RU1793248C - Электромагнитный уровнемер - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к Измерительной технике, в частности к устройствам дл  измерени  уровн  жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измер емому уровню. Изобретение может быть использовано дл  высокоточного измерени  уровн  жидких сред во всех отрасл х народного хоз йства. Сущность изобретени : устройство содержит немагнитный корпус, магнитную жидкость, кольцевой посто нный магнит, поверхность, воспринимающую давление, немагнитную трубку и преобразователь . Поверхность, воспринимающа  давление, выполнена в виде сильфонной мембраны, кольцевой магнит установлен на немагнитной трубке и дополнительно установлены два электромагнита дл  регулировани  диапазона измерений и корректировки нул  уровнемера. 1 ил.

Description

ел С

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  измерени  уровн  жидкостей, преобразующих давление в перемещение магнитов, пропорциональное измер емому уровню. Изобретение может быть использовано дл  высокоточного измерени  уровн  жидких сред в широком диапазоне во всех отрасл х народного хоз йства.

Известно устройство, преобразующее давление в перемещение магнитов, используемое дл  измерени  уровн  жидкостей. содержит герметичный корпус, полость которого разделена упругим элементом, соединенным с посто нными магнитами, между1 полюсами которых расположен датчик ХоЬла, причем магниты установлены на рамке , снабженной регул тором ее положени  относительно датчика Холла.

Основным недостатком этого устройства  вл етс  узкий диапазон измер емых

уровней и низка  точность измерений. Это обусловлено тем, что чувствительным элементом в устройстве. вл етс  упругий элемент, чувствительность которого определ етс  его жесткостью, что не может быть скомпенсировано высокой чувствительностью датчика Холла.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа,  вл етс  магнитный датчик давлени , преобразующий давление в перемещение магнитной жидкости и содержащий немагнитный корпус, кольцевой посто нный магнит, немагнитную трубку, поверхность , воспринимающую давление, магнитную жидкость и индуктивный преобразователь .

Это устройство имеет следующие недостатки: узкий диапазон измерени  уровней, обусловленный параметрами посто нного кольцевого магнита; низкую точность измё3

СО N) 4 СО

рений, обусловленную отсутствием коррекции нулевого состо ни  устройства; позво- л ет измер ть уровни только неагрессивных сред и сред, которые не смешиваютс  с магнитной жидкостью.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение диапазона измерени  путем исключени  непосредственного контакта магнитной жидкости с контролируемой средой и регулировани  объемной магнитной силы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в электромагнитном уровнемере, содержащем немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в виде магнитной жидкости, кольцевой посто нный магнит и преобразователь перемещени  чувствительного элемента, согласно изобретению , корпус снабжен немагнитной сообщающейс  с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перемещени  магнитной жидкости, а конец со стороны корпуса схвачен посто нным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон, закрепленный в торце корпуса с возможностью взаимодействи  с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй - на внешней поверхности немагнитной трубки, причем северный полюс посто нного магнита направлен в сторону свободного конца трубки.: .

На чертеже показан уровнемер, соединенный с расходной емкостью, продольное сечение.

Электромагнитный уровнемер содер-; жит расходную емкость 1с контролируемой жидкостью 2, поверхность, воспринимающую давление, в виде сильфона 3, корпус 4, трубку 5, магнитную жидкость 6, кольцевой посто нный магнит 7, катушку электромагнита 8 дл  регулировани  диапазона измер емого уровн , катушку электромагнита 9 дл  корректировки нул  уровнемера,преобразователь 10 дл  преобразовани  измер емого уровн  о электрический сигнал, измерительный блок 11, включающий в себ  элементы регулировани  тока в электромагнитах 8 и 9, и элементы измерени  сигнала от преобразовател  10 с отображением измер емого уровн  на индикаторе и выдачей в случае необходимости сигналов управлени . .

Магнит 7 имеет аксиальную намагниченность и установлен на трубке 5 так, что его северный полюс направлен от корпуса 4, что обеспечивает вт гивание магнитной жидкости 6 в полость трубки 5 и исключает

ее вытекание. Катушка электромагнита 8 установлена на корпусе 4, а электромагнита 9 - на трубке 5 р дом с магнитом 7.

Преобразователь 10 соединен с трубкой

5, а его выход - с входом измерительного блока 11. Катушки электромагнитов 8 и 9 соединены с выходами блока 11, которые обеспечивают необходимые регулируемые токи.

0 Корпус 4 и трубка 5 изготовлены из бронзы. Корпус 4 выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром 20 мм, наружным - 23 мм и высотой 50 мм. Корпус 4 снабжен резьбовым соединением с расход5 ной емкостью 1. Трубка 5 имеет внутренний диаметр 4 мм, наружный - 7 мм и длину 80 мм. В верхней части корпуса 4 имеетс  внутренний выступ, на котором через уплотнитель жестко установлен сварной сильфон 3

0 диаметром 18 мм, чи слом гофров 5, толщиной 0,08 мм, выполненный из плоских гофрированных кольцевых мембран из материала марки 36НХТЮ.

В качестве магнитной жидкости 6 ис5 пользовалась жидкость на основе трансформаторного масла с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, с намагниченностью насыщени  М, равной 50 кА/м. Магнитна  жидкость за0 полн ет корпус 4 и половину трубки 5 прий полном контакте с внутренней поверхностью сильфона 3.

Кольцевой магнит 7 выполнен из феррита бари , имеющего напр женность пол  в

5 рабочей точке 150 кА/м. Наружный диаметр

кольца 20 мм, внутренний - 8 мм, толщина

10 мм. Кольцевой магнит надежно вводит в

насыщение магнитную жидкость 6 в трубке

, 5 и исключает ее вытекание, создава  доста0 точный дл  этого градиент напр женности магнитного пол .

. Катушка электромагнита 8 длиной 40 мм содержит 200.0 витков, а катушка электромагнита 9 длиной 10 мм содержит 1000 вит5 ков. Обе катушки намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 0,125 мм.

С помощью регулировочных элементов блока 11 ток в электромагните 8 может регулироватьс  в пределах 0-40 мА и создавать

0 магнитное поле, направленное против пол  магнитной жидкости б. Ток в электромагните 9 может измен тьс  в пределах 0-25 мА и создавать поле, согласное или несогласное с магнитным полем кольцевого маг5 пита 7. . Сердечниками электромагнитов 8 и 9 служит сама магнитна  жидкость. В качестве преобразовател  10 используетс  обычный дифференциально-трансформаторный датчик.

Предлагаемый уровнемер реагирует на изменение уровн  в расходной емкости 1, т. э. на перепад давлений. Из основного уравнени  гидростатики перепад давлений определ етс  по ф-ле

АР pgh,

(1)

об

где АР - перепад давлений в точке жидкости на глубине h;. р g - сила т жести жидкости. Магнитна  жидкость отличаетс  от ычных жидкостей наличием объемной млгнитной сплыло М VH. поэтому выраже- е (1) дл  нашего случа  имеет следующий вид:

AP /9gh- //0M VH,

(2)

где ju0 - магнитна  проницаемость вакуума; ;| М - намагниченность магнитной жидко- CTk

VH - градиент напр женности магнит- не го пол  в жидкости.

Учитыва , что объемна  магнитна  сила значительно превосходит силу т жести используемого объема магнитной жидкости, то ее значением можно пренебречь, а выра- (2) при этом будет иметь вид:

ДР ft0M VH. (3)

| Из этого выражени  видно, что, изме- нй  градиент напр женности магнитного пол , можно в широких пределах измен ть диапазон измер емого уровн  контролируемой жидкости 2 в емкости 1.

, Предлагаемый электромагнитный уров- не|мёр работает следующим образом,

При отсутствии жидкости 2 в емкости 1 отсутствует и давление на магнитную жидко :ть 6 через поверхность сильфона 3, котора  надежно удерживаетс  магнитом 7 в трубке 5 на нулевом уровне. В этом случае преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответствующий нулевому уровню жидкости 2. Если же по ка(им-то причинам преобразователь выдает сигнал наличи  уровн  жидкости 2 в пустой емкости 1, то с помощью регулирующего элемента блока 11 измен ют ток, а если необходимо, и его направление в электромагните 9 и осуществл ют корректировку нул  микроперемещением магнитной жид- к обти б в трубке 5, взаимодействующей с преобразователем 10.

При заполнении емкости 1 жидкостью 2 образуетс  перепад давлений, воздействующий на магнитную жидкость 6 через воспринимающую поверхность сильфона 3. Под давлением, которое направлено против объемной магнитной силы, происходит вытеснение магнитной жидкости 6 из корпуса 4

5 в трубку 5. Микроперемещение под давлением магнитной жидкости б в корпусе 4 пропорционально уровню измер емой жидкости 2 вызывает микроперемещение магнитной жидкости и в трубке 5, но в 5 раз

0 большее из-за разницы диаметров корпуса 4 и трубки 5, что обеспечивает высокую чув- ствительность уровнемера. Перемещающа с  магнитна  жидкость 6 в трубке 5 взаимодействует с преобразователем 10,

5 который выдает сигнал, пропорциональный измер емому уровню в блок 11.

При снижении контролируемого уровн  жидкости 2 давление, воздействующее на магнитную жидкость 6, уменьшаетс  и под

0 действием выталкивающей объемной магнитной силы магнитна  жидкость б из. полости трубки 5 перемещаетс  в полость корпуса 4 и преобразователь 10 выдает на измерительный блок 11 сигнал, соответству5 ющий новому более низкому уровню жидкости 2.

Из выражени  (3) видно, что верхний предел измер емого уровн  определ етс  величиной градиента- напр женности мзг0 нитного пол . Например, при отсутствии пол  электромагнита 8 предел измер емого уровн  определ етс  полем кольцевого магнита 7, которое обеспечивает в магнитной жидкости VH, равный 2-106 А/м2, поэтому

5 согласно выражению (3)

ДР 1,26-10 б-50-103-2-106 1,2б-105Па.

Так как 10J Пз примерно равно давле- 0 нию в 1 атм., то дл  воды верхний предел измер емого уровн  равен 12,6 м. .

Увеличива  напр женность магнитного пол  электромагнита 8, можно снижать значени  градиента магнитной напр женности 5 и регулировать верхний предел измерени  уровн  в сторону его уменьшени .

Так как объем магнитной жидкости 6 в корпусе 4 в 30 раз превышает объем жидко0 сти в полости трубки 5, то дл  обеспечени  одинаковой выталкивающей объемной магнитной силы в жидкости 6 корпуса 4 достаточно получить градиент напр женности магнитного пол , в 30 раз меньший, чем в

5 полости трубки 5. Поэтому используемый диапазон регулировани  тока в электромагните 8 обеспечивает широкий диапазон измер емых уровней - от 10 см до 12,6 м. Причем нижн   граница диапазона измерений достигаетс  при токе 38 мА в электромагните 8, т.е. не на предельном токе.

Точн ость измерений верхних уровней во всем диапазоне не ниже ± 0,5%, что в 2-4 раза выше, чем у известных, широко используемых уровнемеров.

Установка в качестве воспринимающей поверхности сильфона 3 в контакте с магФ о р м у л а и з о б р е т е и и  

Электромагнитный уровнемер, содержащий немагнитный корпус с чувствительным элементом внутри него в виде магнитной жидкости, кольцевой посто нный магнит и преобразователь перемещени  чувствительнЬго элемента, о т л и ч а ю- щ и и с   тем. что, с целью повышени  точности и расширени  диапазона измерени , корпус снабжен немагнитной сообщающейс  с ним трубкой, на свободном конце которой установлен преобразователь перенитной жидкостью б позвол ет дополнительно повысить точность измерений, так как он обладает линейной упругой характеристикой .

Все это говорит о достижении цели изобретени  с большим положительным эффектом . г

мещени  магнитной жидкости, а конец со стороны корпуса охвачен посто нным кольцевым магнитом, выполненным с аксиальной намагниченностью, при этом введены сильфон,закреплённый в торце корпуса с возможностью взаимодействи  с контролируемой средой, и два электромагнита, один из которых расположен на внешней поверхности немагнитного корпуса, а второй - на внешней поверхности немагнитной трубки, причем северный полюс посто нного магнита направлен в сторону свободного конца трубки. V : .. ;;,: