ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к индикаторам уровня жидкостей, а именно к емкостным датчикам уровня жидкости, включающим корпус датчика, и расположенные в нем электроды конденсатора, соединенные с соединительными проводами, и может быть использована для измерения уровня жидких агрессивных сред.
В данном описании и в формуле встречаются пространственные термины «верхний» и «нижний», которые везде использованы для упрощения понимания конструкции, и служат исключительно для целей обозначения некоторых деталей, а не их пространственной ориентации. Пространственная ориентация действительно совпадает с этими терминами при расположении устройства параллельно силе тяжести, когда оно находится в рабочем установленном состоянии. Но очевидно, что вне рабочего состояния, например, во время хранения или транспортировки, указанные детали могут быть ориентированы произвольно.
Уровень техники.
Уровень жидкости измеряется чаще всего поплавковыми датчиками, основу работы которых составляет токопроводящий шарик, который перемещаясь под воздействием изменения уровня жидкости, замыкает контакты. Но такая конструкция имеет невысокую надежность работы - механические перемещения могут быть затруднены возможным залипанием шарика в одном из положений.
Этого недостатка лишены емкостные датчики, которые представляют собой развернутые пластины конденсатора, чувствительные к изменению токопроводимости окружающей среды. Как только появляется жидкость, или меняются ее свойства, это изменяет диэлектрическую проницаемость среды, что меняет емкость конденсатора. Особенно удобно использовать такие емкостные датчики уровня жидкости для измерения уровня агрессивных сред. Так как это снижает контакт датчика с агрессивной жидкостью.
Так известен из уровня техники емкостный датчик уровня жидкости, включающий корпус датчика, и расположенные в нем электроды конденсатора, соединенные с соединительными проводами, см. описание к изобретению РФ №2520961, опубликовано в 2014 году.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данного устройства является неудобство эксплуатации связанное с тем, что такой датчик устанавливается с одновременной заливкой полостей между выходным узлом и внешним электродом, между электродами, и меньшим электродом пластифицированной эпоксидной смолой, что приводит к невозможности его ремонта и замены. Кроме того такой датчик не имеет специально средства крепления к резервуару, что также приводит к неудобству эксплуатации. Еще одним недостатком такого датчика является то, что крепят непосредственно к стенке резервуара, что значительно усложняет процесс замены датчика в случае его выхода из строя, особенно, когда речь идет для резервуаров для сточных вод, которые полностью вкопаны в землю и доступ к стенкам такого резервуара снаружи невозможен.
Раскрытие полезной модели.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить емкостный датчик уровня жидкости, включающий корпус датчика, и расположенные в нем электроды конденсатора, соединенные с соединительными проводами, позволяющий как минимум сгладить по меньшей мере один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение удобства эксплуатации при обеспечении высокой надежности работы, что и является технической задачей предлагаемой полезной модели.
Для достижения этой цели емкостный датчик имеет герметичную защитную оболочку, в полости которой расположен корпус датчика. Герметичная защитная оболочка выполнена из пластика, устойчивого к воздействию агрессивных жидкостей. Соединительные провода имеют защитную пластиковую оболочку, устойчивую к воздействию агрессивных жидкостей. Герметичная защитная оболочка имеет, по меньшей мере, одно средство крепления к резервуару.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность полностью изолировать датчик от воздействия агрессивной жидкой среды, защитить соединительные провода, и дополнительно крепить защитную оболочку с датчиком к резервуару, с возможностью легкой замены его.
Преимущественно герметичная защитная оболочка выполнена из пластика, устойчивого к воздействию агрессивных жидкостей, в качестве которого используется изотактический полипропилен.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать уникальные свойства такого материала, как устойчивость к воздействию агрессивных жидкостей, и доступность для того, чтобы изготавливать из него защитную оболочку.
Преимущественно герметичная защитная оболочка включает в себя цилиндрическую трубу, нижний торец которой герметично соединен с торцовой заглушкой, а верхний торец которой имеет винтовую крышку с отверстием, через которую пропущены соединительные провода с обеспечением герметичности, дополнительно покрытую защитным средством винтовой крышки, устойчивым к воздействию агрессивных жидкостей.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать существующие изделия в виде полипропиленовых труб как основные элементы конструкции защитной оболочки, что упрощает изготовление. А также это дает возможность обеспечивать доступ к полости защитной оболочки для ремонта и замены датчика за счет наличия винтовой крышки. Также это дает возможность адаптировать длину защитной оболочки под конкретный резервуар, так как для регулировки длины просто нужно отрезать кусок полипропиленовой трубы соответствующего размера.
Существует вариант полезной модели, в котором корпус датчика выполнен цилиндрическим, а наружный диаметр герметичной защитной оболочки выбран в пределах 1,2-1,4 от диаметра корпуса датчика.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечивать работоспособность емкостного датчика. Действительно, при наружном диаметре герметичной защитной оболочки, меньшем чем 1,2 от диаметра корпуса датчика, становится очень тонкой толщина защитной оболочки, и растет риск ее повреждения. При наружном диаметре герметичной защитной оболочки, большем чем 1,4 от диаметра корпуса датчика, расстояние срабатывания емкостного датчика становится меньше, чем расстояние до жидкости, и он перестанет реагировать на изменение внешней среды.
Преимущественно средство крепления защитной оболочки к резервуару выполнено в виде подпружиненных защелок, адаптированных к закреплению на вертикальной трубе, жестко соединенной с резервуаром.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность простого крепления с возможность перемещения и открепления защитной оболочки к специально установленной в резервуаре трубе. Это дает возможность легко настраивать датчик на срабатывание при определенном уровне жидкости в резервуаре и фиксировать его в этом положении. При необходимости моментально можно перестроить датчик для срабатывания на другом уровне жидкости.
Существует вариант полезной модели, в котором защитное средство винтовой крышки выполнено в виде термоусаживаемой трубки, изготовленной из термополимеров, которые под воздействием температуры сжимаются.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность дополнительной герметизации верхней части защитной оболочки и соединительных проводов от воздействия агрессивной жидкости.
Существует вариант полезной модели, в котором защитное средство винтовой крышки дополнительно имеет клеевой слой.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность создания еще одного дополнительного слоя герметизации верхней части защитной оболочки и соединительных проводов от воздействия агрессивной жидкости.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 схематично изображает функциональную схему емкостного датчика уровня жидкости согласно полезной модели.
- фигура 2 показывает этапы установки и работы емкостного датчика уровня жидкости согласно полезной модели.
Согласно фигуре 1 емкостный датчик уровня жидкости включает корпус 1 датчика, и расположенные в нем электроды 2 конденсатора, соединенные с соединительными проводами 3. Емкостный датчик имеет герметичную защитную оболочку 4, в полости 5 которой расположен корпус 1 датчика. Герметичная защитная оболочка 4 может быть выполнена из пластика, устойчивого к воздействию агрессивных жидкостей. Соединительные провода 3 имеют защитную пластиковую оболочку 6, устойчивую к воздействию агрессивных жидкостей. Герметичная защитная оболочка 4 имеет, по меньшей мере, одно средство крепления 7 к резервуару 8.
Герметичная защитная оболочка 4 может быть выполнена из пластика, устойчивого к воздействию агрессивных жидкостей, в качестве которого используется изотактический полипропилен.
Герметичная защитная оболочка 4 включает в себя цилиндрическую трубу 41, нижний торец которой герметично соединен с торцовой заглушкой 42, а верхний торец которой имеет винтовую крышку 43 с отверстием, через которую пропущены соединительные провода 3 с обеспечением герметичности, дополнительно покрытую защитным средством 9 винтовой крышки 43, устойчивым к воздействию агрессивных жидкостей.
Корпус датчика 1 может быть выполнен цилиндрическим, а наружный диаметр герметичной защитной оболочки 4 выбран в пределах 1,2-1,4 от диаметра корпуса датчика.
Средство крепления 7 к резервуару 8 защитной оболочки 4 может быть выполнено в виде подпружиненных защелок, адаптированных к закреплению на вертикальной трубе 10, жестко соединенной с резервуаром 8.
Защитное средство 9 винтовой крышки 43 может быть выполнено в виде термоусаживаемой трубки, изготовленной из термополимеров, которые под воздействием температуры сжимаются. Защитное средство 9 винтовой крышки 43 дополнительно может иметь клеевой слой.
Жидкость на фигуре 1 обозначена как 11.
Осуществление полезной модели.
Емкостный датчик уровня жидкости устанавливают и используют следующим образом. Приводится пример использования полезной модели, который является описательным и не ограничивает применения полезной модели. Согласно фигуре 2:
Этап А1. Располагают емкостный датчик внутри цилиндрической трубы 41 герметичной защитной оболочки 4.
Этап А2. Нижний торец цилиндрической трубы 41 герметично соединяют с торцовой заглушкой 42.
Этап A3. Верхний торец цилиндрической трубы 41 закрывают винтовой крышкой 43 с отверстием, через которую пропускают соединительные провода 3.
Этап А4. Обеспечивают герметичность верхнего соединения, дополнительно покрывая защитным средством 9 винтовой крышки 43. Для этого защитное средство 9 винтовой крышки 43 выполняют в виде термоусаживаемой трубки, от которой отрезают кусок необходимой длины, устанавливают ее у верхнего торца цилиндрической трубы 41 с небольшим выпуском в обе стороны от нее и нагревают электромонтажным феном. Можно использовать термоусаживаемую трубку с коэффициентом усадки 6:1 (разница между диаметром до усадки и минимальным возможным диаметром после усадки) и с клеевым слоем, который обеспечивает дополнительную герметичность.
Этап А5. Опускают в резервуар монтажную вертикальную трубу 10, к которой крепят с помощью подпружиненных защелок, адаптированных к закреплению на вертикальной трубе 10 герметичную защитную оболочку 4.
Этап А6. Располагают герметичную защитную оболочку 4 с распложенным внутри нее емкостным датчиком на той глубине резервуара 8, на которой должен срабатывать емкостный датчик.
Этап А7. Теперь можно использовать устройство для определения уровня жидкости в резервуаре - емкостный датчик будет срабатывать на изменение среды около него, то есть при наполнении резервуара или при опустошении его. Также емкостный датчик будет реагировать на изменение состава жидкости. Например, как только уровень жидкости 11 будет подниматься до уровня электродов 2, датчик будет срабатывать и посылать сигнал по проводам 3.
Промышленная применимость.
Предлагаемый емкостный датчик уровня жидкости имеет ясное предназначение, может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели, а также критерию «полнота описания» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью по поручению заявителя ООО «Альта Групп» был изготовлен опытный образец емкостного датчика уровня жидкости, который был установлен на выпускаемой канализационной станции.
Опытный образец был изготовлен на основе емкостного датчика, корпус которого представлял собой цилиндр диаметром 30 мм, помещенного в защитную оболочку, которая представляла собой полипропиленовую трубу, внешним диаметром 40 мм, внутренним диаметром 33 мм, нижний торец которой был герметично соединен с торцовой заглушкой, а верхний торец которой имел винтовую крышку с отверстием, через которую были пропущены соединительные провода с обеспечением герметичности. Винтовая крышка вместе с соединительными проводами была дополнительно герметизирована с помощью термоусаживаемой трубки с коэффициентом усадки 6:1, которая была изготовлен из термополимеров, которые под воздействием температуры меняют форму, а именно сжимаются. Был использован кусок трубки (около 10 см), установлен поверх винтовой крышки с небольшим выпуском в обе стороны от нее, нагрет электромонтажным феном, после чего она остывала, прижимая детали. Дополнительно герметизация обеспечивалась клеевым составом, нанесенным на термоусаживаемую трубку.
Опытная эксплуатация данной полезной модели показала, что такая конструкция обеспечивает:
- повышение удобства эксплуатации предлагаемого устройства за счет возможности удобной настройки его размещения внутри резервуара,
- простоту в действиях в случае необходимости замены,
- высокую надежность работы за счет наличия герметичной защитной оболочки, адаптированной к агрессивным жидкостям,
- возможность быстро менять функцию датчика - простое перемещение его по монтажной трубе превращает его из датчика нижнего уровня в датчик верхнего уровня.
Таким образом, за счет того, что емкостный датчик имеет герметичную защитную оболочку, в полости которой расположен корпус датчика, а герметичная защитная оболочка выполнена из пластика, устойчивого к воздействию агрессивных жидкостей, при этом соединительные провода имеют защитную пластиковую оболочку, устойчивую к воздействию агрессивных жидкостей, причем герметичная защитная оболочка имеет, по меньшей мере, одно средство крепления к резервуару и достигается технический результат, а именно: повышение удобства эксплуатации при обеспечении высокой надежности работы.
Дополнительный достигаемый технический результат:
- простота установки,
- доступность материалов для изготовления полезной модели.
Таким образом, рекомендуется использовать предлагаемый емкостный датчик уровня жидкости для установки его как в резервуары сточных вод бытовых канализаций, так и промышленных с высоким содержанием агрессивных сред в сточных водах.