Поплавковый уровнемер

 

Союз Советсинк

Социалистических

Республик

O rl И С А И И Е щ916994

ИЗОБРЕТЕНИЯ к гатеэекомь сеиднильсавм (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 14. 02. 80 (21) 2883418/18-10 (51}N. Кл.

6 01 F 23/10 с присоединением заявки М

9мударст«е««ы11 квн«тат

CCCP

ll4 делан «твбретен«й к открыт«« (23) Приоритет

Опубликовано 30. 03. 82. Бюллетень М 12 (5З) gpss, 681. 128. . Э(088. 8), Дата опубликования описания 30. 03. 82 (72) Авторы изобретения

Г.И. Африкантов, А.А. Баженов, А. Х. Гойфман, JI. Н. Кут ьин и В. А. Макаров (11) Заявитель

1

II ь

I (5 4 ) ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕИЕР. Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровйя и может найти применение при измерении уровня жидкостей, находящихся в герметичных сосудах при высоких температурах и давлениях.

Известен поплавковый уровнемер, содержащий чехловую трубу, выполненную из немагнитного материала, неподвижно установленный относительно чехловой трубы соленоид, поплавок, сигнальную катушку и регистрирующее устройство 1).

Недостатком данного уровнемера является ограниченный диапазон измерения уровня (не более габарита сигнальной катушки), пониженная чувствительность и связанная с этим повышенная погрешность, что определя" ется значительным весом поплавка, вызывающим повышенную инерционность системы.

Наиболее близким к предлагаемому является поплавковый уровнемер для жидкости, содержащий трубу, чувствительный элемент, выполненный в виде замкнутой оболочки, соединенной

5 тягой с якорем из магнитного материала, дифференциальный трансформатор, включающий в себя первичную и вторичные обмотки с равным числом витков, !

О включенных встречно, который может реагировать на положение якоря и перемещаться вдоль чехловой трубы с помощью сервопривода, получающего сигнал с дифференциального трансфор1$ матора через усилитель. Уровнемер имеет две катушки, неподвижно соединенные с дифференциальным трансформагором и расположенные на равном расстоянии от него, с цепями управления, содержащими три усилителя, три реле и источники переменного и постоян" ного тока Г23.

Недостатками данного уровнемера являются сложность конструкции и

И 6994 трудность, а в ряде случаев и невозможность изготовления замкнутой оболочки при сохранении положительной плавучести чувствительного элемента.

Сложность поплавкового уровнемера снижает надвкность и точность его, что также является недостатком данного устройства.

Цель изобретения — упрощение кон" струкции и изготовления, повьппение точности и обеспечение возможности использования при высоких давлениях и температурах.

Указанная цель достигается тем, что в уровнемере, содержащем чехло- 1к вую трубу, чувствительный элемент, выполненный в виде оболочки, соединенной тягой с якорем из магнитного материала, дифференциальный транс форматор, включающий в себя первичную и вторичные обмотки, включенные встречно, сервопривод, перемещающий трансформатор вдоль чехловой тру" бы и соединенный через усилитель с выходом дифференциального трансформатора, и средство управления, содержащее источник вспомогательного напряжения, чувствительйый элемент выполнен с отрицательной плавуче" стью число витков верхней вторичЭ

ЗФ ной обмотки больше числа витков нижней вторичной обмотки, а в цепи первичной обмотки дифференциального трансформатора через другой усилитель и дроссель включен датчик температуры, установленный в объекте контроля. "

Кроме того, с целью упрощения обслуживания и обеспечения автоматического включения в работу после аварийного отключения при временном обесточивании, средство управления дополнительно содержит пороговое устройство, вход которого через трансформатор включен в цепь первичной обмотки дифференциального трансформа- 45 тора, а выход соединен с обмоткой реле, контакты которого включены в цепь вторичных обмоток дифференциального трансформатора.

На чертеже представлена схема 50 предлагаемого уровнемера, Уровнемер содержит чехловую трубу 1, выполненную из немагнитного материала, чувствительный элемент с отрицательной плавучестью, состоящий из замкнутой сферической оболочки 2, тяги 3 и якоря 4 из магнитного материала, дифференциальный трансформа."тор 5, включающий в себя первичную обмотку 6 и вторичную обмотку, сос тоящую из двух катушек 7 и 8, причем число витков верхней катушки 8 больше числа витков нижней катушки 7, который может перемещаться вдоль чехловой трубы 1 с помощью электродвигателя сервопривода 9, получающего управляющее напряжение с вторичных обмоток дифференциального трансформатора 5 через усилитель 10. Электродвигатель сервопривода 9 содержит обмотку 11 управления и сетевую обмотку 12. В цепи входа дифференциального трансформатора 5 установлен амперметр 13. К входу дифференциального трансформатора 5 подключен регулируемый трансформатор 14, предназначенный для первичной регулировки прибора и уменьшения погрешности измерения при изменении плотности жидкости в процессе измерения уровня путем изменения тока первичной обмотки 6 но показаниям амперметра

13 с использованием тарировочной кривой, устанавливающей зависимость величины тока в первичной обмотке 6 от плотности жидкости. Средство управления содержит переключатель 15 с тремя положениями. Когда переключатель 15 находится в первом положении, цепь 16 источника вспомогательного напряжения замкнута на вход усилителя 10, а цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 разомкнута. Когда переключатель 15 находится во втором положении, вторичная обмотка дифференциального трансформатора 5 подключена на вход усилителя 10, а цепь источника вспомогательного напряжения 16 разомкнута. Если переключатель находится в третьем положении цепи вторичной

ОбмОтки дифференциального трансформатора 5 и источника 16 вспомогательного напряжения разомкнуты (фиг. 1), Источник 16 вспомогательного напряжения предназначен для подачи управляющего напряжения на обмотку 11 управления через усилитель 10 при разомкнутой цепи вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 и замкнутой цепи источника 16 вспомогательного напряжения с целью перемещения дифференциального трансформатора 5 вниз,.что обеспечивается выбором фазы вспомогательного напряже-! ния при первичной регулировке (наладке) уровнемера. Переключение пе10

55

5 916 реключателя 15 выполняется операто" ром вручную.

Кроме, того, средство управления содержит установленный в цепи входа дифференциального трансформатора 5 . трансформатор 17,,выход которого через пороговое устройство 18, содержащее пороговый элемент и усилитель, подключен к обмотке реле 19, контакты которого, замыкая цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5 на вход усилителя 10, размыкает цепь источника 16 вспомогательного напряжения и наоборот.

Трансформатор 17 и пороговое устройство 18 предназначены для управления работой реле 19, при переключении контактов которого на обмотку

11 управления через усилитель 10 может подаваться напрякение с вторичной обмотки дифференциального трансФорматора 5 или с источника 16 вспомогательного напряжения. Пороговое устройство 18 может срабатывать только при максимальном напряжении вторичной обмотки трансформатора 17, в котором максимальное напряжение воз-. никает тогда, когда в цепи первичной обмотки 6 течет максимальный ток, что имеет место при отсутствии якоря

4 в зоне первичной обмотки 6.

Б жидкости установлен датчик 20 температуры (термопара или термометр сопротивления), выход которого через усилитель 21 соединен с управляющей обмоткой 22 дросселя управления 23, обмотка управления 24 которого включена в .цепь входа первичной обмотки 6 дифференциального трансформатора 5. Это дает возможность проводить автоматически коррекцию показаний уровнемера при изменении плотности жидкости в процессе измерения уровня жидкости путем соответствующей коррекции тока в первичной обмотке

6 с целью повышения точности изме-. рения уровня.

Обмотка 24 управления дросселя

23 и первичная обмотка .трансформатора 17 могут быть объединены в одну обмотку.

К выходу дифференциального транс" форматора 5 подключен вольтметр, что позволяет контролировать напржкение разбаланса обмоток 7 и 8, Положение дифференциального трансформатора 5 относительно чехловой трубы 1 является выходным сигналом, опоеделяюц|им уровень жидкости в со994 6 суде, и фиксируется непосредственно или косвенно известными средствами.

Уровнемер работает следующим об5 .разом. Когда прибор обесточен выключен чувствительный элемент занимает крайнее нижнее положение независимо от уровня жидкости в сосуде, так как чувствительный элемент имеет отрицательную плавучесть в жидкости. В то же время дифференциальный трансформатор 5 может занимать какое-то промежуточное положение по высоте трубы

1, например находиться в середине или вверху чехловой трубы 1. На первичную обмотку регулируемого трансформатора 14 подается напряжение переменного тока. 11ереключауель !5 из третьего положения переводится вручную в первое положение. При этом замыкается цепь источника вспомогательного напряжения 16. Вспомо" !гательное напряжение через усилитель

10 подается на обмотку 11 управления электродвигателя сервонривода 9, что вызывает перемещение дифференциальногб трансформатора 5 в крайнее нижнее положение до упора.

Уровнемер отрегулирован таким образом, что, если дифференциальный трансформатор 5 стоит на упоре, то якорь 4 в это время находится несколько ниже середины первичной обмотки

6, но магнитной силы первичной обмотки 6 достаточно для втягивания якоря 4 в обмотку 6, что фиксируется по изменению показания амперметра 13, так как при втягивании якоря

4 во внутреннюю полость первичнои обмотки 6 резко меняется индуктивное сопротивление обмотки 6, что и фиксирует амперметр.

После того как магнитные силы обмотки 6 подхватят якорь 4, переключатель 15 переводится во второе положение. При этом размыкается цепь источника 16 вспомогательного напвяжения и замыкается цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора 5.

Поскольку сферическая оболочка полностью погружена в жидкость, то, следовательно, нарушено условие равновесия системы. Изменение выталкивающей силы относительно условия равновесия (выталкивающая сила практически увеличивается вдвое) приводит

7 ;916994 8 к изменению взаимного расположения ;некие магнитной индукции сердечника сердечника 4 и первичной обмотки 6 дросселя 23 управления н, следовательно изменение индуктивного сопротивле(сердечник 4 несколько приподнимания обмотки 24 управления, что в свою ется) и следовательно изменяется

:взаимное расположение сердечника 4 s очеред р д оче е ь приводит к изменению тока относительно ка ушек и, что

1 7 8 что при» в цепи пеРвичной обмотки 6. водит к появлению напряжения разба- Ири аварийном отключении питания ланса катушек 7 и 8, которое через, чувствительный элемент э.анимает крайусилитель 10 подается на обмотку нее нижнее полажение, а дифференцн1} управления электродвигателя сер" >O, альный трансформатор 5 занимает какоевопривода 9. Сервопривод начинает то промежуточное положение по высоперемещать дифференциальный транс- те трубы 1 (например, находится в

Форматор 5 вверх совместно с чувст- середине ee}. уровнемер работает слевительным элементом. Как только сфе дующим образом. Переключатель 15 Усрическая оболочка 2 начнет всплывать 1 танавливается в третье положение. г над уровнем жидкости, подъемная Поскольку якорь 4 не находится в зо- сила начинает уменьшаться, что выэы,,не дифференциального трансформатора вает уменьшение напряжения рассогла- . 5, то по первичной обмотке 6 проте сования катушек 7 и 8.. Когда сфери кает максимальный ток (обмотка 6 имеческая оболочка 2 окажется погружен- Ж ет минимальное индуктивное сопротивление) . ной в жидкость до половины своей

1. Поплавковый уров немер, содержащий чехловую трубу из немагнитного высоты, напряжение разбалаиса кату- 1

Ири этом е трансформатора на ироговое устройство ет выполнено словие равновесия ройатво 18 срабатывает и включает реп и з ф, ника вспомогательного напряжения 16, овень жидкости внезапно лочка полностью или ыйп размыкает цепь вторичной обмотки дифпонизится.так что сферическая обоференциального трансформатора 5, в лочка полностью или частично выйает выталкивающая сила ста-, эя нет равна нулю.или у . или меньшится (отно- Результ тельное напряжение определенной Фасительно Условия равновесия систе- опр я ой первичной наладкой, Mbl)э вследствии че о якор - а вход усилителя 10 H далее HB G6 т ьно дифферещииьного тра" форма м ку 11 у„равля, что вызывает

;:тора 5 .сместится несколько вниз ° уу и ещение сервоприводом дифференцио в йовет появле""е напр" е""я иогь тран Ф.рматора 5 в крайнее

:Разбаланса катУшек 7 и 8 такой вели „ о упора Как тольнижнее положение до упора.

Фференциальный т а сфо матс 5 первичной обмотки 6, что сервопривод качке л р меща ь дифференциаль р обмотки 6 в последней резко возрастает индуктивное сопротивление, что. вызывает резкое падение тока в пернемер. не зафиксирует новый уровень вичяой обмотке 6. Напряжение с по жидкости. рогового усилителя 18 перестает поИзменение плотности жидкости в ступать на реле ь на реле 19 и последнее выРоце р ния ургия (например

16 омогательного напряжения и завызывает изменение выталкивающ мыкая цепь вторичной обмотки дифв ст вит ельференциального трансформатора 5, ко щ торый и управляет дальнейшей работой

„ ность измерения. уровкемера.

Датчик температуры 20 преобразует температуру в электрический сигнал (термо-ЭДС), который усиливается уси-" Формула изобретения

:лителем !9 постоянного тока и подается на управляющую обмотку 22 дроссе-, ля 23 управления, что вызывает изме91699 материала, чувствительный элемент, выполненный в виде замкнутой оболочки, соединенной тягой с якорем из магнитного материала, дифференциальЪ ный трансформатор, включающий в себя % первичную и вторичные обмотки, сервопривод, перемещающий;,ифференциальный трансформатор вдоль чехловой трубы и соединенный через усилитель с выходом дифференциального трансформа- 10 тора, и средство управления, содержащее источник вспомогательного напряже" ння, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и изготовления, повышения точности и 15 обеспечения воэможности использования при более высоких давлениях и температурах при изменении плотности жидкости в процессе измерения уровня, чувствительный элемент выполнен с отрицательной плавучестью, число витков верхней вторичной .обмотки больше числа витков нижней вторичной обмотки, а в цепи первичной обмотки диф4,. 10 ференциального трансформатора через другой усилитель и дроссель включен датчик температуры, установленньпЪ в объекте контроля.

2. Уровнемер по и. 1, о т л ич а в шийся тем, что, с целью упрощения обслуживания и обеспечения автоматического включения в работу после аварийного отключения при временном обесточивании, средство уп1 равления дополнительно содержит пороговое устройство, вход которого через трансформатор включен в .цепь первичной обмотки дифференциального трансформатора, а выход соединен с обмоткой реле, контакты которого включены в цепь вторичных ббмоток дифференциального трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3.331.245, кл. 73-313, 1967.

2. Патент Японии Ъ 44-15365, кл. 108 Е 32, 1969 (прототип) °

Заказ 1871 59 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П1П1 Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В. Аксенов

Редактор И.Тыкей Техред М.Гергель Корректор С. Шекмар