Способ реализации датчика уровня
METHOD OF LEVEL SENSOR IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам контроля уровня жидкой обрабатывающей среды и может использоваться для контроля уровня, как нагреваемых, так и ненагреваемых электролитов, растворов и/или промывной воды в ваннах гальванических линий, выполняемых, в том числе и в двухуровневой компоновке и функционирующих в бессточном режиме, с помощью опущенных в ванны чувствительных элементов, подключенных к соответствующим входам устройств для контроля уровня.
Известен способ контроля уровня электролитов, растворов и/или промывной воды в ваннах гальванических линий с помощью опущенных в ванны двух контактных металлических электродов, подключенных к соответствующим входам устройства контроля уровня, выполненного в виде реле [1].
Недостатком известного способа являются его сравнительно ограниченные функциональные возможности, не позволяющие производить контроль уровня в нескольких точках, соответствующих, в частности, значению высоты активной части электронагревателей, например, погружного типа, и/или переливной кромке кармана или верхней части подвески при ее загруженном в ванне положении или максимальной высоте уровня электролита/раствора в ванне после загрузки в нее крупно-габаритных или объемных деталей.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату известным решением, выбранным в качестве прототипа, является способ реализации датчика уровня, включающий изготовление основания и статичное размещение, через расположенные в нем отверстия, n-чувствительных элементов, выполненных в виде вертикальных металлических электродов и подключенных к соответствующим входам устройства контроля уровня, где n=4, включая общий электрод [2].
Недостатком известного способа, выбранного в качестве прототипа, является его сравнительно ограниченные функциональные возможности и большие трудозатраты, соответственно, не позволяющие производить или делающие затруднительной, регулировку высоты электродов в ванне при их вертикальном в ванне положении, что может быть обусловлено необходимостью их «подстраивания», например, при использовании датчиков уровня в ваннах с различной высотой кромки переливного кармана или разной высотой погружаемых в ванны верхней кромки подвесок с обрабатываемыми деталями и/или различных габаритах последних, а также при замене электронагревателей погружного типа с отличающейся, от использованных ранее, высотой их активной части и др.
Другим недостатком известного способа, выбранного в качестве прототипа, также является относительно большая вероятность ложных срабатываний датчика уровня, из-за попадания на поверхность его металлических электродов волн и/или брызг, образующихся при волнении поверхности зеркала жидкости в ванне, обусловленной подачей воды в ванну для восполнения потерь ее жидкости, включением барботажа после загрузки в нее деталей и/или включением в работу фильтровальной установки и/или загрузкой в ванну крупно-габаритных или объемных деталей, а также включением в работу коллекторов для струйно-динамической промывки и др.
Новый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей способа, снижении трудозатрат при регулировке положения электродов датчика уровня и снижении вероятности ложных срабатываний последнего при контроле им выбранных значений уровня жидкости в ванне.
Новый технический результат достигается тем, что в известном способе реализации датчика уровня, включающем изготовление основания и размещение, через расположенные в нем отверстия, n-чувствительных элементов, включая общий электрод и/или электрод для контроля наличия жидкости в ванне, выполненных в виде вертикальных металлических электродов и подключенных к соответствующим входам устройства для контроля уровня, согласно изобретению, размещение чувствительных элементов выполняют с возможностью их вертикального перемещения и фиксации своего положения внутри, разъемно или не разъемно соединяемых с нижней поверхностью основания датчика уровня и/или кронштейна для размещения последнего, проходных втулок, выполненных с резьбой и цапфовыми зажимами или разъемно или не разъемно соединенных с резьбовыми элементами, оснащенными цапфовыми зажимами, используемыми для фиксации выбранного положения электродов с помощью гаек, фиксирующих выбранные положения чувствительных элементов, при этом металлические электроды, за исключением общего и/или электрода для контроля наличия жидкости в ванне, при использовании таковых, размещают либо в трубках из неэлектропроводного материала, либо в общем экране, механически соединенным с основанием датчика уровня.
Причем, при n=4, включая общий электрод, количество чувствительных элементов, выполняемых с возможностью их вертикального перемещения и последующей фиксации , определяют из соотношения:
а при n=5, включая общий электрод и электрод для контроля наличия жидкости в ванне, количество чувствительных элементов, выполняемых с возможностью их вертикального перемещения и последующей фиксации , определяют из соотношения:
При этом, верхнюю часть каждого, кроме общего электрода и/или электрода для контроля наличия жидкости в ванне, размещают в разъемно или не
разъемно соединяемой с внутренней поверхностью основания датчика уровня проходной втулке из неэлектропроводного материала, оснащенной вертикальным сквозным пазом для перемещения через него механически соединенной с помощью гайки, взаимодействующей с резьбой, расположенной в верхней части электрода, клеммы с соединенным с нею проводом, подключаемым к соответствующему входу устройства контроля уровня.
0,i
0,1
0,2
0,3
А величину изменения положения чувствительных элементов (Δh), от высоты их исходного значения в ванне (h), соответствующего, по крайней мере, положению активной части установленных в ванне электронагревательных элементов (h), положению верхней кромки приспособления с деталями при ее загруженном в ванну состоянии (h) и кромке переливного кармана (h), выбирают в пределах:
0,i
0,i
h-50 мм ≤Δh≤h+50 мм,
где i=1, 2, 3.
При этом, общий экран выполняют в виде, соединяемого внутренней резьбой с установочной втулкой, оснащенной внешней резьбой и не разъемно или разъемно соединенной с внешней поверхностью основания датчика уровня, патрубка из высокопрозрачного полипропилена или полиэтилена или стекла, высоту которого выбирают большей или равной расстоянию от нижней кромки установочной втулки до начала активной части погруженных в ванну электронагревательных элементов.
Кроме того, для повышения удобства и более объективной корректировки вертикального положения, по крайней мере, выполненных с возможностью вертикального перемещения и последующей фиксации электродов, на поверхность их трубок из неэлектропроводного материала или самих электродов наносят, по крайней мере, в пределах величины Δh, сантиметровые шкалу с соответствующими делениями или риски, соответственно.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ позволяет обеспечить:
- расширенные функциональные возможности и меньшие трудозатраты, соответственно, позволяющие производить и делающие более легкой и объективной, регулировку высоты электродов в ванне при их вертикальном положении;
- снижение вероятности, вплоть до исключения, ложных срабатываний датчика уровня, из-за практически полного исключения попадания на поверхность его металлических электродов волн и/или брызг, образующихся из-за волнений поверхности жидкости в ванне, обусловленных барботажем и/или включением в работу фильтровальной установки и/или загрузкой в ванну крупногабаритных или объемных деталей и т.п.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен, размещенный в ванне 1 из неэлектропроводного (в данном случае) материала, оснащенной переливным карманом (на фиг. 1 не обозначен) и погружными электронагревательными элементами 2, вариант реализации датчика уровня, включающий, установленный на кронштейне 3, корпус 4 прямоугольной (в данном случае) формы с размещенными, через расположенные в его основании 5 и в установочной площадке 6, соответственно, корпуса 4 и кронштейна 3, отверстия (на фиг. 1 не обозначены), подключенными к соответствующим входам устройства контроля уровня (на фиг. 1 не показано), и помещенными (в данном случае) в трубки из неэлектропроводного материала (на фиг. 1 не обозначены) общим вертикальным металлическим электродом (на фиг. 1 не обозначен) и вертикальными металлическими электродами 7, 8 и 9, выполненными с возможностью их перемещения по вертикали внутри отверстий, разъемно соединенных с нижней поверхностью установочной площадки 6 кронштейна 3 проходных втулок, соответственно, 10, 11 и 12, выполненных (в данном случае) с резьбой и цапфовым зажимом (на фиг. 1 не обозначены и не показаны, соответственно), используемыми для фиксации выбранного положения электродов 7, 8 и 9, с помощью гаек 13, 14 и 15, соответственно.
При этом, для повышения удобства и более объективной корректировки вертикального положения металлических электродов 7, 8 и 9, на поверхность их трубок из неэлектропроводного материала (в данном случае) может быть нанесена, по крайней мере, в пределах величины Δh, сантиметровая шкала с соответствующими делениями (на фиг. 1 не обозначена).
На фиг. 2 представлен локальный вырез А на фиг. 1, где показана верхняя часть, находящаяся непосредственно в корпусе 4, электрода 9 (в данном случае) в трубке (на фиг. 2 не обозначена) из неэлектропроводного материала, размещенного в проходной втулке 16 из неэлектропроводного материала, выполненной с вертикальным сквозным пазом 17 для перемещения через него механически соединенной с помощью гайки, взаимодействующей с сформированной в верхней части электрода 9 резьбой (на фиг. 2 не обозначены), клеммы 18 с соединенным с нею проводом (на фиг. 2 не обозначен).
На фиг. 3 представлен, размещенный в металлической (в данном случае) ванне 1, оснащенной переливным карманом (на фиг. 1 не обозначен) и погружными электронагревательными элементами 2, вариант реализации датчика уровня с локальным вырезом, включающий, установленный на кронштейне 3, корпус 4 круглой (в данном случае) формы с размещенными, через расположенные в основании 5 корпуса 4, отверстия (на фиг. 1 не обозначены), подключенными к соответствующим входам устройства контроля уровня (на фиг. 1 не показано) вертикальными металлическими электродами 7, выполненными с возможностью их перемещения по вертикали внутри отверстий жестко соединенных с нижней поверхностью основания 5 корпуса 4 проходных втулок 10, выполненных (в данном случае) с резьбой и цапфовым зажимом (на фиг. 1 не обозначены и не показаны, соответственно), используемыми для фиксации выбранного положения электродов 7, с помощью гаек 13.
При этом, в данном варианте реализации датчика уровня, его основание 5 корпуса 4 выполнено с размещаемой через отверстие в установочной площадке 6 кронштейна 3 (на фиг. 3 не обозначено) установочной втулкой 19, с резьбой которой сочленяется, непосредственно или через эластичную прокладку (на фиг. 3 не обозначена), в верхней части оснащенный резьбой экранирующий патрубок 20 из неэлектропроводного материала.
А на поверхность металлических электродов 7, 8 и 9 (в данном случае) могут быть нанесены риски (на фиг. 1 не показаны), по крайней мере, в пределах величины Δh, сантиметровой шкалы с соответствующими делениями.
На фиг. 4 представлено сечение Б-Б на фиг. 3.
Реализация датчика уровня производится следующим путем.
Вначале, в зависимости от материала корпуса ванны (пластмасса или металл), а также вида датчика уровня (фиг. 1 или фиг. 3), изготавливают помещенные в трубки из неэлектропроводного материала или без них:
- общий вертикальный металлический электрод или гибкий проводник, соединяемый с корпусом ванны, в случае его изготовления из металла (фиг. 3);
- электрод, используемый для контроля наличия жидкости в ванне 1(при необходимости);
- вертикальные металлические электроды 7, 8 и 9 (см. Фиг. 1), соответственно, с длиной, приблизительно соответствующей:
- расстоянию от места соединения, с помощью гайки, клеммы 18 с расположенной в верхней части резьбой общего и/или используемого для контроля наличия жидкости в ванне 1 электродов (см. Фиг. 2);
0,1
0,2
0,3
- активной части установленных в ванне электронагревательных элементов (h), положению верхней кромки приспособления с деталями при ее загруженном в ванну состоянии (h) и кромке переливного кармана (h) и выбираемой в пределах:
,
где i=1, 2, 3.
Далее, при открытом положении корпуса 4 датчика уровня, через отверстия в основании 5 и установочной площадке 6, соответственно, корпуса 4 и кронштейна 3, а также через отверстие проходной втулки с резьбой и цапфовым зажимом (на фиг. 2 не обозначены), последовательно производят:
- установку помещенного в трубку из неэлектропроводного материала (в данном случае) общего вертикального металлического электрода (на фиг. 1, 2 не обозначен) с максимальной длиной, обеспечивающей постоянный контакт с жидкостью во всем диапазоне контроля ее уровня в ванне 1;
- установку, при необходимости, также помещенного в трубку из неэлектропроводного материала вертикального металлического электрода (на фиг. 1, 2 не показан), используемого для контроля наличия жидкости в ванне 1;
- последующую их фиксацию с помощью гаек, обеспечивающих, при закручивании по резьбе втулки, надежный зажим в «лапках» цапфы (на фиг. 2 не обозначены) помещенных в трубки из неэлектропроводного материала общего вертикального металлического электрода, а также электрода, используемого для контроля наличия жидкости в ванне 1 (при необходимости).
Далее, аналогичным выше описанному образом, производят, через проходные втулки 16 из неэлектропроводного материала, оснащенные вертикальными сквозными пазами 17, установку и предварительную фиксацию, с помощью гаек 13, 14, 15, помещенных (в данном случае) в трубки из неэлектропроводного материала (на фиг. 1 не обозначены) вертикальных металлических электродов 7, 8 и 9, используемых, соответственно, для контроля уровня приблизительно соответствующего (в данном случае):
- высоте активной части погружных электронагревательных элементов;
- положению верхней кромки приспособления с деталями при ее загруженном в ванну состоянии;
- положению кромки переливного кармана или высоте уровня жидкой обрабатывающей среды в ванне после загрузки в нее приспособления с деталями.
Таким же образом производят установку и выполненных без трубок из неэлектропроводного материала металлических электродов 7 датчика уровня, представленного на фиг. 3, 4, без установки, на этом этапе, экранирующего патрубка 20 из неэлектропроводного материала.
При этом, в качестве общего электрода используют корпус металлической ванны 1, соединенный гибким проводником (на фиг. 3 не обозначен) с соответствующим входом устройства контроля уровня (на фиг. 3 не показано).
a
.ч.
После этого, в случае если ванна является объектом с нагреваемой обрабатывающей средой, производят установку в ванну 1 погружных вертикальных (см. Фиг. 1, 3) или донных электронагревательных элементов 2 с соответствующей высотой их активной части (h).
Далее, отвинтив гайку 13 и используя сантиметровую шкалу с соответствующими делениями на поверхности трубки (см. Фиг. 1) или риски на поверхности металлического электрода (см. Фиг. 3), производят соответствующую корректировку положения электрода 7, для обеспечения возможности оптимального контроля аварийного понижения уровня жидкости в ванне 1 до момента достижения жидкостью активной части электронагревательных элементов 2, величина времени достижения которого определяется временем испарения жидкости из ванны 1 и параметрами используемых средств контроля и/или регулирования.
После чего, с помощью гайки 13, производят фиксацию выбранного положения электрода 7 в ванне 1.
Затем в ванну 1 загружают штангу с подвеской, имеющей максимальную высоту, по значению которой, аналогичным выше описанному образом, производят корректировку, с помощью гайки 14, положения электрода 8 в ванне 1.
Аналогичным выше описанному образом производят окончательную установку электрода 9 в ванне 1.
А для конструкции датчика уровня, представленной на фиг. 3, дополнительно производят установку оснащенного резьбой экранирующего патрубка 20 из неэлектропроводного материала, соединяемого с резьбой размещаемой через
отверстие в установочной площадке 6 кронштейна 3 (на фиг. 3 не обозначено) установочной втулки 19.
После этого производят залив соответствующей обрабатывающей среды в оснащенную датчиком уровня ванну 1 и включение ее в работу.
При этом, необходимую дополнительную корректировку положения электродов, по крайней мере 7, 8, 9, что может быть обусловлено, например, необходимостью их «подстраивания», соответственно:
- при замене электронагревателей погружного типа с отличающейся, от использованных ранее, высотой их активной части;
- при увеличении температуры обрабатывающей среды ванны 1, что, как следствие, может приводить к необходимости увеличения объема, суть времени подачи, жидкости, подававшейся ранее, для обеспечения постоянства времени реакции на потерю объема жидкости в ванне ручным или автоматическим способами;
- при замене ванны, с другим, например уменьшенным, расстоянием верхней кромки переливного кармана ванны от верхней кромки горизонтального обрамления последней,
производят непосредственно в ванне 1, при снятых корпусе 4 и/или экранирующем патрубке 20 (при необходимости) и дефиксированных положениях гаек 13, 14, 15 (в данном случае).
После чего производят окончательную, после дополнительной корректировки, используя сантиметровую шкалу с соответствующими делениями на поверхности трубок (см. Фиг. 1) или риски на поверхности металлического электродов (см. Фиг. 3), установку электродов 7, 8 и 9 (в данном случае) в ванне 1.
При этом, использование трубок из неэлектропроводного материала или общего экрана, выполненного в виде патрубка 20, позволяет практически полностью исключить вероятность ложных срабатываний датчика уровня с кондуктометрическими электродами, из-за волнений, брызг и т.п.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным, выбранным в качестве прототипа, позволяет обеспечить:
- расширенные функциональные возможности, позволяющие производить и делающие более легкой и объективной регулировку высоты электродов в ванне при их вертикальном положении;
- снижение трудозатрат при регулировке положения электродов датчика уровня;
- снижение вероятности ложных срабатываний датчика уровня при контроле им выбранных значений уровня жидкости в ванне.
Реализация предлагаемого способа довольно проста и не встречает принципиальных затруднений.
Так, в качестве материала кондуктометрических зондов - металлических электродов могут использоваться пруток/проволока из титана марки ВТ1-0 с диаметром 3-4 мм.
В качестве неэлектропроводного материала может использоваться трубка из фторопласта марки Ф-4Д соответствующего внутреннего диаметра.
В качестве проходных втулок с резьбой и цапфовыми зажимами могут быть использованы как стандартные изделия, так и специально изготовленные, детали, получаемые методом литья в соответствующие пресс-формы термопластичного материала, например полипропилена или полиэтилена.
А основание датчика уровня с неразъемной втулкой с наружной резьбой и его корпус также могут быть изготовлены путем литья термопластичного материала (полипропилен, полиэтилен) под давлением в соответствующие пресс-формы.
Кроме того, таким же образом может быть изготовлен из высокопрозрачного полипропилена, полиэтилена или стекла и общий экран, выполняемый в виде патрубка, соединяемого внутренней резьбой со втулкой, оснащенной внешней резьбой и не разъемно или разъемно соединенной с внешней поверхностью основания датчика уровня.
В качестве устройства для контроля уровня, в частности, при n=4, включая общий электрод, может использоваться серийно выпускаемое трехканальное устройство контроля уровня типа САУ-М6.
Проверка предлагаемого способа при изготовлении основания и корпуса датчиков уровня из поливинилхлорида с металлическими электродами из титана, размещенными в трубках из фторопласта и их использовании в составе выполненной в двухуровневой компоновке линии бессточного хромирования, показала его эффективность в части заявленных улучшений, в сравнении, как со способом, выбранным в качестве прототипа, так и с другими решениями в этой области.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. УДК [621.357.7:658.52.011.56.012.3] (035) Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник. Под общ. ред. В.Л. Зубченко. - М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 527, рис. 4.
2. Паспорт и руководство по эксплуатации устройства контроля уровня трехканального САУ-М6, выпускаемого фирмой «ОВЕН» (Москва), стр. 2, 6, 12 - прототип.