УРОВНЕМЕР (ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ
FIBER-OPTIC LEVEL GAUGE (LIQUID LEVEL SENSOR)

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах.
Известны датчики уровня жидкости для бака транспортного средства, содержащие поплавок, установленный в нем магнит, нижний и верхний ограничители хода поплавка, вертикальную направляющую трубу, внутри которой расположены герконы, и электросоединитель.
Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ № 2284481).
Однако такое устройство является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения. К недостаткам также можно отнести также дребезг контактов геркона, хрупкость стеклянного баллона и высокую чувствительность к внешним магнитным полям.
Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ № 2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическому волокну к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает, и перепад фиксируется.
Однако такие датчики неработоспособны в непрозрачных средах и в вязких средах, например, в мазуте, в переохлажденном дизельном топливе, когда на сенсорной части подобных датчиков застывают пленки или формируются капли загустевшей жидкости.
Цель изобретения - создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных.
Это достигается тем, что в предлагаемом датчике световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены друг с другом, а в зазоре между ними расположена шторка с возможностью взаимного перемещения световодов и шторки, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из элементов пары «световоды - шторка».
Варианты исполнения:
Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.
Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.
Вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из элементов пары «световоды - шторка».
Пары световодов, сопряженные со шторками, с возможностью их взаимного перемещения, распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.
Хотя бы часть подвижного блока световодов выполнена из ферромагнитного материала.
Вся шторка или ее часть выполнена из ферромагнитного материала.
На Фиг. 1 показано размещение деталей одного из вариантов конструкции уровнемера, предельного датчика уровня.
На Фиг. 2 приведена оптическая схема предельного датчика уровня.
Фиг. 1. Датчик содержит поплавок 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. В торце поплавка закреплен магнит 2. За герметичной немагнитной перегородкой 3 расположен волоконно-оптический узел, включающий оптически сопряженные передающий 4 и приемный 5 световоды. Шторка 6, на которой закреплены магнит 7 и пружина 8, имеет возможность перемещения между световодами 4 и 5.
Предельный датчик уровня работает следующим образом: при подъеме уровня жидкости поплавок 1 всплывает, и магнит 2, взаимодействуя с магнитом 7, смещает шторку 6, изменяя уровень оптического сигнала. Оптический сигнал из торца световода 4, дошедший до торца световода 5, при смещении шторки 6 изменяется, при этом изменение сигнала является функцией от конфигурации шторки 6.
Фиг. 2. Оптическая схема на базе двух световодов: излучатель 9 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 4, шторка 6, приемный световод 5, фотоприемник 10.
Рассмотренные аналоги работают только в режиме "да-нет", фиксируя либо контакт оптической поверхности с жидкостью, либо момент срабатывания геркона. В отличие от них, мощность оптического сигнала в предложенной схеме по мере приближения к отражателю всплывающего поплавка с магнитом изменяется, что является сверхэффектом, позволяющим путем простого умножения предложенной схемы превратить предельный датчик в уровнемер с постоянным съемом сигнала по мере изменения уровня жидкости.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить пожаробезопасность и надежность датчика уровня жидкости путем замены электрического сигнала на оптический - как в самой емкости с топливом, так и на всем пути до приемопередающего блока.