Сигнализатор уровня жидкости

 

Использование: изобретение может быть использовано в машиностроении для автоматизации технологических процессов измерением уровня жидкости или контролем ее расхода. Сущность изобретения: датчик содержит поплавок с отверстием, смещенным относительно центра массы, а элемент механической связи выполнен в виде горизонтально установленной на определенном уровне оси, сопрягаемой с отверстием поплавка. С целью увеличения крутящего момента поплавка и использования его в качестве приводного элемента исполнительного механизма асимметричная относительно оси вращения часть поплавка с большей массой сопрягается с упором, удерживающим поплавок от вращения в сторону этой части попл авка. 6 ил.

(я)5 6 01 F 23/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5018975/10 (22) 27.12.91 (46) 07,09.93. Бюл.N. 33 — 36 (76) Каргаев Л,А, (54) СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (57) Использование: изобретение может быть использовано о машиностроении для автоматизации технологических процессов измерением уровня жидкости или контролем ее расхода, Сущность изобретения: датчик содержит поплавок с отверстием, Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для измерения уровня жидкости или ее расхода.

Известны поплавковые датчики (см.Агейкин Д.И. Датчики контроля и регулирования, справочные материалы. 2-ое переработанное и дополненное издание. М.:

Машиностроение, 1965, с.386-389. фиг.Ш.65 — Ш.68), состоящие иэ поплавка, воспринимающего изменение уровня жидкости, преобразователя перемещения поплавка в выходной сигнал, выполненного в виде датчика перемещения любой системы (механической, электромагнитной и т.д.) и элементов механической связи поплавка, Основной недостаток указанных поплавковых датчиков - строгая зависимость изменения положения поплавка от скорости изменения уровня жидкости, что не позволяет осуществить при малых скоростях подъема уровня жидкости мгновенное воздействие поплавка на преобразователь его перемещения. Такое замедленное воздей. RU, 2000552 С смещенным относительно центра массы, а элемент механической связи выполнен в виде горизонтально установленной на определенном уровне оси, сопрягаемой с отверстием поплавка. С целью увеличения .крутящего момента поплавка и использования его в качестве приводного элемента исполнительного механизма асимметричная относительно оси вращения часть поплавка с большей массой сопрягается с упором, удерживающи л поплавок от вращения в сторону этой части поплавка. 6 ил. ствие поплавка на преобразователь, выполненный, например, в виде контактного датчика, может вызвать коммутацию о контактном соединении и обгорание контактов. Б случае выполнения преобразователя о виде эолотниковой системы замедленное перемещение поплавка исключает возможность мгновенного переключения золотника, управляющего подачей жидкости о системе.

Известен поплавковый датчик в устройстве для измерения уровня жидкости (см.авт.св.М 559122, кл. G 01 F 23/10). в котором поплавок подвешен эксцентрично на оси, закрепленной в полом корпусе внутри емкости, охватывающей поплавок, В оерхней части поплавка расположен преобразователь перемещения поплавка в аиде электрического контакта с электропрооодной жидкостью внутри поплавка, а в качестве элемента механической св зи поплавка с преобразователем служит сис гема поплавок — электропроводная жидкость.

2000552

20

40

50

55 меняющие положение относительно друг друга при повороте поплавка.

Основным недостатком данного устройства является низкая надежность работы, связанная с тем, что поплавок совершает медленный плавный поворот, пропорциональный степени погружения его в жидкость, что неизбежно приводит к коммутации в зоне контактов электродов с электропроводной жидкостью, и к испарению этой жидкости. Кроме того, устройство очень сложно по конструкции, устройство для измерения уровня жидкости по а.с.N 559122 является ближайшим прототипом, Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы.

Цель достигается тем, что в поплавковом датчике, состоящем из поплавка с эксцентричной осью вращения, преобразователя перемещения поплавка в выходной сигнал и элемента механической связи поплавка с преобразователем, асимметричные части поплавка выполнены с возможностью полного погружения одной из них и пересечения эоны неустойчивого равновесия поплавка снизу от оси вращения. и выталкивающий момент, действующий на эту часть после прохождения зоны, превосходит (с последующим нарастанием) суммарный момент. создаваемый весом непогруженной части поплавка и выталкивающей силы, действующей на противоположную асимметричную часть поплавка, а элемент механической связи выполнен в виде установленной непосредственно в емкость оси, связанной соосно с осью поплавка.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого поплавкового датчика в момент, когда поступающая в емкость жидкость касается нижнего края свободно висящего на оси поплавка (уровень 01-01), на фиг,2 — тот же поплавковый датчик в момент достижения жидкостью установленного уровня (Oz—

02), при котором происходит резкое изменение ("кувырок") положения поплавка; на фиг.3 и 4 — поплавковые датчики с различными конфигурациями поплавков, например, в виде параллелепипеда (фиг.3) или в виде круга с различной толщиной (t>— незаштрихованной части и tp — заштрихованной части сечения круга), Возможны любые другие варианты поплавков.

На фиг.5 изображен поплавковый датчик, у которого асимметричная относительно оси вращения часть поплавка с наибольшей массой сопрягается с упором.

На фиг.б — тот же поплавковый датчик в момент достижения уровня жидкости О 02. при котором осуществляется "кувырок" поплавка. При этом, во всех представленных на фиг,1-6 поплавковых датчиках не изображены преобразователи перемещения поплавка в выходной сигнал, которые выбираются в зависимости от требований из числа известных датчиков перемещения различных систем.

Поплавковый датчик состоит иэ поплавка 1, снабженного отверстием 2, горизонтально установленного на определенном уровне емкости 3. оси 4, сопрягаемой с отверстием 2 поплавка преобразователя перемещения поплавка 1 в выходной сигнал (на фигурах не показан) в виде известных датчиков.

Поплавок 1 установлен на оси 2 неподвижно (с возможностью вращения поплавка вместе с осью 2) или подвижно (с возможностью вращения относительно оси 2, которая в этом случае может быть установлена в корпусе 3 подвижно или неподвижно). . Ось отверстия 2, являющаяся осью вращения поплавка 1, смещена относительно центра массы поплавка и относительно любой плоскости симметрии. При таком смещении оси свободно висящий поплавок 1 располагается относительно вертикальной плоскости 1-1, проходящей через ось отверстия 2, таким образом, что массы (обьемы) левой и правой частей поплавка от плоскости 1 — 1 не равны между собой.

Поплавок 1 может быть иметь любую конструкцию, в том числе с ясно выраженными плоскостями симметрии (см.фиг,3, где поплавок выполнен в виде параллелепипеда и имеет две плоскости симметрии или фиг.4 — поплавок в виде круга разной толщины — одна плоскость симметрии). Путем смещения оси вращения от центра масс и любой возможной плоскости симметрии добиваются того, что массы (объемы) этих симметричных поплавков, свободно подвешенных на оси 4 относительно плоскости 1-1, остаются не равными при любом положении поплавка. Для этого необходимо, чтобы смещенное от центра массы отверстие 2 не проходило через плоскость симметрии поплавка, В связи с этим поплавок 1 в виде круга (фиг.4) выполнен по толщине ступенчатым (одна часть толщиной t>, а другая — ty), т.к. при одинаковой толщине невозможно разместить отверстие 2 вне какой-либо плоскости симметрии.

На фиг.5 свободное свисание поплавка

1 ограничено упором 5, удерживающим асимметричную относительно оси вращения часть поплавка с большей массой (o6b2000552

10

20

Ю

55 емом) от вращения в сторону этой части поплавка, Упор 5 может быть выполнен в виде выступа (как показано на фиг,5 и 6) или в качестве упора может быть использована стенка емкости 3 за счет размещения оси вращения поплавка ближе к стенке емкости, Поплавковый датчик работает следующим образом.

В свободном состоянии, когда поплавок не касается жидкости, например, при сливе ее из емкости 3 или. наоборот, в процессе неполного еще заполнения емкости одна часть (левая) на представленных фигурах !в

4 поплавка 1 относительно плоскости 1 превосходит другую (правую) часть по массе (объему). Это положение поплавка 1 определяет и соответственно угловое положение оси 4, связанной с выбранным каким-либо преобразователем перемещения поплавка в выходной сигнал. Это положение соответствует сигналу датчика на открытие клапана для подачи жидкости в емкости 3.

По достижении уровня 01-01 на поплавок 1 начинает воздействовать выталкивающая сила, которая поворачивает поплавок (по часовой стрелке в представленных фиг.! — 4), утапливая в жидкость правую часть поплавка..При этом, поскольку выталкивающая сила, действующая на левую часть поплавка, больше выталкивающей силы, действующей на правую часть поплавка, то поплавок продолжает поворачиваться по часовой стрелке. пересекая снизу от оси вращения зону неустойчивого равновесия поплавка(плоскость 1). В момент прохождения правой части поплавка через плоскость

1 исчезает противомомент, действующий на правую часть поплавка, и поплавок резко поворачивается, ускоряясь за счет смены направления момента, действующего на правую часть поплавка (которая возрастает по мере удаления правой части влево от плоскости 1-1), В ытал кивающий момент, действующий на асимметричную правую часть поплавка, превосходит суммарный момент, создаваемый весом непогруженной части поплавка и выталкивающей силы, действующей на противоположную (левую) асимметричную часть поплавка. В результате этого левая часть поплавка быстро отрывается от жидкости и пересекает плоскость

1-1, создавая дополнительно момент. но уже от собственного веса. Таким образом, по достижении жидкостью уровня 02-02, поплавок резко поворачивается и занимает новое положение (см,фиг,2, на фиг.3 и 4— новое положение обозначено пунктиром).

Поплавок поворачивается на 180, при этом вторая половина поворота осуществляется мгновенно, "кувырком".

Связанная с поплавком 1 ось 4 также резко поворачивается и занимает новое положение(180 от исходного), мгновенно воздействуя на элементы преобразователя (например, замыкая или размыкая контакты).

Поворотом на 180 поплавок 1 обеспечивает открытие клапаны для слива жидкости и закрытие впускного клапана. В процессе слива жидкости из емкости 3 поплавок 1 продолжает поворачиваться в том же направлении до исходного положения, И так поплавковый датчик обеспечивает порциальный выпуск жидкости в заданном объеме. При этом на каждой порции выпускаемой жидкости поплавок датчика совершает очередной поворот на 360, что позволяет испольэовать данный поплавковый датчик как счетчик расхода жидкости, Исключение влияния скоростного напора жидкости, наличия взвесей в жидкости позволяет, используя эффект мгновенного срабатывания, обеспечить высокую точность дозирования жидкости.

В представленном на фиг.5 и б поплавковом датчике с упором 5, в отличие от поплавковых датчиков на фиг.1 — 4, поплавок 1 удерживается в исходном положении, определяемом упором 5, до тех пор. пока на левую (с меньшей массой) часть поплавка начнет действовать выталкивающая сила, поворачивающая поплавок по часовой стрелке к положению неустойчивого равновесия (плоскость 1). В этом случае зону неустойчивого равновесия проходит под осью вращения асимметричная часть с большей массой (объемом). B при достижении жидкостью уровня 02-Ор на поплавок действует выталкивающая сила. равная весу вытесненной жидкости в объеме почти всего поплавка, и в этом момент происходит

"кувырок" поплавка от положения неустойчивого равновесия с большим и нарастающим крутящим моментом.

Связанная с поплавком ось 4 или непосредственно сам поплавок могут в данном случае использоваться уже и в качестве привода для какого-либо исполнительного механизма без использования каких-либо электрических или механических усилителей, Например. ось 4 может быть выполнена заодно с золотником, при повороте которой может осуществляться переключение подачи жидкости в емкость.

По истечении жидкости из емкости 3 поплавок 1 под действием его неуравновешенных частей поворачивается уже в обрат2000552 ном направлении в исходное положение до касания с упором 5. При этом при прохождении асимметричной части поплавка с большей массой через плоскость 1 — 1 во всех случаях (в т.ч. на фиг.1-4) поплавок отрывается от жидкости и под действием момента от веса левой части поплавка быстро поворачивается до касания с упором 5.

Таким образом, поплавковый датчик, представленный на фиг,5 и 6, совершает за цикл поворот свыше 90 и обратно. В этом случае для счета количества циклов можно воспользоваться, например, счетом количества замыканий в электрической цепи.

Таким образом, предложенная конструкция поплавковых датчиков обеспечивает мгновенность срабатывания и расширяет значительно технологические возможности для использования их в различных системах управления процессами, увеличивает надежность работы и упрощает конструкцию

5 датчиков.

Формула изобретения

Сигнализатор уровня жидкости, содержащий поплавок с эксцентрично установленной осью вращения, преобразователь

10 перемещения поплавка в выходной сигнал и элемент связи поплавка с преобразователем, отличающийся тем, что поплавок выполнен из двух асимметричных частей с разными значениями выталкивающей силы, 15 а элемент связи поплавка с преобразователем перемещения выполнен в виде оси, связанной с осью вращения поплавка.

2000552

Составитель Л. Каргаев

Техред M.Моргентал Корректор Н, Милюкова

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск Роспатента

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

Заказ 3076

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