RU2135961C1 - Liquid level gauge - Google Patents

Abstract

FIELD: test of liquid level in various technological apparatuses. SUBSTANCE: liquid level gauge includes float with through hole embracing vertical guiding tube with disc on end which houses hermetically sealed reed relays. Hermetically sealed reed relays and magnets are anchored on bar inside tube facing opposite directions, relays are located in field of action of magnets which interact with internal wall of float manufactured from ferromagnetic alloy. Length of wall is bigger than distance between hermetically sealed reed relays which determine maximum permissible deviations of upper and lower levels of liquid from preset one. For expansion of technological capabilities of gauge nonmagnetic tube with float is mounted on cover of tank to change its position by height and is fitted with additional limiter of upward travel of float in the form clamp so anchored on tube that ferromagnetic tube is fixed in extreme upper position by clamp and interacts with upper hermetically sealed reed relay and magnet determining upper maximum permissible level of liquid. EFFECT: enhanced authenticity of test and expanded technological capabilities of level gauge. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля уровня в резервуарах и различных технологических емкостях, например, в выпарных аппаратах сахарного производства. The invention relates to instrumentation and can be used to control the level in tanks and various technological tanks, for example, in evaporators of sugar production.

Известен датчик уровня жидкости со свободным поплавком /К.И. Харазов. Устройства атвоматики с магнитоуправляемыми контактами. М.: Энергоатомиздат, 1990 с. 215 - 216/. В резервуаре с жидкостью установлена вертикальная немагнитная труба, по которой свободно перемещается поплавок с кольцевым магнитом. Внутри трубы размещен геркон или группа герконов. При перемещении поплавка с магнитом происходит срабатывание геркона. Данный датчик прост в реализации, но имеет существенный недостаток. При выходе поплавка с магнитом из взаимодействия с герконом, полученная информация об уровне жидкости неоднозначна, то есть не позволяет определенно судить о положении уровня жидкости в промежутке между герконами. Этими же недостатками обладает датчик уровня жидкости с постоянным магнитом, охватывающим закрытую с одного конца немагнитную трубу, внутри которой дискретно по всей высоте расположены горизонтально герконы, снабженные плоскими магнитопроводами, протяженными на высоту шага дискретности и установлвенными с зазором. /Датчик уровня жидкости. А.с. N 1675686, кл. G 01 F 23/62. 23,74/. Known liquid level sensor with a free float / K.I. Kharazov. Atvomatics devices with magnetically controlled contacts. M .: Energoatomizdat, 1990 p. 215 - 216 /. A vertical non-magnetic pipe is installed in the reservoir with the liquid, along which the float with an annular magnet moves freely. A reed switch or a group of reed switches is placed inside the pipe. When moving the float with a magnet, the reed switch is triggered. This sensor is easy to implement, but has a significant drawback. When the float with a magnet comes out of interaction with the reed switch, the obtained information about the liquid level is ambiguous, that is, it does not allow a definite judgment of the position of the liquid level in the gap between the reed switches. The same disadvantages are possessed by a liquid level sensor with a permanent magnet, covering a non-magnetic pipe closed at one end, inside of which horizontally reed switches are arranged discretely over the entire height, equipped with flat magnetic cores extended to a step of discreteness and set with a gap. / Liquid level sensor. A.S. N 1675686, cl. G 01 F 23/62. 23.74 /.

Наиболее близким по техническому решению с заявленным объектом является сигнализатор уровня жидкости /Сигнализатор уровня жидкости. А.с. 1742628 кл. G 01 F 23/56/, который взят нами за прототип. Closest to the technical solution with the claimed object is a liquid level indicator / liquid level indicator. A.S. 1742628 C. G 01 F 23/56 /, which we took as a prototype.

Сигнализатор уровня жидкости содержит поплавок c магнитом и со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую немагнитную трубу, внутри которой расположен геркон с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы. Для повышения надежности работы в агрессивных средах поплавок выполнен в виде верхнего и нижнего пустотелых стаканов, где магнит закреплен внутри поплавка. The liquid level switch contains a float with a magnet and with a through hole, covering a vertical guide non-magnetic pipe, inside of which there is a reed switch with a disk restricting the stroke of the float at the end of the pipe. To increase reliability in aggressive environments, the float is made in the form of upper and lower hollow glasses, where the magnet is fixed inside the float.

При изменении уровня жидкости поплавок с магнитом перемещается по трубе и происходит срабатывание геркона, что фиксируется как изменение уровня. Данный сигнализатор имеет существенный недостаток - неоднозначность полученной информации об уровне жидкости. Так при выходе из взаимодействия геркона и магнита невозможно однозначно определить уровень жидкости, поднялся ли он вверх или наоборот понизился. Наличие групп герконов так же не устраняет этот недостаток, так как в промежутках между герконами информации об уровне жидкости нет, что делает процесс регулировки и контроля уровня в технологических процессах мало эффективным, так как уровень жидкости может выйти за границы предельно допустимых критических значений, что особенно опасно в аппаратах, работающих при повышенной температуре, давлении и с агрессивными средами. When the liquid level changes, the float with a magnet moves along the pipe and the reed switch is triggered, which is recorded as a level change. This indicator has a significant drawback - the ambiguity of the received information about the liquid level. So, when the reed switch and the magnet exit the interaction, it is impossible to unambiguously determine the liquid level, whether it has risen up or vice versa. The presence of groups of reed switches also does not eliminate this drawback, since there is no information on the liquid level in the intervals between the reed switches, which makes the process of level adjustment and control in technological processes not very effective, since the liquid level can go beyond the limits of maximum permissible critical values, which is especially it is dangerous in devices operating at elevated temperature, pressure and with aggressive environments.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности контроля уровня жидкости и расширение технологических возможностей. The task of the invention is to improve the accuracy of control of the liquid level and the expansion of technological capabilities.

Поставленная задача достигается тем, что датчик уровня жидкости содержит магнит и поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы, герметичной с одного конца, с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы, внутри которой на планке закреплены в противоположном направлении относительно друг друга герконы и магниты, причем герконы расположены в поле действия магнитов, взаимодействующих с внутренней стенкой поплавка при его перемещении. Внутренняя стенка поплавка, охватывающая немагнитную трубу, выполнена в виде трубы из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами, определяющими предельно допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного уровня, а немагнитная направляющая труба установлена, например, на крышке сосуда с возможностью изменения ее положения по высоте и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка вверх в виде, например, хомутика, закрепленным на немагнитной трубе так, чтобы ферромагнитная труба поплавка в крайнем верхнем, зафиксированном хомутиком положении, входила во взаимодействие с верхним герконом и магнитом, определяющим верхний предельно допустимый уровень жидкости. The problem is achieved in that the liquid level sensor contains a magnet and a float with a through hole, covering a vertical guide in the form of a non-magnetic pipe, sealed at one end, with a disk restricting the stroke of the float at the end of the pipe, inside of which the bar is fixed in the opposite direction relative to each other reed switches and magnets, and the reed switches are located in the field of action of magnets that interact with the inner wall of the float when it is moved. The inner wall of the float, covering the non-magnetic pipe, is made in the form of a pipe made of ferromagnetic material, the length of which is greater than the distance between the reed switches, which determine the maximum permissible deviations of the upper and lower liquid levels relative to a given level, and the non-magnetic guide pipe is installed, for example, on the lid of the vessel with the possibility of changing its position in height and is equipped with an additional limiter for the upward movement of the float in the form, for example, of a clamp mounted on a non-magnetic pipe so that the ferromagnet itnaya tube float in its upper, locked position, a collar, engages with the upper reed switch and a magnet defining an upper maximum permissible level of the liquid.

В отличие от прототипа предлагаемый датчик уровня позволяет повысить точность контроля за счет исключения неоднозначной информации. Тогда как в известных аналогах при перемещении поплавка с кольцевым магнитом он попадает в зону между герконами, где информация отсутствует. Применение множества герконов по всей высоте трубы значительно снижает ее надежность и усложняет эксплуатацию. А установка немагнитной направляющей трубы с возможностью изменения ее положения по высоте с дополнительным ограничителем хода поплавка значительно расширяет технологические возможности контроля и регулировки уровня жидкости в широких пределах. Нет необходимости установки множества герконов по всей высоте. Достаточно установить 3 пары геркон-магнит, которые и определят предельно допустимый уровень. Перечисленные выше взаимосвязанные признаки обеспечивают повышение точности контроля и расширения технологических возможностей. Unlike the prototype, the proposed level sensor can improve the accuracy of control by eliminating ambiguous information. Whereas in well-known analogues, when moving a float with a ring magnet, it enters the zone between the reed switches, where information is missing. The use of multiple reed switches along the entire height of the pipe significantly reduces its reliability and complicates operation. And the installation of a non-magnetic guide pipe with the possibility of changing its height position with an additional float travel limiter significantly expands the technological capabilities of monitoring and adjusting the liquid level over a wide range. There is no need to install many reed switches along the entire height. It is enough to install 3 pairs of reed switch magnet, which will determine the maximum permissible level. The interrelated features listed above provide improved control accuracy and enhanced technological capabilities.

Кроме того, предложенный датчик отличается простотой изготовления и высокой надежностью, так как каждая пара геркон-магнит строго зафиксирована и не меняет своего положения, меняется только положение поплавка относительно них. In addition, the proposed sensor is simple to manufacture and highly reliable, since each reed switch magnet is strictly fixed and does not change its position, only the position of the float relative to them changes.

Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень и критерию новизны", так как из опубликованных источников информации авторами не обнаружено подобное техническое решение, а предложенное техническое решение, его отличительные признаки позволяют получить такие новые свойства, как повышение объективности контроля и расширения технологических возможностей. The proposed technical solution satisfies the criterion of "inventive step and the criterion of novelty," since the authors have not found such a technical solution from published sources of information, and the proposed technical solution, its distinguishing features allow us to obtain new properties such as increasing the objectivity of control and expanding technological capabilities.

На чертеже представлен датчик контроля уровня жидкости. The drawing shows a sensor for monitoring the liquid level.

Датчик уровня жидкости содержит поплавок 1 со сквозным отверстием, охватывающим вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы 2, герметичной с одного конца с ограничивающим ход поплавка диском 3 на торце трубы 2, внутри которой дискретно по высоте на планке 4 закреплены в противоположном направлении относительно друг друга герконы, верхний 5, средний 6 и нижний 7 и магниты, верхний 8, средний 9 и нижний 10 так, что геркон 5 находится в поле действия магнита 8, геркон 6 взаимодействует с магнитом 9, а геркон 7 взаимодействует с магнитом 10. Внутренняя стенка поплавка 1 выполнена в виде трубы 11 из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами 5, 7, определяющими предельно допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного (фиг. 1). Поплавок для повышения прочности имеет ребра жесткости 12. Немагнитная направляющая труба 2 установлена, например, на крышке 13 сосуда 14 с возможностью изменения ее положения по высоте (на фиг. 1 обозначено стрелками) и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка 1 вверх в виде хомутика 15, закрепленным на трубе 2 так, чтобы внутренняя ферромагнитная труба 11 в крайнем верхнем положении входила во взаимодействие с верхним герконом 5 и магнитом 8, определяющим верхний предельно допустимый уровень жидкости. Длина трубы 11 больше расстояния между герконами 5, 7, т.е. больше поля допуска на изменение уровня (L > 2Δh, где L - длина трубы, 2Δh - поле допуска). The liquid level sensor contains a float 1 with a through hole covering a vertical guide in the form of a non-magnetic pipe 2, sealed at one end with a disk 3 limiting the stroke of the float at the pipe end 2, inside of which reed switches are mounted discreetly in height on the bar 4 in the opposite direction relative to each other , upper 5, middle 6 and lower 7 and magnets, upper 8, middle 9 and lower 10 so that reed switch 5 is in the field of action of magnet 8, reed switch 6 interacts with magnet 9, and reed switch 7 interacts with magnet 10. Internal The wall of the float 1 is made in the form of a pipe 11 made of ferromagnetic material, the length of which is greater than the distance between the reed switches 5, 7, which determine the maximum permissible deviations of the upper and lower liquid levels relative to the specified one (Fig. 1). The float for increasing strength has stiffening ribs 12. A non-magnetic guide tube 2 is installed, for example, on the cover 13 of the vessel 14 with the possibility of changing its height position (indicated by arrows in Fig. 1) and is equipped with an additional limiter for the upward movement of the float 1 in the form of a clamp 15, mounted on the pipe 2 so that the inner ferromagnetic pipe 11 in its highest position interacts with the upper reed switch 5 and the magnet 8, which determines the upper maximum permissible fluid level. The length of the pipe 11 is greater than the distance between the reed switches 5, 7, i.e. more than the tolerance field for changing the level (L> 2Δh, where L is the pipe length, 2Δh is the tolerance field).

Датчик уровня жидкости работает следующим образом. В измерительную камеру или сосуд 14 устанавливают вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы 2 с поплавком 1 на заданную глубину (расстояние от крышки 13 до диска 8). Жидкость в исходном состоянии отсутствует. При этом поплавок 1 лежит на диске 3, а ферромагнитная труба 11 находится вне поля действия каждого из магнитов 8, 9, 10. В этом случае каждый геркон находится в магнитном поле противоположного магнита, т.е. магнит взаимодействует с герконом 5, магнит 9 взаимодействует с герконом 6, а магнит 10 взаимодействует с герконом 7. Все герконы находятся в сработанном состоянии. В такой позиции поплавка средний геркон 6 (регулирующий) выдает сигнал на клапан 17 для подачи жидкости в сосуд 14. Нижний геркон 7 выдает сигнал о уровне жидкости ниже предельно допустимого. При подъеме уровня жидкости и контакта с поплавком 1, он начинает подниматься по немагнитной трубе 2. При входе верхнего конца ферромагнитной трубы 11 в зону действия магнита 10 часть магнитного потока шунтируется ею, магнитное поле через геркон ослабляется и он переходит в противоположное состояние - несработанное. При этом выдается сигнал о том, что уровень жидкости находится в пределах допуска (выше нижнего предельно допустимого), так как нижний геркон определяет нижнюю границу допуска и установлен ниже среднего геркона 6, определяющий номинальный уровень, на расстоянии Δh. Подъем уровня жидкости продолжается. При входе верхнего конца трубы 11 в поле действия магнита 9 геркон 6 переходит в противоположное состояние - несработанное. Механизм действия геркона 6 аналогичен геркону 7. Геркон 6 выдает сигнал на прекращение подачи жидкости в сосуд 14. Клапан 17 закрывается. При колебаниях уровня жидкости ферромагнитная труба 11 будет взаимодействовать с магнитом 9 и герконом 6 и будет периодически поступать сигнал от геркона к клапану 17 на закрытие и открытие, чем и будет определяться поддержание заданного уровня. При выходе уровня жидкости за верхний предел геркон 5 выдает аварийный сигнал. Дальнейшее повышение уровня жидкости не приведет к подъему поплавка, что не изменит состояние геркона 5 за счет наличия ограничителя 15 хода поплавка в крайнем верхнем положении и аварийный сигнал о подъеме уровня не исчезнет, что невозможно достичь в известных аналогах. Предложенное устройство позволяет повысить точность контроля уровня жидкости за счет исключения неоднозначной информации. Тогда как в известных датчиках уровня при перемещении поплавка с кольцевым магнитом он попадает в зону между герконами, где информация будет отсутствовать. The liquid level sensor operates as follows. In the measuring chamber or vessel 14, a vertical guide is installed in the form of a non-magnetic pipe 2 with a float 1 to a predetermined depth (distance from the cover 13 to the disk 8). There is no fluid in the initial state. In this case, the float 1 lies on the disk 3, and the ferromagnetic pipe 11 is outside the field of action of each of the magnets 8, 9, 10. In this case, each reed switch is in the magnetic field of the opposite magnet, i.e. the magnet interacts with the reed switch 5, the magnet 9 interacts with the reed switch 6, and the magnet 10 interacts with the reed switch 7. All the reed switches are in the operating state. In this position of the float, the middle reed switch 6 (regulating) gives a signal to the valve 17 for supplying liquid to the vessel 14. The lower reed switch 7 gives a signal about the liquid level below the maximum permissible. When the liquid level rises and contact with the float 1, it begins to rise along the non-magnetic pipe 2. When the upper end of the ferromagnetic pipe 11 enters the zone of action of the magnet 10, it shunts part of the magnetic flux, the magnetic field is weakened through the reed switch, and it goes into the opposite state - unworked. In this case, a signal is issued that the liquid level is within the tolerance (above the lower maximum permissible), since the lower reed switch determines the lower tolerance limit and is set below the average reed switch 6, which determines the nominal level, at a distance Δh. The rise in fluid level continues. When the upper end of the pipe 11 enters the field of action of the magnet 9, the reed switch 6 goes into the opposite state - unworked. The mechanism of action of the reed switch 6 is similar to the reed switch 7. The reed switch 6 gives a signal to stop the flow of fluid into the vessel 14. The valve 17 closes. With fluctuations in the liquid level, the ferromagnetic pipe 11 will interact with the magnet 9 and the reed switch 6 and will periodically receive a signal from the reed switch to the valve 17 for closing and opening, which will determine the maintenance of a given level. When the fluid level exceeds the upper limit, the reed switch 5 gives an alarm. A further increase in the liquid level will not lead to a rise in the float, which will not change the state of the reed switch 5 due to the presence of a limiter 15 of the stroke of the float in its highest position and the alarm signal about the level rise will not disappear, which cannot be achieved in the known analogues. The proposed device can improve the accuracy of monitoring the liquid level by eliminating ambiguous information. Whereas in known level sensors, when a float with a ring magnet is moved, it enters the zone between the reed switches, where information will be absent.

Применение же множества герконов по всей высоте трубы значительно усложняет систему контроля, снижает ее надежность и усложняет эксплуатацию. The use of many reed switches along the entire height of the pipe greatly complicates the control system, reduces its reliability and complicates operation.

Применение данного датчика в системах контроля и регулировки уровня жидкости не требует сложных приборов, компьютеров и преобразователей. The use of this sensor in monitoring systems and adjusting the liquid level does not require complex devices, computers and converters.

Предлагаемый датчик изготовлен и испытан. В настоящее время изготовлено пять промышленных образцов датчиков для внедрения в промышленную эксплуатацию. The proposed sensor is manufactured and tested. Currently, five industrial sensors have been manufactured for commercialization.

Claims (3)

1. Датчик уровня жидкости, содержащий магнит и поплавок со сквозным отверстием, охватывающий вертикальную направляющую в виде немагнитной трубы, герметичной с одного конца, с ограничивающим ход поплавка диском на конце трубы, внутри которой дискретно по высоте расположены герконы, отличающийся тем, что внутри трубы на планке закреплены в противоположных направлениях относительно друг друга герконы и магниты, причем герконы расположены в поле действия магнитов, взаимодействующих с внутренней стенкой поплавка при его перемещении. 1. The liquid level sensor containing a magnet and a float with a through hole, covering a vertical guide in the form of a non-magnetic pipe, sealed at one end, with a disk restricting the stroke of the float at the end of the pipe, inside of which there are discreetly height-mounted reed switches, characterized in that inside the pipe reed switches and magnets are fixed in opposite directions relative to each other, and the reed switches are located in the field of action of the magnets interacting with the inner wall of the float when it is moved. 2. Датчик уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что внутренняя стенка поплавка, охватывающая немагнитную трубу, выполнена в виде трубы из ферромагнитного материала, длина которой больше расстояния между герконами, определяющими предельно-допустимые отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости относительно заданного уровня. 2. The liquid level sensor according to claim 1, characterized in that the inner wall of the float, covering a non-magnetic pipe, is made in the form of a pipe made of ferromagnetic material, the length of which is greater than the distance between the reed switches, which determine the maximum permissible deviations of the upper and lower liquid levels relative to a given level . 3. Датчик уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что немагнитная направляющая труба установлена, например, на крышке сосуда с возможностью изменения ее положения по высоте и снабжена дополнительным ограничителем хода поплавка вверх в виде, например, хомутика, закрепленным на немагнитной трубе так, чтобы ферромагнитная труба поплавка в крайнем верхнем, зафиксированном хомутиком положении, входила во взаимодействие с верхним герконом и магнитом, определяющим верхний предельно-допустимый уровень жидкости. 3. The liquid level sensor according to claim 1, characterized in that the non-magnetic guide tube is installed, for example, on the lid of the vessel with the possibility of changing its position in height and is equipped with an additional limiter for the upward movement of the float in the form of, for example, a clamp mounted on a non-magnetic pipe so so that the ferromagnetic pipe of the float in the extreme upper position fixed by the collar enters into interaction with the upper reed switch and the magnet that determines the upper maximum permissible liquid level.