Устройство для контроля уровня жидкой среды

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в устройствах для контроля уровня жидкой среды, например для контроля уровня жидкометаллического теплоносителя в активной зоне ядерного реактора на быстрых нейтронах.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков является устройство для контроля уровня жидкой среды, содержащее корпус, в котором размещены по меньшей мере одна дифференциальная термопара, спаи которой распределены по высоте корпуса, и электрический нагреватель, состоящий из двух проводников, изготовленных из нихрома (патент РФ №2065579, МПК G01F 23/32 опубл. 20.11.2008).
В известном устройстве два проводника в рабочей части электрического нагревателя выполнены с постоянной площадью поперечного сечения и обогревают рабочую часть датчика полностью, в то время как для работы устройства необходим лишь нагрев зон расположения спаев дифференциальных термопар, что приводит к увеличению потребляемой электрической энергии.
Недостатком известного устройства для контроля уровня жидкой среды является его повышенный ток потребления, что не позволяет понизить расход потребляемой электрической энергии.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для контроля уровня жидкой среды, которое обеспечит уменьшение потребляемой электрической энергии.
Техническим результатом настоящей полезной модели является снижение тока потребления электрического нагревателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для контроля уровня жидкой среды, содержащем корпус, в котором размещены по меньшей мере одна дифференциальная термопара, спаи которой распределены по высоте корпуса, и электрический нагреватель, состоящий из двух проводников, изготовленных из нихрома, согласно заявленной полезной модели в рабочей части электрического нагревателя один из проводников выполнен в виде последовательно соединенных чередующихся участков с большей и меньшей величинами площади поперечного сечения, а другой проводник электрического нагревателя выполнен с площадью поперечного сечения равной величине большей площади поперечного сечения участка проводника, при этом чередующиеся участки проводника электрического нагревателя расположены соосно корпусу, а распределение спаев дифференциальной термопары по высоте корпуса выполнено с обеспечением расположения спаев напротив соответствующего участка проводника с меньшей величиной площади поперечного сечения.
Кроме этого, отношение величин большей к меньшей площади поперечного сечения чередующихся участков проводников выбирают не менее двух.
Отличительные признаки, относящиеся к выполнению одного из проводников электрического нагревателя в виде последовательно соединенных чередующихся участков проводника с большей и меньшей величинами площади поперечного сечения, позволяют за счет увеличения сопротивления на участках проводника с меньшей величиной площади поперечного сечения снизить ток потребления электрического нагревателя, что приводит к уменьшению потребляемой электрической энергии.
Отличительные признаки, касающиеся расположения чередующихся участков проводника электрического нагревателя соосно корпусу и распределения спаев дифференциальной термопары по высоте корпуса с обеспечением расположения спаев напротив соответствующего участка проводника с меньшей величиной площади поперечного сечения позволяют получить в зоне расположения спаев тепловой поток больший, чем для участков проводника с большей величиной площади поперечного сечения, и практически равную величину нагрева спаев по высоте корпуса за счет их расположения на одинаковом расстоянии от участков проводника с меньшей величиной площади поперечного сечения, что позволяет снизить ток потребления электрического нагревателя и, как следствие, уменьшить величину потребляемой электрической энергии.
Сущность настоящей полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для контроля уровня жидкой среды (общий вид), на фиг. 2 изображено устройство для контроля уровня жидкой среды (вид сверху).
Устройство для контроля уровня жидкой среды содержит корпус 1, который имеет цилиндрическую форму и выполнен из теплопроводящего материала. В полости корпуса 1 расположены три дифференциальных термопары 2, 3, 4 и электрический нагреватель. Корпус 1, дифференциальные термопары 2, 3, 4 и электрический нагреватель электрически изолированы друг от друга, например путем заполнения полости корпуса 1 электроизолирующим материалом, например, окисью магния или окисью алюминия (на чертеже не показано). В рабочей части электрический нагреватель состоит из двух проводников, выполненных из нихрома, один из которых состоит из восьми последовательно соединенных и чередующихся между собой участков проводника 5, 6, соединенных между собой. У участков проводника 5 площади поперечного сечения больше, чем у участков проводника 6. Другой проводник в рабочей части электрического нагревателя выполнен с площадью поперечного сечения равной величине большей площади поперечного сечения проводника. Чередующиеся участки проводника 5, 6 электрического нагревателя расположены соосно корпусу 1. Спаи 7 (общий для трех дифференциальных термопар), 8, 9, 10 дифференциальных термопар 2, 3, 4 распределены по высоте корпуса 1 с обеспечением их расположения напротив соответствующего участка проводника 6 с меньшей площадью поперечного сечения. Общий спай 7, расположен ниже контролируемого уровня жидкой среды. Большая величина площади поперечного сечения участка проводника 5 электрического нагревателя выбрана, например, в 2 раза превосходящей величину площади поперечного сечения участка проводника 6 с меньшей величиной площади поперечного сечения.
Устройство для контроля уровня жидкой среды работает следующим образом.
Принцип действия устройства контроля уровня жидкой среды заключается в измерении разности температуры нагреваемого стержня, у которого одна часть находится в жидкой, а другая в паровой (газовой) среде. Разность температуры возникает вследствие разности теплоотдачи в жидкую и паровую (газовую) среду. Температура части стержня, находящейся в жидкой среде, меньше, чем части стержня, находящейся в паровой (газовой) среде. В устройстве контроля уровня жидкой среды разность температуры измеряют дифференциальными термопарами.
Устройство для контроля уровня жидкой среды располагают в сосуде с жидкой средой и электрический нагреватель подключают к источнику электрического питания (не показано). Дифференциальные термопары подключают к измерительному прибору (не показано). Включают источник питания электрического нагревателя и тепловой поток нагревает спаи дифференциальных термопар.
Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают приблизительно на одинаковом расстоянии от общего спая 7 и верхнего спая 8 дифференциальной термопары 2. Тепловые потоки от электрического нагревателя нагревают общий спай 7 и спаи 8, 9, 10 дифференциальных термопар 2, 3, 4. Наличие сигналов термо-ЭДС всех дифференциальных термопар 2, 3, 4 свидетельствует о том, что уровень жидкой среды находится выше общего спая 7, но ниже спая 8.
В случае расположения уровня жидкой среды в сосуде между спаями 8 и 9 величина сигнала термо-ЭДС дифференциальной термопары 2 будет практически равна 0 мВ, а величины сигналов термо-ЭДС
дифференциальных термопар 3 и 4 не изменятся. Такое состояние устройства контроля уровня жидкой среды свидетельствует о том, что уровень жидкой среды находится выше спая 8, но ниже спая 9.
В случае расположения уровня жидкой среды в сосуде между спаями 9 и 10 величина сигнала термо-ЭДС дифференциальной термопары 3 уменьшится практически до 0 мВ, а величина сигнала термо-ЭДС дифференциальной термопары 4 не изменится. Такое состояние устройства контроля уровня жидкой среды свидетельствует о том, что уровень жидкой среды находится выше спая 9, но ниже спая 10.
В случае расположения уровня жидкой среды в сосуде выше спая 10 величина сигнала термо-ЭДС дифференциальной термопары 4 уменьшится практически до 0 мВ, величины сигналов термо-ЭДС дифференциальных термопар 2 и 3 остаются приблизительно равными 0. Такое состояние устройства контроля уровня жидкой среды свидетельствует о том, что уровень жидкой среды находится выше спая 10.