УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF LEVEL OF LIQUID

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля жидких материалов.
Известен способ контроля уровня вещества (АС СССР №565216 от 30.06.77), заключающийся в том, что положение уровня определяют по разности логарифмических декрементов затухания свободных затухающих колебаний маятника в газовой и контролируемых средах.
Устройство, реализующее указанный способ (аналог), содержит маятник, укрепленный на растяжках, привод, соединенный с возбудителем, приемник колебаний, соединенный со схемой измерения логарифмического декремента затухания. Выход схемы установки логарифмического декремента затухания в газовой среде и выход схемы измерения логарифмического декремента затухания соединены с входом схемы сравнения, выход которого соединен со входом устройства сигнализации и сравнения.
При поступлении импульса с возбудителя привод приводит маятник в режим собственных затухающих колебаний. Если эти колебания существуют в газовой среде, то сигналы со схемы измерения и схемы установки на входе схемы сравнения одинаковы и устройство сигнализации не срабатывает. При повышении уровня вещества и касании им нижнего конца маятника затухание колебаний маятника в периоде возбуждающих импульсов наступает быстрее, что отмечается схемой измерения как увеличение логарифмического декремента затухания. Схема сравнения выдает сигнал на устройство сигнализации и управления, которое срабатывает и включает соответствующий сигнальный или управляющий элемент.
Данное устройство работает в режиме сигнализатора и не позволяет непрерывно измерять уровень вещества с высокой точностью. Кроме того, наличие подвесов маятника усложняет применение устройства в оборудовании герметичного исполнения.
Известно устройство для измерения уровня жидкости (патент РФ №2029919 от 27.02.95) (прототип), содержащее источник колебаний, упругий элемент, выполненный в виде резонансной пружины и шарнирно соединенный с чувствительным элементом, выполненным в виде стержня, датчик вибраций, связанный с чувствительным элементом, и индикатор. Между датчиком и индикатором последовательно включены согласующий усилитель и анализатор. Стержень шарнирно связан с жестким основанием, а датчик вибраций жестко установлен на стержне или выполнен бесконтактным и установлен на неподвижном основании.
С помощью источника гармонических колебаний через пружину и шарнир возбуждают резонансные колебания системы. С помощью датчика, согласующего усилителя, анализатора и индикатора определяют амплитуду колебаний, по величине которой судят об уровне жидкости.
Данное устройство мало пригодно для использования при контроле уровня агрессивных жидкостей в герметичных емкостях при наличии в них большого избыточного давления (выше нескольких атмосфер), так как наличие шарнирных соединений в устройстве не позволяет выполнить надежную герметизацию конструкции. Также наличие нескольких шарнирных соединений снижает надежность системы в целом.
Задачей данного изобретения является разработка устройства для измерения уровня жидкости, обеспечивающего измерение уровня агрессивной жидкости при высоком давлении и имеющего высокую надежность.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения уровня жидкости, содержащем чувствительный элемент, источник колебаний, датчик вибраций, усилитель, входом подключенный к выходу датчика вибраций, и индикатор, чувствительный элемент выполнен в виде плоской пружины с установленным на ней постоянным магнитом, источник колебаний и датчик вибраций выполнены в виде катушки с ферромагнитным сердечником, установленной на одной оси с постоянным магнитом, а в состав устройства дополнительно введен генератор импульсов тока, выходом подключенный к катушке, и детектор, входом подключенный к выходу усилителя, а выходом - к входу индикатора.
При этом механическая колебательная система, состоящая из чувствительного элемента в виде плоской пружины, жестко закрепленной на основании, с установленным на ней постоянным магнитом, периодически выводится из равновесия с помощью источника колебаний, выполненного в виде катушки с ферромагнитным сердечником, путем подачи короткого импульса тока с генератора импульсов на катушку, формирующего магнитное поле, притягивающее или отталкивающее постоянный магнит. После вывода из равновесия плоская пружина с установленным на ней постоянным магнитом совершает свободные затухающие колебания. По амплитуде колебаний плоской пружины с магнитом, которая зависит от степени ее погружения в жидкость, судят об уровне жидкости в контролируемой емкости. Амплитуду колебаний плоской пружины с магнитом оценивают по наведенной ЭДС в катушке. Период возбуждающих импульсов тока выбирается как минимум на один порядок больше периода собственных свободных колебаний механической системы.
Так как чувствительный элемент механически не связан с источником колебаний и датчиком вибраций и жестко закреплен на основании, которое может быть частью конструкции герметичной емкости, обеспечивается надежное измерение уровня агрессивной жидкости в заданном диапазоне при высоком давлении (до сотен атмосфер).
Изобретение поясняется графическим материалом, приведенным на чертеже.
Устройство для измерения уровня жидкости содержит (см. чертеж) чувствительный элемент 1, состоящий из плоской пружины 2 с установленным на ней постоянным магнитом 3 в герметичном коррозионностойком корпусе 4 из немагнитного или слабомагнитного материала (например, из нержавеющей стали 12Х18Н9Т), генератор импульсов тока 5, катушку 6 с ферромагнитным сердечником 7, установленную снаружи контролируемой емкости, усилитель 8, детектор 9 и индикатор 10. Чувствительный элемент жестко закреплен на основании 11. Выход генератора импульсов тока 5 соединен с катушкой 6, установленной на одной оси с постоянным магнитом 3. Катушка с ферромагнитным сердечником соединена также с входом усилителя 8, выход которого подключен к входу детектора 9, выходом соединенного с входом индикатора 10. Основание 11 может быть частью выполненной из немагнитного или слабомагнитного материала (например, из нержавеющей стали 12Х18Н9Т) герметичной емкости 12, в которой производится измерение уровня жидкости 13.
Устройство работает следующим образом (см. чертеж). С выхода генератора импульсов тока 5 на катушку 6 периодически подается короткий импульс тока, формирующий магнитное поле, притягивающее или отталкивающее постоянный магнит 3 и, таким образом, выводящий механическую колебательную систему из равновесия. Период импульсов тока выбирается как минимум на порядок больше, чем период собственных колебаний системы. После вывода из равновесия плоская пружина 2 с установленным на ней постоянным магнитом 3 начинает совершать свободные затухающие колебания. Колеблющийся постоянный магнит 3 создает переменный магнитный поток, который наводит в катушке 6 ЭДС, пропорциональную амплитуде колебаний плоской пружины 2 с постоянным магнитом 3. Амплитуда колебаний зависит от степени погружения чувствительного элемента в жидкость. Наведенная ЭДС усиливается усилителем 8, а переменное напряжение с его выхода поступает на детектор 9 с постоянной времени много большей периода возбуждающих импульсов тока. В результате детектор 9 на своем выходе формирует напряжение, пропорциональное степени погружения чувствительного элемента 1 в жидкость 13, поступающее на вход индикатора 10.
При увеличении уровня жидкости 13 в контролируемой емкости 12 увеличивается степень погружения чувствительного элемента 1 в жидкость 13, происходит его большее демпфирование жидкостью, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний плоской пружины 2 с постоянным магнитом 3. В катушке 6 уменьшается наводимая ЭДС, что вызывает уменьшение амплитуды переменного напряжения на выходе усилителя 8 и напряжения на выходе детектора 9, которое отображается на индикаторе 10 в любой удобной для оператора форме.
При уменьшении уровня жидкости происходит обратный процесс.
Заявляемое устройство позволяет надежно измерять уровень агрессивной жидкости с высокой точностью в герметичных емкостях с избыточным давлением.