Устройство для контроля изменения уровня жидкости в резервуаре

 

Устройство используется в измерительной технике. Устройство содержит резервуар, вертикально установленную в нем диэлектрическую плату из немагнитного материала с рядом размещенных на ней с постоянным шагом L магниточувствительных микросхем, соединенных со средствами обработки информации и индикации их состояния. Плата помещена в жидкостно-непроницаемую и проницаемую для магнитного поля оболочку. Устройство содержит выполненный из немагнитного материала поплавок с расположенными в верхнем и нижнем концах постоянными магнитами, ширина зоны воздействия одного из которых на чувствительные элементы магнитосхем составляет 1,25 L, а другого - 0,75 L при ширине зазора между зонами воздействия 1,5 L. Повышена точность контроля измерения уровня жидкости в резервуаре. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для контроля изменения уровня жидкости в резервуарах.

В литературе [1] приведен обзор методов и устройств, предназначенных как для измерения крайних (фиксированных) уровней жидкости в резервуарах, так и для контроля изменения уровня жидкости, например, заливаемой в резервуар или расходуемой в процессе ее потребления.

Так, описано устройство [2] , состоящее из резервуара, заполняемого жидкостью, и составного электрического зонда, образованного парой цилиндрических электродов. Одним из электродов может служить стенка резервуара, другой же помещают в жидкость, заливаемую в резервуар. При непрерывном измерении подвижный зонд размещают в резервуаре вертикально, при этом длина его охватывает весь диапазон изменений уровня. Амплитуда изменения циркулирующего электрического тока пропорциональна длине погруженной в жидкость части подвижного электрода, а величина его зависит от электропроводности жидкости. Для измерения предельных значений уровня подвижный зонд помещают горизонтально на соответствующем уровне в резервуаре - электроде. Появление электрического тока постоянной амплитуды фиксирует достижение жидкостью указанного уровня.

Недостатком устройства является возможность его применения только для электропроводящих жидкостей, не корродирующих электроды и не содержащих эмульсий или суспензий, например масел.

Также известно устройство, основанное на использовании тензорезистивных интегральных датчиков давления [3]. В этом устройстве давление на дне резервуара, пропорциональное уровню жидкости, передается на тензорезистивный датчик через изолирующую мембрану по капиллярной трубке, заполненной силиконовым маслом. Через вторую капиллярную трубку передается атмосферное давление. Трубки и изолирующие мембраны конструктивно размещены в измерительном зонде, который устанавливается в мерные отверстия в стенке резервуара. Аналоговые сигналы с выходов датчиков давления поступают на сумматор - масштабный усилитель, затем преобразуются в цифровую форму и отображаются на цифровом табло.

Недостаток устройства - зависимость результата измерений от удельного веса жидкости и ее температуры.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство [4], также относящееся к группе устройств, работающих по гидростатическому принципу, и содержащее резервуар, вертикально установленную в нем диэлектрическую плату из немагнитного материала с рядом размещенных на ней с постоянным шагом магниточувствительных микросхем (магнитосхем), соединенных со средствами обработки информации и индикации их состояния. Плата помещена в жидкостно-непроницаемую и проницаемую для магнитного поля оболочку. В резервуар помещен выполненный из немагнитного материала поплавок, имеющий возможность перемещения с постоянным зазором относительно платы. На поплавке закреплен постоянный магнит, обращенный к плате.

При изменении положения поплавка в резервуаре и, следовательно, уровня жидкости в нем, магниточувствительные элементы магнитосхем попадают в магнитное поле магнита поплавка и происходит их поочередное срабатывание.

Устройство - прототип имеет недостатки, главный из которых заключается в том, что точность измерений зависит от шага расположения магнитосхем на плате. Снижение же погрешности измерений требует уменьшения шага расположения магнитосхем за счет увеличения их числа и, следовательно, приводит к усложнению конструкции устройства и его удорожанию.

Следовательно, задачей изобретения является повышение точности контроля изменения уровня жидкости в резервуаре.

Эта задача решена тем, что в устройстве для контроля изменения уровня жидкости в резервуаре, включающем вертикально установленную в нем диэлектрическую плату из немагнитного материала с рядом размещенных на ней с постоянным шагом L магнитосхем, соединенных со средствами обработки информации и индикации их состояния, причем плата помещена в жидкостно-непроницаемую и проницаемую для магнитного поля оболочку, и выполненный из немагнитного материала поплавок, имеющий возможность перемещения с постоянным зазором относительно платы, с закрепленным на нем постоянным магнитом, обращенным к плате, на поплавке имеется второй обращенный к плате постоянный магнит, причем магниты расположены на верхнем и нижнем концах поплавка, при этом один из магнитов имеет ширину зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равную 1,25L, другой - 0,75L при зазоре между зонами воздействия, равном 1,5L.

Существует возможность расположения на верхнем конце поплавка первого либо второго постоянного магнита.

Таким образом, общим для заявленного устройства и прототипа является наличие следующих признаков: наличие резервуара; вертикальная установка в нем диэлектрической платы из немагнитного материала; наличие на плате ряда магнитосхем, размещенных на ней с постоянным шагом L; соединение магнитосхем со средствами обработки информации и индикации их состояния; помещение платы в жидкостнонепроницаемую и проницаемую для магнитного поля оболочку; наличие поплавка, выполненного из немагнитного материала; на поплавке закреплен постоянный магнит; постоянный магнит обращен к плате.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются следующие: а) на поплавке имеется второй постоянный магнит;
б) второй постоянный магнит также обращен к плате;
в) магниты расположены на верхнем и нижнем концах поплавка;
г) один из магнитов имеет ширину зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равную 1,25L;
д) другой из магнитов имеет ширину зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равную 0,75L;
е) зазор между зонами воздействия магнитов на чувствительные элементы магнитосхем составляет 1,5L;
ж) существует возможность расположения на верхнем конце поплавка первого либо второго постоянного магнита.

Отличительные признаки а) - е) характеризуют заявляемое устройство во всех случаях, признак ж) - по выбору.

Общая совокупность всех ограничительных и отличительных признаков обеспечивает повышение чувствительности контроля изменения уровня жидкости в резервуаре.

Заявляемое устройство представлено на чертежах, фиг. 1-6, где:
на фиг. 1 показано устройство в статике;
на фиг. 2 - блок-схема устройства в части, относящейся к обработке информации и индикации уровня жидкости;
на фиг. 3-6 иллюстрируется работа заявляемого устройства.

Устройство (фиг. 1) включает резервуар 1, в котором вертикально установлена диэлектрическая плата 2 из немагнитного материала. В нижней части резервуара 1 в исходном положении находится поплавок 3 со встроенными в него верхним 4 и нижним 5 постоянными магнитами. Поплавок 3 расположен с зазором 6 относительно платы 1, который в дальнейшем сохраняется постоянным. Магниты 4 и 5 обращены в сторону магниточувствительных микросхем 7 с чувствительными элементами (датчиками Холла) 8 на плате 2. Расстояние между магнитосхемами 7 на плате 1 одинаково и составляет L. Магниты 4 и 5 имеют ширину зон воздействия на чувствительные элементы 8 магнитосхем 7, составляющую соответственно 1,25L и 0,75L или наоборот. Зазор между зонами воздействия магнитов 4 и 5 на чувствительные элементы 8 магнитосхем 7 составляет 1,5L. Плата 2 с магнитосхемами 7 помещена в оболочку 9 из жидкостнонепроницаемого и проницаемого для магнитного поля материала.

Средства для обработки информации и индикации уровня жидкости показаны на блок-схеме (фиг. 2). Здесь:
10 - блок обработки информации (БОИ),
11 - блок управления (БУ),
12 - цифровой блок индикации (ЦБИ).

Работа устройства проиллюстрирована чертежами, фиг. 3-6.

Рассмотрим ее на примере варианта, в котором верхний магнит 4 имеет ширину зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равную 1,25L (в плане работы устройства оба варианта равноценны).

Жидкость (например, жидкое топливо) заливают в резервуар 1 до уровня, обеспечивающего захват магнитным полем магнита 4 чувствительных элементов 8 магнитосхем 1' и 2' на 0,25L выше чувствительного элемента 8 магнитосхемы 1' (фиг. 3).

При зазоре между магнитными полями постоянных магнитов 4 и 5, равном 1,5L, магнитное поле магнита 5 шириной 0,75L перекрывает только чувствительный элемент магнитосхемы 4'. При этом происходит срабатывание магнитосхем 1', 2' и 4', информация об этом в виде сигнала лог. "0" поступает в блок обработки информации (БОИ) 10, построенного, например, на основе микроЭВМ К1830ВЕ31. Сформированная информация передается по двухпроводной линии связи на блок управления (БУ) 11. Последний выводит полученную информацию на цифровой четырехразрядный блок индикации (ЦБИ) 12. Таким образом, отображение на ЦБИ 12 информации об изменении состояния магнитосхем 1', 2' и 4' свидетельствует об исходном уровне жидкости в резервуаре 1.

При расходовании (или утечке) жидкого топлива происходит снижение его уровня в резервуаре 1. Как только уровень понизится на величину, составляющую 0,25L (фиг. 4), чувствительный элемент 8 магнитосхемы 1' выходит из зоны воздействия магнита 4, а чувствительный элемент 8 магнитосхемы 4' все еще остается в зоне воздействия магнитного поля магнита 5. При этом на ЦБИ 12 отображается другая комбинация сигналов лог. "0", а именно соответствующая состоянию лог. "0 на магнитосхемах 2' и 4', что свидетельствует о понижении уровня жидкости топлива на 0,25L.

При последующем понижении уровня жидкости топлива еще на 0,25L (фиг. 5) в зоне воздействия магнитного поля магнита 4 оказывается чувствительный элемент магнитосхемы 2', и она срабатывает. Магнитное поле магнита 5 не захватывает ни одной магнитосхемы. Таким образом, появление информации на ЦБИ 12, соответствующей состоянию лог. "0" на магнитосхеме 2', свидетельствует о понижении уровня жидкого топлива на общую величину 0,5L.

При дальнейшем понижении уровня жидкого топлива на 0,25L (фиг. 6) в зоне воздействия магнитного поля магнита 4 по-прежнему находится чувствительный элемент 8 магнитосхемы 2', а в зону воздействия магнита 5 входит уже чувствительный элемент 8 магнитосхемы 5'. Комбинация лог. "0", формируемая магнитосхемами 1', 5' на ЦБИ 12, свидетельствует о понижении уровня жидкого топлива на общую величину 0,75L. И т.д. Следовательно, отображение на ЦБИ 12 состояния определенных магнитосхем соответствует определенному уровню, кратному 0,25L.

Таким образом, если в устройстве - прототипе точность контроля изменения уровня жидкости ограничивается величиной L, т.е. расстоянием между соседними магнитосхемами 7 на плате 2, то в заявляемом устройстве точность контроля составляет 0,25L, т.е. повышается в 4 раза. Как видно из изложенного выше, это повышение точности достигается за счет введения дополнительного магнита 5 на поплавке 3 и выбора величины зон воздействия магнитного поля магнитов 4 и 5 на чувствительные элементы магнитосхем 7.

Источники информации
1. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем. В двух книгах. Книга 2. Пер. с фр./Под ред. А.С. Обухова. - М.: Мир, 1992, с. 162-167.

2. Там же, с. 165.

3. Тезисы докладов I Межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". - М.: РГОТУПС, 1996, ч. 3, с. 11.

4. Там же, с. 12-14.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля изменения уровня жидкости в резервуаре, включающее вертикально установленную в нем диэлектрическую плату из немагнитного материала с рядом размещенных на ней с постоянным шагом L магниточувствительных микросхем, соединенных со средствами обработки информации и индикации их состояния, причем плата помещена в жидкостно-непроницаемую и проницаемую для магнитного поля оболочку, и выполненный из немагнитного материала поплавок, имеющий возможность перемещения с постоянным зазором относительно платы, с закрепленным на нем постоянным магнитом, обращенным к плате, отличающееся тем, что на поплавке имеется второй обращенный к плате магнит, причем магниты расположены на верхнем и нижнем концах поплавка, при этом один из магнитов имеет ширину зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равную 1,25L, другой - 0,75L при зазоре между зонами воздействия 1,5L.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхнем конце поплавка расположен магнит с шириной зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равной 1,25L.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхнем конце поплавка расположен магнит с шириной зоны воздействия на чувствительные элементы магнитосхем, равной 0,75L.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3