RU2150088C1

RU2150088C1 - Liquidometer

Info

Publication number: RU2150088C1
Application number: RU98118518A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Шевцов; В.Б. Кожин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: measurement of level of dielectric liquids. SUBSTANCE: liquidometer has capacitive cylindrical level detectors electrically insulated one from another which ends are positioned at same level. Level detectors include coaxial cylindrical electrodes arranged coaxially one relative to another. Two coaxial screens as minimum are placed between adjacent level detectors and electrically insulated from level detectors. Ends of level detectors set at same level are fixed by means of coaxial screen bushings which are placed in interelectrode space of each level detector, are electrically insulated from level detectors and are anchored by one end faces, other end faces of screen bushings are located in one plane perpendicular to axis of level detectors. First screen installed between adjacent level detectors comes as bushing mounted between fastening members and anchored by one end face. Second screen is fabricated in the form of coaxial members joined by tube, one member being attached to one ends of level detectors and others, one or more, being placed opposite to other ends of level detectors. Second screen is fixed with regard to level detectors with the aid of electric insulation members. EFFECT: diminished dimensions of liquidometer. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня диэлектрических жидкостей, находящихся в резервуарах, в частности уровня компонентов жидкого криогенного топлива в баках ракет-носителей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: нефтеперерабатывающей, химической и др. The invention relates to measuring equipment and is intended to measure the level of dielectric liquids in tanks, in particular the level of components of liquid cryogenic fuel in the tanks of launch vehicles, and can be used in various industries: oil refining, chemical, etc.

Известны устройства для измерения уровня жидкости, содержащие несколько емкостных датчиков, расположенных на одной оси [1], но данные устройства не обладают достаточной надежностью. Known devices for measuring the liquid level, containing several capacitive sensors located on the same axis [1], but these devices do not have sufficient reliability.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является многоэлектродный емкостной уровнемер для жидкости [2], содержащий емкостные цилиндрические датчики уровня, электроизолированные друг от друга, одни концы которых установлены на одном уровне, а также электроизоляционные и крепежные элементы. Closest to the invention in technical essence and the achieved result (prototype) is a multi-electrode capacitive level gauge for liquid [2], containing capacitive cylindrical level sensors, electrically insulated from each other, one ends of which are installed at the same level, as well as electrical insulating and fastening elements.

Недостатком этого уровнемера являются его увеличенные габариты. The disadvantage of this level gauge is its increased dimensions.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение габаритов устройства. The technical result of the proposed solution is to reduce the size of the device.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом измерителе уровня жидкости, содержащем емкостные цилиндрические датчики уровня, электроизолированные друг от друга, одни концы которых установлены на одном уровне, а также электроизоляционные и крепежные элементы, в отличие от прототипа датчики выполнены коаксиальными и расположены коаксиально относительно друг друга, при этом введено не менее двух коаксиальных экранов, которые установлены между смежными датчиками и электроизолированы от датчиков, причем концы датчиков, установленные на одном уровне, зафиксированы посредством коаксиальных экранных втулок, которые расположены в межэлектродном пространстве каждого датчика, электроизолированы от датчиков и закреплены у одних из своих торцев, при этом другие торцы экранных втулок размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси датчиков, кроме того, первый экран, установленный между смежными датчиками, выполнен также в виде втулки, размещен между крепежными элементами датчиков и закреплен у одного из своих торцев, а второй выполнен в виде соединенных трубой коаксиальных элементов, один из которых прикреплен на одних концах датчиков, а другие, один и более, расположены напротив других концов датчиков, при этом второй экран по длине зафиксирован относительно датчиков при помощи электроизоляционных элементов. The technical result is achieved by the fact that in the proposed liquid level meter containing capacitive cylindrical level sensors, electrically insulated from each other, one ends of which are installed at the same level, as well as electrical insulating and fastening elements, in contrast to the prototype, the sensors are made coaxial and arranged coaxially relative to each other at the same time, at least two coaxial screens are introduced, which are installed between adjacent sensors and are electrically isolated from the sensors, the ends of the sensors being installed At the same level, they are fixed by means of coaxial screen bushings, which are located in the interelectrode space of each sensor, are insulated from sensors and fixed at one of their ends, while the other ends of the screen bushings are placed in one plane perpendicular to the axis of the sensors, in addition, the first screen installed between adjacent sensors is also made in the form of a sleeve, placed between the mounting elements of the sensors and fixed at one of its ends, and the second is made in the form of connected by a pipe oaksialnyh elements, one of which is attached at one end sensors, and others, one or more, located opposite the other end of the sensor, wherein the second screen is fixed over the length relative to the sensors by means of insulating elements.

Предлагаемое размещение датчиков коаксиально относительно друг друга и введение взаимосвязанных экранов между ними позволяют достичь уменьшения габаритов устройства. The proposed placement of the sensors is coaxial relative to each other and the introduction of interconnected screens between them allows to achieve a reduction in the dimensions of the device.

На фиг. 1 представлен общий вид измерителя уровня жидкости; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид снизу. In FIG. 1 shows a general view of a liquid level meter; in FIG. 2 - the same, top view; in FIG. 3 - the same, bottom view.

Он состоит из емкостных коаксиальных цилиндрических датчиков уровня BN1 и BN2. It consists of capacitive coaxial cylindrical level sensors BN1 and BN2.

Датчик BN1 включает коаксиальные цилиндрические электроды 1, 2, крепежные элементы 3 - 6, крепежно-электроизоляционные элементы 7 и электроизоляционные элементы 8, 9. Датчик BN2 включает в себя коаксиальные цилиндрические электроды 10, 11, крепежные элементы 12 - 16, крепежно-электроизоляционные элементы 17 и электроизоляционные элементы 18, 19. Датчики BN1 и BN2 размещены коаксиально, BN2 внутри BN1. Между датчиками BN1 и BN2 установлены два коаксиальных экрана 20 и 21. Концы датчиков BN1 и BN2 установлены на одном уровне A, зафиксированы посредством коаксиальных экранных втулок 22, 23, которые расположены в межэлектродном пространстве датчиков BN1 и BN2 соответственно. У одних торцев экранные втулки 22, 23 закреплены крепежными деталями 24. Торцы Б,B экранных втулок 22, 23 размещены в одной плоскости A, перпендикулярной оси Г датчиков BN1 и BN2, кроме того, экран 20, установленный между датчиками BN1 и BN2, выполнен также в виде втулки, размещен между крепежными элементами 3, 4, 5, 6, 12, 13 датчиков и закреплен у одного из своих торцев крепежными элементами 24, а экран 21 выполнен в виде коаксиальных элементов 25, 26, соединенных трубой 27. Коаксиальный элемент 25 прикреплен у одних концов датчиков посредством крепежных элементов 3, 4, 5, 6, 24. Коаксиальный элемент 26, в данном примере один, расположен напротив других концов датчиков. Коаксиальных элементов 26 может быть и большее количество при выполнении датчиков разной длины. Экран 21 по длине зафиксирован относительно датчиков при помощи электроизоляционных элементов 28, 29. The BN1 sensor includes coaxial cylindrical electrodes 1, 2, fasteners 3 to 6, fastening and insulating elements 7 and electrical insulating elements 8, 9. The BN2 sensor includes coaxial cylindrical electrodes 10, 11, fastening elements 12 to 16, fastening and electrical insulating elements 17 and electrical insulating elements 18, 19. Sensors BN1 and BN2 are placed coaxially, BN2 inside BN1. Between the sensors BN1 and BN2 there are two coaxial screens 20 and 21. The ends of the sensors BN1 and BN2 are installed at the same level A, fixed by means of the coaxial screen bushings 22, 23, which are located in the interelectrode space of the sensors BN1 and BN2, respectively. At one end, the screen sleeves 22, 23 are fixed with fasteners 24. The ends B, B of the screen sleeves 22, 23 are placed in one plane A perpendicular to the axis G of the sensors BN1 and BN2, in addition, the screen 20 installed between the sensors BN1 and BN2 is made also in the form of a sleeve, placed between the fastening elements 3, 4, 5, 6, 12, 13 of the sensors and fixed at one of its ends by fastening elements 24, and the screen 21 is made in the form of coaxial elements 25, 26 connected by a pipe 27. Coaxial element 25 is attached at one end of the sensors by means of fasteners 3, 4, 5, 6, 24. The coaxial element 26, in this example, one, is located opposite the other ends of the sensors. Coaxial elements 26 may be larger when performing sensors of different lengths. The screen 21 along the length is fixed relative to the sensors using electrical insulating elements 28, 29.

Измеритель уровня жидкости состоит из двух датчиков BN1, BN2, которые резервируют друг друга при работе, другими словами при выходе из строя одного из датчиков его заменяет другой, что обеспечивает надежность измерения уровня жидкости в топливном баке, а это очень важно для такой сложной системы как ракетный носитель. Датчик уровня жидкости, например, BN1 состоит из электродов 1,2, которые посредством взаимной ориентации крепежно-электроизоляционными элементами 7 и крепления крепежными элементами 3 - 6 образуют измерительный преобразователь неэлектрической величины в электрическую, а именно преобразующий величину уровня жидкости в величину электрической емкости датчика. При попадании в рабочий зазор между электродами 1,2 жидкости с диэлектрической проницаемостью большей единицы, электрическая емкость датчика изменяется и по величине ее с помощью преобразующей аппаратуры определяют уровень жидкости. Крепежные элементы 5, 6, электрически соединенные с электродами 1, 2, электроизолируют от экранов посредством элементов 8, 9 и нанесением электроизоляционного покрытия на крепежные элементы 3, 4 и втулки 22, 25, которое выполняют путем нанесения слоя окислов алюминия, например, анодным оксидированием толщиной 40 - 80 мкм с последующим покрытием фторопластом 100 - 200 мкм. Датчик BN2 выполняют аналогичным способом, как и датчик BN1. Датчики BN1, BN2 располагают коаксиально относительно друг друга, при этом электрически устраняют влияние датчиков друг на друга путем размещения не менее двух коаксиальных экранов 20, 21 между смежными датчиками и электрического изолирования данных экранов от датчиков способом, описанным выше. Посредством экранных втулок 22, 23 устраняют взаимное влияние электродов 1, 2 и электродов 10, 11 в местах расположения переходных втулок D, а также устанавливают на одном уровне одни из концов датчиков посредством расположения торцев Б, В экранных втулок в одной плоскости A, перпендикулярной оси датчиков. Экранные втулки 22, 23 электроизолируют от электродов указанным выше электроизоляционным покрытием. Влияние температурных перепадов при измерении уровня в криогенных жидкостях компенсируют закреплением экранных втулок 22, 23 крепежными элементами 24 в одной плоскости, перпендикулярной оси датчиков. Взаимное влияние датчиков друг на друга через крепежные элементы устраняют установкой между смежными датчиками экрана 20, выполненного также в виде втулки. The liquid level meter consists of two sensors BN1, BN2, which reserve each other during operation, in other words, when one of the sensors fails, it is replaced by another, which ensures the reliability of measuring the liquid level in the fuel tank, and this is very important for such a complex system as rocket launcher. A liquid level sensor, for example, BN1 consists of electrodes 1,2, which, through the mutual orientation of the fastening and insulating elements 7 and fastening by the fastening elements 3 to 6, form a measuring transducer of non-electric magnitude into electric, namely, converting the magnitude of the liquid level into the electric capacitance of the sensor. When liquid with a dielectric constant of greater than 1 falls into the working gap between the electrodes, the electric capacitance of the sensor changes and the liquid level is determined by its value using the conversion equipment. The fasteners 5, 6, electrically connected to the electrodes 1, 2, are electrically insulated from the shields by means of elements 8, 9 and by applying an insulating coating to the fasteners 3, 4 and bushings 22, 25, which is performed by applying a layer of aluminum oxides, for example, anodic oxidation 40 - 80 microns thick with the subsequent fluoroplastic coating 100 - 200 microns. The sensor BN2 perform in a similar manner as the sensor BN1. The sensors BN1, BN2 are arranged coaxially relative to each other, while electrically eliminating the influence of the sensors on each other by placing at least two coaxial screens 20, 21 between adjacent sensors and electrically isolating these screens from the sensors in the manner described above. By means of screen sleeves 22, 23, the mutual influence of the electrodes 1, 2 and electrodes 10, 11 is eliminated at the locations of the adapter sleeves D, and also one of the ends of the sensors is installed at the same level by arranging the ends of B, B of the screen sleeves in one plane A, perpendicular to the axis sensors. Screen sleeves 22, 23 are electrically insulated from the electrodes by the aforementioned electrically insulating coating. The influence of temperature differences when measuring the level in cryogenic liquids is compensated by fixing the screen sleeves 22, 23 with fasteners 24 in the same plane perpendicular to the axis of the sensors. The mutual influence of the sensors on each other through the fasteners is eliminated by installing between the adjacent sensors of the screen 20, also made in the form of a sleeve.

Влияние перепадов температуры на экран 20 компенсируют посредством его крепления крепежными элементами 24 в одной плоскости, перпендикулярной оси датчиков. Влияние электродов одного датчика на электроды другого устраняют размещением между смежными датчиками экрана 21, выполненного в виде соединенных трубой коаксиальных элементов 25, 26, один из которых 25 крепят на одних концах датчиков посредством крепежных элементов 3, 4, 5, 6, 24, а другие коаксиальные элементы 26, в количестве один и более, располагают напротив других концов датчиков. В случае, если датчики выполнены разной длины, коаксиальных элементов 26 более одного. Влияние перепадов температуры на экран 21 устраняют путем крепления коаксиального элемента 25 экрана 21 крепежными элементами 24 в одной плоскости, перпендикулярной оси датчиков, при этом экран 21 по длине фиксируют относительно датчиков при помощи электроизоляционных элементов 28. 29. Все элементы экранов должны быть соединены между собой и с корпусом изделия. The influence of temperature changes on the screen 20 is compensated by fixing it with fasteners 24 in the same plane perpendicular to the axis of the sensors. The influence of the electrodes of one sensor on the electrodes of the other is eliminated by placing a screen 21 between adjacent sensors made in the form of coaxial elements 25, 26 connected by a pipe, one of which 25 is mounted at one end of the sensors by means of fixing elements 3, 4, 5, 6, 24, and others coaxial elements 26, in the amount of one or more, are located opposite the other ends of the sensors. In the event that the sensors are made of different lengths, the coaxial elements 26 are more than one. The influence of temperature differences on the screen 21 is eliminated by fixing the coaxial element 25 of the screen 21 with fastening elements 24 in one plane perpendicular to the axis of the sensors, while the screen 21 is fixed in length relative to the sensors using electrical insulating elements 28. 29. All screen elements must be interconnected and with the body of the product.

Преимуществом этого измерителя уровня жидкости являются его уменьшенные габариты при достаточной надежности за счет расположения датчиков один внутри другого и введения вышеуказанной системы экранов. Это позволяет максимально приблизить датчики друг к другу, а также электроды датчиков. The advantage of this liquid level meter is its reduced dimensions with sufficient reliability due to the location of the sensors inside one another and the introduction of the above screen system. This allows you to bring the sensors as close to each other as possible, as well as the sensor electrodes.

Дополнительно в системах, где требуется установка датчиков в устройства успокоения колебаний уровня жидкости, снижается масса данных устройств. Additionally, in systems where it is necessary to install sensors in devices for damping fluid level fluctuations, the mass of these devices is reduced.

Источники информации
1. JP Заявка N 54-10261, G 01 F 23/26, 1979.Sources of information
1. JP Application N 54-10261, G 01 F 23/26, 1979.

2. US Патент N 3862571, G 01 F 23/26, 1975 (прототип). 2. US Patent N 3862571, G 01 F 23/26, 1975 (prototype).

Claims

A liquid level meter containing capacitive cylindrical level sensors, electrically insulated from each other, one ends of which are installed at the same level, as well as fastening and electrical insulating elements, characterized in that the sensors include coaxial cylindrical electrodes and are located coaxially relative to each other, without introducing less than two coaxial screens that are installed between adjacent sensors and are electrically isolated from the sensors, and the ends of the sensors installed at the same level are fixed vans by means of coaxial screen bushings, which are located in the interelectrode space of each sensor, are electrically insulated from sensors and fixed at one of their ends, and the other ends of the screen bushings are placed in one plane perpendicular to the axis of the sensors, in addition, the first screen installed between adjacent sensors is made also in the form of a sleeve, placed between the fasteners and fixed at one of its ends, and the second is made in the form of coaxial elements connected by a pipe, one of which is attached and one ends of the sensors, while others, one or more, located opposite the other ends of the sensors, the length of the second screen fixed relative to the sensors by means of insulating elements.