся 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 ферромагнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогенной жидкости, внешний диаметр кольцевол теплоизоляционной 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 парамагнитного вещества оболочки, претерпевающего превращение в ферромагнитное вещество в результате фазового перехода

2-ro 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 cUQAGTB ферромагнитнь>м 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 парироеа1777006

<Я

Fm—

2,иоа Ь ния неопределенности показаний при поло>кении 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 прокладl(BMM 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 ни>ке уровня жидкости разомкнуты, так как магнитные потоки 6Q, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются ферромагнитными оболочка ли 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

4л х10 Г/м; а — длина участка перекрытия пружин, м;

Ь вЂ” ширина пружин, л;

Фз — магнитный поток в зазоре, вебер, Контакты удерживаются в разомкнутом состоянии под действием упругой силы, направленной противоположно силе магнитного притяжения:

55 где Х вЂ” величина зазора между кольцами недеформированных пружин, м;

x — рабочий зазор между пружинами при их деформировании в процессе срабатывания, м;

S — жесткость каждой пружины, Н/м .

Герметичные 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 потоки

Ф1, создаваемые кольцевыми постоянными 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

Fm = Fy, которому соответствует магнитный поток;

= р, а ь 5 (х-x) 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 = Ф п/S была меньше индукции насыщения Hs, а коэффициенты а1 и а2 в выражениях B> = Ф;/S = a> Bs и В2 = Ф2/Я = а2 Bs находились в пределах 0,75 < а < 0,9;

О,б<а2<0,75. Для избежания получения недостоверной информации вследствие теплообмена между биметаллическими кольцами 3, последние разделены между собой тонкими теплоизоляционными кольце-. выми прокладка ли 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 набегающей волны. Для избежания образования газовых карманов при повышении уровня жидкости под поверхностью, образованной отражателями 7 в верхней точ<е отрэжателей 7 выполнены отверстия. При повышении уровня жидкости последова1777006 тельно снизу вверх размыкаются контакты герконов 2. Это обьясняется следующим, Так как оболочки 5 охлаждаются ниже температуры точки Кюри, то материал иэ которого они изготовлены в результате фазового перехода 2-го рода переходит из парамагнитного состояния в ферромагнитное. Магнитные потоки 6Ъ, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 4 экранируются оболочками 5 этих постоянных магнитов, Информация о повышении уровня жидкости передается на устройство отображения информации, Теплоизоляционные прокладки 6 вместе с отражателями

7 могут выполняться из Фторопласта-3, коэффициент теплопроводности которого миниглален А =- 0,05 Вт/м I:. 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 и т.д.) эа счет отсутствия подвижных частей

5 /поплавки и т,д./, за счет высокой надежности герконов — до 10 срабатываний;

9 повысить точность измерений уровня криогенных жидкостей за счет измерения границы пар-жидкость по температуре;

10 исключить неопределенность показаний при расположении уровня жидкости между дискретными точками, в результате чего нет необходимости в магнитопроводе.

Формула изобретения

15 Датчик уровня для криогенных жидкостей, содержащий диамагнитную трубку с размещенными внутри нее магнитоуправляемыми контактами и первый кольцевой постоянный магнит. охватывающий диамаг20 нитную трубку, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и точности измерения, диамагнитная трубка выполнена герметичной и снабжена жестко закрепленными на ее поверхности по всей

25 длине теплоизоляционными кольцевыми прокладками, на которых располо>кены первый и введенные дополнительные кольцевые постоянные магниты, причем каждый иэ магнитов выполнен с оболочкой иэ ферро30 магнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения криогенной жидкости, внешний диаметр кольцевой теплоизоляционной прокладки больше диаметра кольцевого постоянного магнита, а

35 каждый магнитоуправляемый контакт расположен на одной высоте с соответствующим постоянным магнитом, 1777006

Составитель А, Гусев

Редактор М. Кузнецова Техред M,Mîðãåíòàï 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