ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к измерительному оборудованию, а именно к приборам для измерения уровня жидких сред на границе газ-жидкость или жидкость-жидкость.
Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий генератор звуковых импульсов, соединенный с первым концом волновода, поплавок, концентрично установленный на волноводе с возможностью перемещения вдоль него, размещенные в поплавке первую катушку связи и постоянный магнит, поляризованный вдоль отверстия поплавка, блок обработки, вторую и третью катушки связи. Первая катушка связи установлена на поверхности отверстия поплавка, постоянный магнит расположен с внешней стороны первой катушки связи, вторая катушка связи намотана на введенный первый замкнутый магнитопровод и соединена выводами с выводами первой катушки связи, первый замкнутый магнитопровод расположен в поплавке и его отверстие совпадает с отверстием поплавка, волновод выполнен электропроводным и его концы электрически связаны между собой через проводящий элемент с образованием короткозамкнутого витка, блок обработки включает предварительный усилитель и подключен к выводам третьей катушки связи, намотанной на введенный второй замкнутый магнитопровод, расположенный концентрично на одной из образующих короткозамкнутого витка (патент РФ на изобретение №2104501).
Недостаток известного уровнемера состоит в том, что для генерации ультразвуковых импульсов требуется волновод, пьезоэлектрический элемент, генератор электрических колебаний и сенсор.
Известен датчик уровня жидкости, содержащий магнит и поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы, герметичной с одного конца, с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы, внутри которой дискретно по высоте расположены герконы, отличающийся тем, что внутри трубы на планке закреплены в противоположных направлениях относительно друг друга герконы и магниты, причем герконы расположены в поле действия магнитов, взаимодействующих с внутренней стенкой поплавка при его перемещении (патент РФ на изобретение №2135961).
Недостаток известного датчика состоит в том, что для измерения требуются герконы и сопутствующая электрическая схема.
Задача настоящей полезной модели состоит в создании надежного электромеханического датчика уровня жидкости поплавкового типа, обладающего памятью любого этапа измерения независимо от напряжения питающей цепи, не имеющего в своем составе герконов или пьезоэлементов.
Технический результат, состоит в том, что при решении вышеуказанной задачи достигается высокая надежность функционирования, увеличенный срок эксплуатации, относительная простота для массового производства изделия.
Указанная задача решена благодаря тому, что датчик уровня жидкости, содержит:
поплавок 5 с отверстием,
постоянные магниты 6 и 7, один из которых установлен вблизи от верхней кромки упомянутого отверстия сверху, а другой - снизу и при том оба установлены, по существу диаметрально противоположно относительно оси упомянутого отверстия,
трубку 1, с закрытым нижним концом 2, установленную в упомянутое отверстие поплавка 5 с возможностью вертикального перемещения,
корпус 8, помещенный в трубку 1,
ферромагнитную пластину 9, установленную внутрь корпуса 8 на опоры 10 с возможностью наклона относительно продольной оси на заданные, углы во взаимно-противоположных направлениях,
упругий элемент 11, выполненный с возможностью прижатия пластины 9 к опорам 10,
переключатель 13, установленный с возможностью активации/деактивации при отклонении пластины 9.
Существенные особенности вышеописанного технического решения будут лучше понятны при сравнении с прототипом.
Выбранный прототип на герконовых реле «запоминает действие» с помощью электрической системы, обеспечивающей включение в работу герконового реле под воздействием магнитного поля магнита, закрепленного на поплавке. Датчик по прототипу работает следующим образом. Когда контакт реле замкнут, подается электрический потенциал на обмотку данного реле, и оно остается в работе, «запоминает действие», до тех пор, пока другой контакт системы контроля уровня не отключит его питание и, следовательно, не выключит герконовые контакты. Таким образом, для работы такой системы в одном цикле измерения нужны:
- два герконовых реле (включающее и отключающее);
- электрическое питание, обеспечивающее работу обмоток реле.
Хотя в датчике по прототипу можно обойтись и без обмоточных герконовых контактов, но и в этом случае придется использовать электрическую считывающую схему, которая обеспечит заданную работу герконовых контактов при контроле уровня жидкости. То есть и в этом случае для функционирования датчика потребуется сложная электрическая схема.
В отличие от прототипа, для функционирования заявленного устройства не требуются обмотки и цепи питания, и не требуются схемы считывания. Электрическое питание нужно только для целей использования сигналов, выданных датчиком уровня.
И герконовые контакты, и контакты заявленного датчика включаются под воздействием магнитного поля, но для перевода герконовых контактов в выключенное состояние достаточно убрать воздействие магнитного поля, повысив, например, уровень жидкости, а контакты заявленного датчика в аналогичных условиях будут продолжать оставаться включенными. Данное свойство обеспечивает конструкция заявленного датчика. Когда уровень жидкости понижается (из положения на фиг.1 справа), магнит 7 проходит область «а» датчика. В этот период времени пружина 11 еще касается корпуса 8, и пластина 9 местом контакта с пружиной наклонена от осевой линии датчика к магниту 7 (фиг.1 слева). Микропереключатель 13 выдает сигнал нижнего уровня жидкости. При дальнейшем снижении уровня магнит 6, закрепленный на поплавке 5, войдет в зону «b», и своим магнитным полем будет воздействовать на пластину 9. Она, под действием его магнитного поля, преодолевая силу сжатия пружины 11, повернется по часовой стрелке вокруг своей опоры 10 до положения, определяемого зазором «b». В этот момент микропереключатель 13 выдает сигнал о моменте начала подкачки. Как видно из описанного выше, в отличие от прототипа, рабочий цикл заявленного устройства не требует энергозатрат извне.
Надежность устройства определяется простотой физических принципов, положенных в основу устройства, простотой взаимодействующих деталей, их малым количеством, минимумом выполняемых ими функций, возможностью штамповки всех деталей (кроме пружины), мгновенным переключением (благодаря использованию промежуточной ступени в виде пружины 11 и подвижно связанной с ней пластины 9, обеспечивающими мгновенное переключение контактов микропереключателя 13). Все перечисленное позволяет говорить о высокой надежности и относительной простоте устройства.
Указанные аспекты технического результата, такие, как увеличенный срок эксплуатации, относительная простота для массового производства изделия являются прямым следствием повышенной надежности устройства, простоты выполнения деталей и малого их количества.
Далее в настоящем разделе описываются предпочтительные формы выполнения заявленного устройства.
Оба конца упомянутой трубки могут быть герметично закрыты, в частности, упомянутый нижний конец 2 может быть запаян. Упомянутый переключатель 13 может представлять собой электрический контакт, выполненный с возможностью замыкания/размыкания при контакте с упомянутой пластиной 9. Крайние положения, на которые может отклоняться пластина 9, могут быть ограничены, например, посредством ограничителей 12, а также зазорами а и b. В предпочтительной форме выполнения, ферромагнитная пластина 9 имеет возможность наклона относительно продольной оси на равные углы во взаимно-противоположных направлениях.
На фигуре 1 схематически показана конструкция датчика, согласно одной из предпочтительных форм выполнения.
Датчик устроен следующим образом. В трубке 1, помещаемой в жидкость, конец 2 запаян, а второй, конец 3, служит для монтажа датчика уровня и вывода от него электрических проводов 4. По трубке 1 перемещается поплавок 5 с закрепленными на нем вверху и внизу постоянными магнитами 6 и 7, расположенными прямо противоположно друг к другу. Датчик уровня состоит из корпуса 8, в котором подвижно закреплена ферромагнитная пластина 9, прижимаемая к опорам 10 пружиной 11, имеющая возможность поворота на конструктивно заданные, взаимно противоположные, равные угловые расстояния в плоскости рисунка под воздействием внешнего магнитного поля вокруг точек опоры 10, с ограничителями 12, зазорами а и b, микропереключателя 13, выдающего/или не выдающего электрический сигнал в зависимости от активации.
На фиг.1 представлен один датчик, но в трубку может быть установлено несколько таких датчиков, в зависимости от необходимости.
Датчик работает следующим образом. В положении деталей, показанных на рисунке, магнитное поле магнита 6 притягивает пластину 9, и она переводит пружину 11 в устойчивое состояние, когда край «b» пружины 11 коснется корпуса 8. Углового поворота пластины 9 должно быть достаточно для перевода микропереключателя 13 из одного состояния в другое. Такая позиция деталей может соответствовать нижнему уровню жидкости, когда световая индикация уровня отсутствует и дается сигнал к включению насоса подкачки. При повышении уровня жидкости магнитное поле магнита 7 притягивает пластину 9, и она переводит пружину 11 в устойчивое состояние, когда край «а» пружины 11 коснется корпуса 8. Микропереключатель 13 перейдет в другое устойчивое положение с выдачей сигнала по электрической цепи.
Если датчиков уровня в трубке 1 установлено несколько, то в каждом датчике будут происходить процессы, описанные выше.
Применение датчиков описываемой конструкции повысит надежность фиксации событий, возможность автоматизации процессов без дополнительных сложных коммутирующих систем и увеличение сроков эксплуатации изделия.