RU2740340C1 - Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to remote monitoring of liquid level, mainly oil products, incl. in non-stationary objects. Liquid level gage comprises a float with limiters and at least two light guides, wherein light guides located outside the container with liquid are separated from the float by a sealed partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, wherein at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, end faces of light guides are optically coupled with possibility of movement, at that, ferromagnetic element outside the container is mechanically conjugated with one of light guides.EFFECT: technical result is creation of reliable fire-safe and noise-immune sensor for wide range of measured liquids, including viscous and opaque.6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах.The invention relates to the field of instrumentation and can be used for measuring the level of liquid fuels and liquefied gases, incl. in non-stationary objects.

Известны датчики уровня жидкости для бака транспортного средства, содержащие поплавок, установленный в нем магнит, нижний и верхний ограничители хода поплавка, вертикальную направляющую трубу, внутри которой расположены герконы, и электросоединитель.Known fluid level sensors for a vehicle tank containing a float, a magnet installed therein, lower and upper float travel stops, a vertical guide tube, inside which the reed switches are located, and an electrical connector.

Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ №2284481).An example is a liquid level sensor for a vehicle tank (RF patent No. 2284481).

Однако такое устройство является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения. К недостаткам также можно отнести также дребезг контактов геркона, хрупкость стеклянного баллона и высокую чувствительность к внешним магнитным полям.However, such a device is fire hazardous due to the presence of electrical circuits, in fact, in the tank of the vehicle, and is not always reliable, because in the signal wires, pickups can occur - both from their own power networks, and from external electromagnetic radiation. The disadvantages also include bouncing of reed switch contacts, fragility of a glass cylinder and high sensitivity to external magnetic fields.

Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ №2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическому волокну к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает, и перепад фиксируется.Known fiber-optic liquid level sensors, devoid of these disadvantages. An example is a fiber-optic liquid level indicator (RF patent No. 2297602), which uses the effect of reflection at the interface between glass and air. Part of the optical signal from the emitter supplied to the measured capacitance by the optical fiber is reflected at the interface and returns through the optical fiber to the photodetector. When the liquid level rises to the sensor part of the sensor, glass and liquid become the interface between the media, the refractive indices of which are close. The return level drops sharply and the drop is fixed.

Однако такие датчики неработоспособны в непрозрачных средах и в вязких средах, например, в мазуте, в переохлажденном дизельном топливе, когда на сенсорной части подобных датчиков застывают пленки или формируются капли загустевшей жидкости.However, such sensors are inoperable in opaque media and in viscous media, for example, in fuel oil, in supercooled diesel fuel, when films freeze on the sensor part of such sensors or droplets of a thickened liquid are formed.

Цель изобретения - создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных.The purpose of the invention is to create a reliable fireproof and noise-immune sensor for a wide range of measured liquids, including viscous and opaque.

Это достигается тем, что в предлагаемом датчике световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены с возможностью перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из световодов.This is achieved by the fact that in the proposed sensor the light guides located outside the container with the liquid are separated from the float by a sealed non-magnetic partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, the ends of the light guides are optically coupled with the ability to move, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled to one of the light guides.

Варианты исполнения:Execution options:

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles.

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinal poles.

Вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из световодов.A spring element is located outside the container and is connected to at least one of the light guides.

Пары световодов распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.The pairs of light guides are distributed along the height of the container according to the number of reference points.

Хотя бы часть оправы подвижного световода выполнена из ферромагнитного материала.At least part of the frame of the movable light guide is made of ferromagnetic material.

На Фиг. 1 показано размещение деталей одного из вариантов конструкции уровнемера, предельного датчика уровня.FIG. 1 shows the placement of parts of one of the design options for the level gauge, the limit level sensor.

На Фиг. 2 приведена оптическая схема предельного датчика уровня с использованием двух световодов.FIG. 2 shows an optical diagram of a limit level sensor using two optical fibers.

Фиг. 1. Датчик содержит поплавок 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. В торце поплавка закреплен магнит 2. За герметичной немагнитной перегородкой 3 расположен волоконно-оптический узел, включающий оптически сопряженные передающий 4 и приемный 5 световоды. С подвижным световодом 4 соединен магнит 6. Световод 4 поджат пружиной 7.FIG. 1. The sensor contains a float 1 mounted for rotation around a horizontal axis. A magnet 2 is fixed at the end of the float. Behind the sealed non-magnetic partition 3, there is a fiber-optic unit including optically coupled transmitting 4 and receiving 5 light guides. A magnet 6 is connected to the movable light guide 4. The light guide 4 is pressed by a spring 7.

Предельный датчик уровня работает следующим образом: при подъеме уровня жидкости поплавок 1 всплывает, и магнит 2 взаимодействуя с магнитом 6, смещает его радиально относительно оптической оси вместе со световодом 4, сжимая пружину 7. Оптический сигнал из торца световода 4, попадавший в световод 5, изменяется. При снижении уровня жидкости пружина 7 снова отжимает световод в исходное положение.The limit level sensor works as follows: when the liquid level rises, the float 1 floats up, and the magnet 2, interacting with the magnet 6, displaces it radially relative to the optical axis together with the light guide 4, compressing the spring 7. An optical signal from the end of the light guide 4, entering the light guide 5, changes. When the liquid level drops, the spring 7 again pushes the light guide back to its original position.

Фиг. 2. Оптическая схема на базе двух световодов: излучатель 8 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 4, приемный световод 5, фотоприемник 9.FIG. 2. An optical scheme based on two light guides: emitter 8 (for example, LED or laser diode), transmitting light guide 4, receiving light guide 5, photodetector 9.

Рассмотренные аналоги работают только в режиме "да-нет", фиксируя либо контакт оптической поверхности с жидкостью, либо момент срабатывания геркона. В отличие от них, мощность оптического сигнала в предложенной схеме по мере приближения к отражателю всплывающего поплавка с магнитом изменяется, что является сверхэффектом, позволяющим путем простого умножения предложенной схемы превратить предельный датчик в уровнемер с постоянным съемом сигнала по мере изменения уровня жидкости.The considered analogs work only in the "yes-no" mode, fixing either the contact of the optical surface with the liquid, or the moment the reed switch is triggered. In contrast, the power of the optical signal in the proposed scheme changes as the floating float with a magnet approaches the reflector, which is a super-effect that allows, by simply multiplying the proposed scheme, to turn the limit sensor into a level gauge with constant signal pickup as the liquid level changes.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить пожаробезопасность и надежность датчика уровня жидкости путем замены электрического сигнала на оптический - как в самой емкости с топливом, так и на всем пути до приемопередающего блока.The proposed design makes it possible to increase the fire safety and reliability of the liquid level sensor by replacing the electrical signal with an optical one - both in the tank with fuel and all the way to the transceiver unit.

Claims (6)

1. Уровнемер жидкости, содержащий поплавок с ограничителями и не менее чем пару световодов, отличающийся тем, что световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены с возможностью перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из световодов.1. Liquid level gauge containing a float with limiters and at least a pair of light guides, characterized in that the light guides located outside the container with the liquid are separated from the float by a sealed partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of them is constant magnet and at least one is connected to the float, the ends of the fibers are optically coupled with the ability to move, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled with one of the fibers. 2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.2. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles. 3. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.3. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinally arranged poles. 4. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из световодов.4. A level gauge according to claim 1, characterized in that a spring element connected to at least one of the light guides is located outside the container. 5. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что пары световодов распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.5. A level gauge according to claim 1, characterized in that the pairs of light guides are distributed along the height of the container according to the number of reference points. 6. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что хотя бы часть оправы подвижного световода выполнена из ферромагнитного материала.6. A level gauge according to claim 1, characterized in that at least a part of the frame of the movable light guide is made of a ferromagnetic material.

Images