Поплавковый индуктивный уровнемер

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски н

Социалнстическнн

Республик

t»>916995 (6l ) P ополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 04. 80 (21) 2917991/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (ЬЗ)М. Кл.

G 0l F 23/10 Ънударстненьй каинтет

СССР ао данаи нзабрнтнннй н открытка

Опубликовано 30. 03. 82. Бюллетень At 12 (53) УДК 681. 128.. 3 (088. 8) Дата опубликования описания 30. 03. 82 (72) Автор изобретения

В.Я. Вдуш мхова

> (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт им. В. (54} ПОПЛАВКОВЫЙ ИНДУКТИВНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровня жидкости в технологических сосудах.

Известен указатель уровня жидко" сти в сосудах, содержащий стальной шариковый поплавок, перемещающийся в соответствии с изменением уровня относительно двух индуктивных катушек, дифференциально включенных в мост переменного тока, причем с целью повышения чувствительности та из катушек, по оси которой перемещается поплавок, выполнена с переменным по высоте числом витков 511.

Недостатком данного указателя уровня жидкости является сравнительно низкая чувствительность, приводящая при метровых диапазонах контроля к значительным погрешн>стям, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является поплавковый индуктивный уровпемер, содержащий преобраз оват ель линейно- го перемещения с поплавковым чувствительным элементом и неподвижно закрепленными Х-образными магнитопроводами, на которых размещены обмотки, и измерительный преобразователь >2,1.

Недостатком известного устройства является низкая точность при больших диапазонах измерения, которая определяется расстоянием между Х-образными сердечниками.

Цель изобретения — повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в поплавковый индуктивный уровнемер, содержащий преобразователь линейных перемещений с поплавковым чувствительным элементом и неподвижно закрепленными.магнитопроводами, на которых размещены обмотки возбуждения, соединенные между собой согласно и подключенные к источнику возбуждения, и измерительные обмотки, соединенные между собой встречно-после916995 ф довательно и подключенные к измерительному преобразователю, введен дополнительный источник возбуждения с другой частотой, имеющий два выхода, напряжения на которых сдвинуты S на 90 друг относительно друга, а е преобразователь линейных перемещений выполнен в виде гладкого ферромагнитного стержня, охваченного поплав ком с короткозамкнутым витком, íà 10 разных сторонах стержня закреплены

Ш-образные магнитопроводы так, что каждый крайний стержень одного магнитопровода расположен против паза противоположного магнитопровода, а И на средние стержни насажены дополнительные обмотки, соединенные встречно-последовательно в пределах каждого ряда и подключенные к выходам до.-. полнительного источника возбуждения. 20

На фиг. 1 представлена конструкция преобразователя линейных перемещений, на фиг. 2 - чувствительный элемент датчика — короткозамкнутый металли- д ческий виток, закрепленный на поплавковом стакане, на фиг. 3 — действующий участок преобразователя, на фиг. 4 — характеристики действующего участка преобразователя; на фиг.5- З0 блок-схема поплавкового индуктивного уровнемера.

Уровнемер содержит индуктивный преобразователь линейных перемещений (фиг. 1) с подвижным короткозамкнутым витком 1, свободно перемещающимся по гладкому стержню 2, 2Г1 Ш".образных магнитопроводов .3, расположенных в шахматном порядке по обе стороны от стержня 2 (по и магнитонроводов на каждой стороне) и образующих между собственными сердечниками и стержнем 2 воздушные зазоры, через которые свободно. проходит виток 1.

На средние сердечники каждого магнитопровода одеты согласно включеиныв обмотки возбуждения 4, подключенные к источнику 0 1» а на крайние - встречно включенные измерительные обмотки

5 (фиг. 3). Кроме того, на средние сердечники каждого Ш-образного маг$0 нитопровода насажены дополнительные обмотки 6 и 7, включенные встречно, причем дополнительные обмотки 6 под" ключены к источнику напряжения 0, сдвинутому по фазе на 90 относительно

Ф напряжения Оу, подводимого к дополнительным обмоткам 7. Пакеты Ш-образных пластин скреплены между собой немагнйтными металлическими у голками 8.

Элементом, воспринимающим уровень жидкости, является поплавок 9, выполненный в форме двухстенного стакана

1О (фиг. 2) иэ непроводящего, устойчивого к истиранию материала (например, нолизтилентерефталата), к которому сверху прикреплен виток 1, выполненный из легкого и высокопроводящего материала (например, алюминия).

ЭДС в каждых близлежащих вторичных обмотках, находящихся по разным сторонам гладкого стержня, должны совпадать по фазе, а поскольку ЭДС вторичных обмоток одного магнитопровода противофазны, то и ЭДС в близлежащих вторичных обмотках соседних магнитопроводов должны быть противофаэны. Это реализуется, в частности, согласным соединением всех первичных обмоток (чтобы потоки через виток, обусловленные МДС, разграниченными гладким стержнем, совпадали по направлению) и встречным соединением всех вторичных обмоток.

Так как магнитный поток отдельной обмотки возбуждения практически полностью замыкается в пределах собственного пакета Ш-образных пластин (UI-образные звенья скреплены мекду собой немагнитным стержнем или уголком), то при отсутствии витка вблизи пакета результирующая ЭДС вторичных обмоток, размещенных на крайних сердечниках такого пакета, равняется нулю. Для участка, в зоне которого находится виток (фиг. 3), зависимость выходного напряжения от перемещения витка для отдельного Ш-образного звена линейна линь при малых смещениях витка относительно геометрической оси пакета, а дальше носит нелинейный характер (пунктирные линии на фиг. 4). Однако суммирование ЭДС в близлежащих вторичных обмотках противоположных пакетов дает линейную результирующую характеристику датчика (сплошные линии на фиг. 4).

Преобразователь линейных перемещений 11 (фиг. 5) подключен своими измерительными обмотками к измерительному реобраз ов ат елю 12, кот орый обеспечивает последовательный опрос измерительных обмоток, подсчет количества магнитопроводов, погруженных в жидкость, и измерение результирующего напряжения на измерительных

9169 обмотках. Измерительный преобразовательь включает в себя шаговый переключатель 13, подключенный своими выводами к обмоткам преобразователя

11. Запуск шагового переключателя I Ý 5 осуществляется от низкочастотного импульсного генератора 14 через схему И 15, у которой на другой вход подается сигнал от преобразователя 11 через инвертор 16. Одновременно сигнал с выхода схемы совпадения подается на вход счетчика 17, предназначенного для подсчета числа погруженных в жидкость магнитопроводов. Одновременно результирующее напряже- ние на выходе измерит ельных обмоток коитролируется вольтметром 18.

Уровнемер работает следующим образом.

Управляющие импульсы с низкочас- 20 тотного (5-10 Гц) импульсного генератора 14 (фиг. 5) через схему 15 поступают в обмотку управления шагового переключателя 13 и на счетчик

17 импульсов. Шаговый переключатель 25

13 поочередно подключает (начиная с первой ) пары измерительных обмоток преобразователя 11 линейных перемец ений на вход инвертора 16. Напряжение на выходе пар измерительных Об- 30 моток, расположенных на крайних сердечниках Ш-Образных магнитопровоpaâ, равняется нулю, если виток находится вне зоны этого магнитопровода, и, наоборот, напряжение будет ненулевым, если.в зоне магнитопровода виток находится. Таким образом, . если виток будет находиться в зоне к-го Ш-образного магнитопровода, то на счетчик импульсОВ 14 пОступит к 40. импульсов, ибо после поступления к-го импульса напряжение с выхода датчика поступит не только на вольтметр 18, но и на вход инвертора 16, что снимет напряжение с выхода инвертора 16, 45 т.е. с одного из входов схемы И 15, и остановит шаговый переключатель

13. Для питания дополнительных Обмоток преобразователя линейных перемещений ВВеден ДОпОлнительный истОчник 5500 возбуждения 19 с частотой, отличной от частоты напряжения питания основного источника возбуждения (на фиг. 5 не показан) и имеющий два выхода с напряжением 06„и 0, сдвинутые по фао зе друг относительно друга на 90

Напряжение 08„питает доиолнитедьные встречно включенные обмотки, расположенные, допустим, слева От глад95 6 кого стержня, а Ug>" расположенные справа от стержня. Размеры сердечников и пазов Ш-образных магнитопроводов выбраны так, что каждый крайний сердечник расположен против равного ему по ширине паза противоположного магнитопровода (фиг. 2). Таким образом дополнительные обмотки создают слабое распределение в пространстве, однозначно меняющееся поле (по-. ток каждого сердечника Ш-образного магнитопровода отстает или опережает по фазе поток предыдущего или последуюц1его противолежащего магнитопровода на 90 ), т.е. бегущее поле. Слабое бегущее поле будет порождать небольшую электромагнитную силу, дей" ствующую на виток, сдвигая его от положения равновесия на незначительное расстояние, что позволит однозначно определить его местонахсикдение. Если при создании бегущего поля виток приподнимается на„ц уровнем жидкости и при этом напряжение увеличивается, это означает, что виток находится на участке магнитопровода, соответствующем восходящему участку характеристики, если же напряжение падает виток находится на спадающем участке характеристики.

Если при предварительном опросе шаговый переключатель нигде не остановится (виток в центре одного из средних сердечников), то необходимо дополнительным полем сдвинуть виток и по показанию счетчика импульсов определить уровень жидкости.

Наводки и помехи дополнительного поля, Отличающиеся по частоте от основного, легко устраняются соответствующими фильтрами, которые ставятся на входе вольтметра.

Таким образом высота контролиру- „ емого уровня определяется числом по" ступивших на шаговый переключатель импульсов и показаниями вольтметра

18, что обеспечивает непрерывное ИэмЕрение уровня по всему диапазону измерения, высокую точность измерения при изменении уровня в пределах одного магнитопровода и исключение неоднозначности показаний.

Формула изобретения

11оплавковый индуктивный уровнемер, содержащий преобразователь линейных перемещений с поплавковым чув916995 ствительным элементом и неподвижно закрепленными магннтопроводами, на которых размещены обмотки возбуждения, соединенные межпу собой согласно и подключенные к источнику врз- З буж ния и измерительные обмотки, уждени, соединенные между собой встречно" последовательно и подключенные к измерительному преобразователю, о тл и ч а ю шийся тем, что, ц с е- 10 лью повышения точности при больних диапазонах измерения, в него введен дополнительный источник возбуждения с другой частотой, имеющий два выхода, напряжения на которых сдвинуты 15 ао фазе на 90, а преобразователь линейных перемещений выполнен в виде гладкого ферромагнитного стержня, охваченного поплавком с короткоэамкнутым витком, на разных сторонах стержня укреплены l6-образные магнитопроводы так, что крайний стержень одного магнитопровода расположен против паза противоположного магнитопровада, а на средние стержни насажены дополнительные обмотки, соединенные встречно-последовательно в пределах каждого ряда и подключенные к выходам дополнительного источника возбуждения.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 224833 кл. G 01 F 23/10, 1967.

Ф

СР

2. Авторское свидетельство ССС

М 201697, кл, 6 01 Г 23/10, 19б4 (прототип) .

916995

Составитель B. Аксенов

Редактор И. Тыкей Техред M. Гергель, Коррект ор С.111екмар

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4,Заказ 1871 59 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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