Электромагнитный уровнемер
Использование: изобретение относится к Измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измеряемому уровню. Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня жидких сред во всех отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: устройство содержит немагнитный корпус, магнитную жидкость, кольцевой постоянный магнит, поверхность, воспринимающую давление, немагнитную трубку и преобразователь . Поверхность, воспринимающая давление, выполнена в виде сильфонной мембраны, кольцевой магнит установлен на немагнитной трубке и дополнительно установлены два электромагнита для регулирования диапазона измерений и корректировки нуля уровнемера. 1 ил.
COIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ В ДОМСТВО СССР (Г СПАТЕНТ СССР) (ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (2, ) 4871752/10 (22) 05,10,90 (4 ) 07.02.93. Бюл. ¹ 5 (75) А.Н,Карасев, С.Г.Журавлев и B.Ï.Ñâèÿзеив (5б) Берковский Б.M. и др, Магнитные жидко сти, М,; Химия, 1989, с, 213. (5 ) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УРОВНЕМЕР (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидкостей, 1пр дааление а лереиещение м гнитов, пропорциональное измеряемому уровню. Изобретение может быть использо1 I ! :! Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для иэ ерения уровня жидкостей, преобразующйх давление в перемещение магнитов, пропорциональное измеряемому уровн о. Изобретение может быть использовано для вь1сокоточного измерения уровня жидких сред в широком диапазоне во всех отраслях на одного хозяйства. Известно устройство, преобразующее да ление в перемещение магнитов, использу мое для измерения уровня жидкостей. О» о содержит герметичный корпус, полость которого разделена упругим элементом, соедИненным с постоянными магнитами, между полюсами которых расположен датчик Холла, причем магниты установлены на рамке, снабженной регулятором ее положения относительно датчика Холла. Основным недостатком этого устройства является узкий диапазон измеряемых "Ы,, 1793248 Al вано для высокоточного измерения уровня жидких сред во всех отрасллх народного хозяйства, Сущность изобретения; устройство содержит немагнитный корпус, магнитную жидкость, кольцевой постоянный магнит, поверхность, воспринимающую давление, немагнитную трубку и преобразователь. Поверхность, воспринимающая давление, выполнена в виде сильфонной мембраны, кольцевой магнит установлен на немагнитной трубке и дополнительно установлены два электромагнита для регу- лирования диапазона измерений и корректировки нуля уровнемера. 1 ил. уровней и низкая точность измерений. Это обусловлено тем, что чувствительным элементом в устройстве является упругий элемент, чувствительность которОго определяется его жесткостью, чтб не может быть скомпенсировано высокой чувствительностью датчика Холла. Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является магнитный датчик давления, преобразующий давление в перемещение магнитной жидкости и содержащий немагнитнйй корпус, кольцевой постоянный магнит, немагнитную трубку, поверхность, воспринимающую давление, магнитную жидкость и индуктивный преоб- . разователь. Это устройство имеет следующие недостатки: узкий диапазон измерения уровней, обусловленный параметрами постоянного кольцевого магнита; низкую точность изме1793248 ее вытекание. Катушка электромагнита 8 установлена на корпусе 4, а электромагнита 9 — на трубке 5 рядом с магнитом 7. Преобразователь 10 соединен с трубкой 5, а его выход — с входом измерительного блока 11. Катушки электромагнитов 8 и 9 соединены с выходами блока t1, которые обеспечивают необходимые регулируемые токи, Корпус 4 и трубка 5 изготовлены из бронзы. Корпус 4 выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром 20 мм, наружным — 23 мм и высотой 50 мм. Корпус 4 снабжен резьбовым соединением с расходной емкостью 1, Трубка 5 имеет внутренний диаметр 4 мм, наружный — 7 мм и длину 80 мм. В верхней части корпуса 4 имеется внутренний выступ, на котором через уплотнитель жестко установлен сварной сильфон 3 20 диаметром 18 мм, числом гофров 5, толщиной 0,08 мм, выполненный из плоских гофрированных кольцевых мембран из материала марки 36НХТЮ, В качестве магнитной жидкости 6 ис25 пользовалась жидкость на основе трансформаторного масла с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, с намагниченностью насыщения М, равной 50 кА!м. Магнитная жидкость за30 полняет корпус 4 и половину трубки 5 приА полном контакте с внутренней поверхностью сильфона 3. Кольцевой магнит 7 выполнен из феррита бария, имеющего напря>кенность поля в рабочей точке 150 кА/м. Наружный диаметр кольца 20 мм, внутренний — 8 мм, толщина 10 мм. Кольцевой магнит надежно вводит в насыщение магнитную жидкость 6 в трубке, 5 и исключает ее вытекание, создавая доста40 точный для этого градиент напря>кенности магнитного поля. Катушка электромагнита 8 длиной 40 мм содержит 2000 витков; а катушка электромагнита 9 длиной 10 мм содержит 1000 витков. Обе катушки намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 0,125 мм. С помощью регулировочных элементов блока 11 ток в электромагните 8 может регулироваться в пределах 0-40 мА и создавать 50 магнитное поле, направленное против поля магнитной жидкости 6. Ток в электромагните 9 может изменяться в пределах 0-25 мА и создавать поле, согласное или несогласное с магнитным полем кольцевого магрений, обусловленную отсутствием коррекции нулевого состояния устройства; позво- ляет измерять уровни только неагрессивных сред и сред, которые не смешиваются с магнитной жидкостью. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения путем исключения непосредственного контакта магнитной жидкости с контролируемой средой и регулирования объемной магнитной силы. Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном уровнемере, содержащем немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в виде магнитной жидкости, кольцевой постоянный магнит и преобразователь перемещения чувствительного элемента, согласно изобретению, корпус снабжен немагнитной сообщающейся с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перемещения магнитной жидкости, а конец со стороны корпуса схвачен постоянным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон, закрепленный в торце корпуса с возможностью взаимодействия с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй — на внешней поверхности немагнитной трубки, причем северный полюс постоянного магнита направлен в сторону свободного конца трубки, На чертеже показан уровнемер, соединенный с расходной емкостью, продольное сечение. Электромагнитный уровнемер содер- жит расходную емкость 1 с контролируемой жидкостью 2, поверхность, воспринимающую давление, в виде сильфона 3, корпус 4, трубку 5, магнитную жидкость 6, кольцевой постоянный магнит 7, катушку электромагнита 8 для регулирования диапазойа измеряемого уровня, катушку электромагнита 9 для корректировки нуля уровнемера, преобразователь 10 для преобразования измеряемого уровня в электрический сигнал, измерительный блок 11, включающий в себя элементы регулирования тока в электромаг-, нитах 8 и 9, и элементы измерения сигнала от преобразователя 10 с отображением измеряемого уровня на индикаторе и выдачей в случае необходймости сигналов управления. Магнит 7 имеет аксиальную намагниченность и установлен на трубке 5 так, что его северный полюс направлен от корпуса 4, что обеспеч йвает втягивание магнитной жидкости 6 в полость трубки 5 и исключает нита 7. Сердечниками электромагнитов 8 и 9 служит сама магнитная жидкость, В качестве преобразователя 10 используется обычный дифференциально-трансформаторный датчик. 1793248 на ринимающую поверхность сильфона 3. Под 1,. давлением, которое направлено против объго емной магнитной силы, происходит вытесий нение магнитной жидкости 6 из корпуса 4 5 в трубку 5, Микроперемещение под давлением магнитной жидкости 6 в корпусе 4 пропорционально уровню измеряемой жидкости 2 вызывает микроперемещение магнитной жидкости и в трубке 5, но в 5 раз 10 большее из-за разницы диаметров корпуса 4 и трубки 5, что обеспечивает высокую чув ствительность уровнемера, Перемещающаяся магнитная жидкость 6 в трубке 5 взаимодействует с преобразователем 10, 15 который выдает сигнал, пропорциональный измеряемому уровню в блок 11. При снижении контролируемого уровня жидкости 2 давление, воздействующее на магнитную жидкость 6, уменьшается и под 20 действием выталкивающей объемной магнитной силы магнитная жидкость 6 из полости трубки 5 перемещается в полость корпуса 4 и преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответству25 ющий новому более низкому уровню жидкости 2. Из выражения (3) видно. что верхний предел измеряемого уровня определяется величиной градиента- напряженности маг30 нитного поля. Например, при отсутствии поля электромагнита 8 предел измеряемого уровня определяется полем кольцевого магнита 7, которое обеспечивает в магнитной жидкости V H, равный 2.10 А/м, поэтому 35 согласно выражению (3) о6 h,P =pgh, Л Р = р, М Ч К. (3) 40 50 Предлагаемый уровнемер реагирует менение уровня в расходной емкости . на перепад давлений. Из основно авнения гидростатики перепад давлен ределяется по ф-ле r е Л Р вЂ” перепад давлений в точке жидкос и на глубине h; ,о 9 — сила тяжести жидкости. Магнитная жидкость отличается от о ычных жидкостей наличием объемной м гнитной силыp< M V Н, поэтому выражен е (1) для нашего случая имеет следующий ! в д: ЛР =pgh+p М VH, (2) где p<> — магнитная проницаемость вакуума; М вЂ” намагниченность магнитной жидкост и; V H — градиент напряженности магнитн го поля в жидкости. Учитывая, что обьемная магнитная сила зЙ ачительно превосходит силу тяжести иси льзуемого объема магнитной жидкости, то,ее значением можно пренебречь, а выражение (2) при этом будет иметь вид: Из этого выражения видно, что, изменяя градиент напряженности магнитного поля, можно в широких пределах изменять дь апазон измеряемого уровня контролируеь ой жидкости 2 в емкости 1. Предлагаемый электромагнитный уровне мер работает следующим образом, При отсутствии жидкости 2 в емкости 1 отсутствует и давление на магнитную жидкость 6 через поверхность сильфона 3, котора надежно удерживается магнитом 7 в трубке 5 на нулевом уровне. В этом случае преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответствующий нулевому уровню жидкости 2. Если же по ка им-то причинам преобразователь выдает сигнал наличия уровня жидкости 2 в пустои емкости 1, то с помощью регулирующего L эл мента блока 11 изменяют ток, а если нербходимо, и его направление в электромагните 9 и осуществляют корректировку нуля микроперемещением магнитной жидкости 6 в трубке 5, взаимодействующей с преобразователем 10. При заполнении емкости 1 жидкостью 2 образуется перепад давлений, воздействующий на магнитную жидкость 6 через воспЛ Р = 1,26 10 .50 10 2.10 = 1,26.10 Па. Так как 10 Па примерно равно давлению в 1 атм., то для воды верхний предел измеряемого уровня равен 12,6 м. Увеличивая напряженность магнитного поля электромагнита 8, можно снижать значения градиента магнитной напряженности и регулировать верхний предел измерения уровня в сторону его уменьшения. Так как объем магнитной жидкости 6 в корпусе 4 в 30 раз превышает объем жидкости в полости трубки 5, то для обеспечения одинаковой выталкивающей объемной магнитной силы в жидкости G корпуса 4 достаточно получить градиент напряженности магнитного поля, в 30 раз меньший, чем в полости трубки 5. Поэтому используемый диапазон регулирования тока в электромагните 8 обеспечивает широкий диапазон измеряемых уровней — от 10 см до 12,G м, Причем нижняя граница диапазона измере1793248 8 нитной жидкостью 6 позволяет дополнительно повысить точность измерений, так как он обладает линейной ynpyroA характеристикой, Все это говорит о достижении цели изобретения с большим положительным эффектом. Формула изобретения Составитель А. Карасев Техред M.Mîðãåíòàë Редактор С. Кулакова Корректор М. Самборская Заказ 495 .: Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарйна, 101 7 ний достигается при токе 38 мА в электромагните 8, т,е. не на предельном токе. Точность измерений верхних уровней во всем диапазоне не ниже + 0,5 g;, что в 2-4 раза выше; чем у известных, широко 5 используемых уровнемеров. Установка в качестве воспринимающей поверхности сильфона 3 в контакте с магЭлектромагнитный уровнемер, содержащий немагнитный корпус с чувствительйым элементом внутри него в виде магнитной жйдкости, кольцевой постоян ный магнит и преобразователь перемещения чувствительного элемента, о т л и ч ç Io шийся тем, Что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, корпус снабжен немагнитной сообщающейся с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перемещения магнитной жидкости, а конец со, стороны корпуса охвачен постоянным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон, закрепленный в торце корпуса с воэможностью взаимодействия с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй — на внешней поверхности немагнитной трубки, : причем северный полюс постоянного магнита направлен в сторону свободного конца трубки.
