RU2683139C1 - Float liquid level gauge - Google Patents
Float liquid level gauge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683139C1 RU2683139C1 RU2018111920A RU2018111920A RU2683139C1 RU 2683139 C1 RU2683139 C1 RU 2683139C1 RU 2018111920 A RU2018111920 A RU 2018111920A RU 2018111920 A RU2018111920 A RU 2018111920A RU 2683139 C1 RU2683139 C1 RU 2683139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- liquid level
- unit
- level
- pulse
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
- G01F23/64—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
- G01F23/72—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using magnetically actuated indicating means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Level Indicators Using A Float (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения высоты уровня различных жидкостей в резервуарах больших размеров.The present invention relates to instrumentation and can be used to determine the height of various liquids in large tanks.
Известны многочисленные поплавковые измерители уровней жидкости [1, 2, 3], основу которых составляют герметические контакты (герконы), установленные с соответствующим шагом по всей длине немагнитной вертикальной трубки, и поплавок в форме тора, который охватывает данную трубку и на котором установлен постоянный магнит. При наполнении емкости (резервуара) жидкостью или при ее сливе поплавок перемещается вдоль трубки соответственно вверх/вниз. При этом герконы под воздействие постоянного магнитного поля замыкают или размыкают свои контакты, что регистрируется и анализируется соответствующей электронной аппаратурой. Данные измерители уровня просты по техническому решению и изготовлению, однако они имею невысокую точность измерения уровня жидкости, так как точность зависит от расстояния между герконами, а оно в резервуарах большой емкости может быть существенным.Numerous float meters of liquid levels are known [1, 2, 3], which are based on hermetic contacts (reed switches) installed with an appropriate step along the entire length of a non-magnetic vertical tube, and a torus-shaped float that encloses this tube and on which a permanent magnet is mounted . When filling a container (tank) with liquid or when draining it, the float moves along the tube, respectively, up / down. At the same time, reed switches, under the influence of a constant magnetic field, close or open their contacts, which is recorded and analyzed by appropriate electronic equipment. These level meters are simple in technical solution and manufacture, however, they have a low accuracy of measuring the liquid level, since the accuracy depends on the distance between the reed switches, and it can be significant in large tanks.
Известны оптические измерители уровня, в частности [4]. Данный измеритель содержит вертикальную прозрачную трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, поплавок с источником лазерного луча, плоские световоды по всей длине трубки с двухслойным покрытием (полупрозрачным и светонепроводящим), растровые кодовые решетки, фотодиоды, дешифраторы, усилители-формирователи, ВЧ-генератор. Достоинством измерителя является бесконтактность измерения уровня жидкости, а также то, что показания уровнемера представляются сразу в цифровой форме. Недостаток измерителя заключается в его существенной сложности и высокой стоимости.Known optical level meters, in particular [4]. This meter contains a vertical transparent tube communicating with the controlled reservoir, a float with a laser beam source, flat optical fibers along the entire length of the tube with a two-layer coating (translucent and non-conductive), raster code gratings, photodiodes, decoders, amplifiers-shapers, and an RF generator. The advantage of the meter is the non-contact measurement of the liquid level, as well as the fact that the level gauge is presented immediately in digital form. The disadvantage of the meter is its significant complexity and high cost.
Известно устройство по способу измерения уровня жидких сред [5], в котором чувствительным элементом является вертикальная по всей высоте резервуара линейка с установленными на ней с определенным шагом дифференциально включенными термопарами. При равенстве температур обоих спаев термо-ЭДС на выходе термопары формироваться не будет. Жидкость при соприкосновении с одни из спаев (не зависимо от того, поднимается или опускается уровень жидкости), будет изменять его температуру, в результате чего на выходе термопары будет появляться термо-ЭДС, которая затем соответствующим образом регистрируется и преобразуется в информационный сигнал. В этом заключается принцип работы подобных измерителей. Недостатки измерителя заключаются в следующем. Во-первых, величина значения термо-ЭДС прямо пропорциональна разности температур двух спаев. Это означает, что для уверенной регистрации термо-ЭДС и надежной работы измерителя необходимо добиваться большой разности температур спаев, что, в свою очередь, получить не просто. Во-вторых, в данном измерителе точность измерения зависит от шага размещения между собой термопар: чем меньше шаг, тем выше точность. Однако при этом будет существенно повышаться и стоимость всего измерителя.A device is known according to the method for measuring the level of liquid media [5], in which the sensitive element is a ruler vertical along the entire height of the tank with differentially connected thermocouples installed on it with a certain step. If the temperatures of both junctions of the thermo-EMF are equal, no thermocouple will be formed at the output of the thermocouple. In contact with one of the junctions (regardless of whether the liquid level rises or falls), its temperature will change, as a result of which a thermo-emf will appear at the output of the thermocouple, which is then recorded and converted into an information signal accordingly. This is the principle of operation of such meters. The disadvantages of the meter are as follows. Firstly, the value of the thermo-EMF value is directly proportional to the temperature difference of the two junctions. This means that for reliable registration of thermo-EMF and reliable operation of the meter, it is necessary to achieve a large temperature difference of junctions, which, in turn, is not easy to obtain. Secondly, in this meter, the accuracy of the measurement depends on the step of placing thermocouples between each other: the smaller the step, the higher the accuracy. However, the cost of the entire meter will increase significantly.
Известен способ определения уровня жидкости и сигнализатор уровня жидкости для его осуществления [6]. Здесь в резервуаре расположена вертикальная мерная линейка с нанесенными на нее делениями. Изображение этой линейки передается посредством телевизионной камеры, закрепленной на поплавке, который свободно перемещается в вертикальном направлении вдоль мерной линейки при изменении уровня жидкости. Достоинством сигнализатора является высокая точность измерения уровня жидкости. Однако оптика телевизионной камеры будет требовать частого обязательного технического обслуживания, так как агрессивная жидкость и ее пары оказывают негативное воздействие на оптические элементы, что отрицательно отразится на эффективности эксплуатации данного сигнализатора.A known method of determining the liquid level and the liquid level indicator for its implementation [6]. Here in the tank is a vertical gauge with the markings applied to it. The image of this ruler is transmitted by means of a television camera mounted on a float, which moves freely in the vertical direction along the measuring ruler when the liquid level changes. The advantage of the detector is the high accuracy of measuring the liquid level. However, the optics of a television camera will require frequent mandatory maintenance, since aggressive liquid and its vapors have a negative effect on optical elements, which will negatively affect the operational efficiency of this detector.
Наиболее близким по технической реализации является способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер [7]. Уровнемер содержит: чувствительный элемент с помещенным в диэлектрическую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала с закрепленным на его верхнем конце пьезоэлементом и обмоткой, намотанной по всей длине на эту трубку, размещенный в изолирующей оболочке; поплавок с магнитным блоком из N постоянных магнитов; генератор электрического импульса; усилитель колебаний с пьезоэлемента; формирователь импульса; блок определения интервалов времени; блок определения уровня жидкости; задатчик скорости звука в звукопроводе; груз.The closest in technical implementation is a method of measuring the liquid level by a magnetostrictive level gauge and a magnetostrictive level gauge [7]. The level gauge contains: a sensitive element with a sound conductor made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube with a piezoelectric element fixed to its upper end and a winding wound along the entire length of this tube placed in an insulating sheath; float with a magnetic block of N permanent magnets; electric pulse generator; oscillation amplifier with a piezoelectric element; pulse shaper; unit for determining time intervals; liquid level determination unit; sound speed adjuster in the sound duct; cargo.
Принцип работы уровнемера заключается в следующем: формирование электрического импульса заданной длительности; преобразование этого импульса в ультразвуковые колебания в звукопроводе посредством деформации звукопровода, формируя по всей длине обмотки катушки возбуждения переменный магнитный поток; преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания путем деформации кристалла сегнетоэлектрика пьезоприемника под воздействием ультразвуковых колебаний; измерение интервала времени прохождения ультразвуковых колебаний; определение по известной скорости звука в звукопроводе и измеренному интервалу времени уровень жидкости. За интервал времени прохождения ультразвуковых колебаний принимают интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования электрических колебаний на пьезоприемнике.The principle of operation of the level gauge is as follows: the formation of an electrical impulse of a given duration; the conversion of this pulse into ultrasonic vibrations in the sound duct by deforming the sound duct, forming an alternating magnetic flux along the entire length of the winding of the excitation coil; the conversion of ultrasonic vibrations into electrical vibrations by deformation of a piezoelectric receiver ferroelectric crystal under the influence of ultrasonic vibrations; measuring the time interval for the passage of ultrasonic vibrations; determination by the known speed of sound in the sound pipe and the measured time interval, the liquid level. The time interval between the passage of ultrasonic vibrations is taken to be the time interval between the instant of supply of the generated pulse of a given duration to the coil of the excitation coil and the instant of formation of electrical oscillations on the piezoelectric receiver.
К достоинствам прототипа можно отнести высокую точность измерения, низкое энергопотребление и безопасность эксплуатации, возможность измерений на удаленных расстояниях. Недостатком прототипа является существенная сложность технического решения и изготовления.The advantages of the prototype include high measurement accuracy, low power consumption and operational safety, the ability to measure at remote distances. The disadvantage of the prototype is the significant complexity of the technical solution and manufacture.
Целью изобретения является упрощение электрической схемы и конструкции поплавкового измерителя уровня жидкости.The aim of the invention is to simplify the electrical circuit and the design of the float level meter.
Поставленная цель достигается тем, что в поплавковом измерителе уровня жидкости, содержащем чувствительный элемент длиной выше максимально-допустимого уровня жидкости и закрепленный в вертикальном положении в резервуаре, поплавок, перемещающийся относительно чувствительного элемента, блок питания, блок определения уровня и передачи информации, связанный радиоканалом с блоком визуального отображения информации, груз, закрепленный в нижней части чувствительного элемента для его стабилизации в вертикальном положении, чувствительный элемент выполнен в виде жесткой немагнитной трубки, внутри которой расположена загерметизиророванная измерительная линейка, выполненная в виде бифилярной скрутки из изолированного провода с постоянным шагом λ0 и питающаяся постоянным или переменным напряжением от блока питания, на поплавке вертикально один под другим расположены два датчика магнитного поля, расстояние между которыми L равно (2n+1)⋅λ0/2 (n - целое число 1, 2, 3, ….), каждый из которых связан с формирователем импульсов, а выходы формирователей импульсов посредством подпружиненных проводников соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика импульсов, выход которого подключен к входу блока определения уровня и передачи информации, причем, счетчик импульсов, блоки питания и определения уровня и передачи информации располагаются выше максимального уровня жидкости, а поплавок, датчики и формирователи импульсов составляют единый измерительный блок.This goal is achieved by the fact that in the float meter measuring liquid level, containing a sensor element longer than the maximum allowable liquid level and fixed in a vertical position in the tank, a float moving relative to the sensor element, a power supply, a unit for determining the level and transmission of information associated with the radio channel with a unit for visual display of information, the load secured in the lower part of the sensitive element for its stabilization in the vertical position, sensitive the element is made in the form of a rigid non-magnetic tube, inside of which there is a sealed measuring ruler made in the form of a bifilar twist from an insulated wire with a constant pitch λ 0 and powered by a constant or alternating voltage from the power supply, two magnetic field sensors are located vertically one under the other, distance between which is equal to L (2n + 1) ⋅λ 0/2 (n -. the
Принцип действия поплавкового измерителя уровня жидкости иллюстрируется фиг. 1, на которой представлены конструкция измерителя и его функциональная электрическая схема, и фиг. 2, которая поясняет физический принцип работы измерителя.The principle of operation of the float meter is illustrated in FIG. 1, which shows the design of the meter and its functional electrical circuit, and FIG. 2, which explains the physical principle of the meter.
Предлагаемый поплавковый измеритель уровня жидкости размещается внутри резервуара 1, имеющего заливную и сливную магистрали и клапан, связывающий внутреннюю полость резервуара с атмосферой. Данный клапан открывается при сливе жидкости для выравнивания давления с целью исключения механической деформации резервуара. Поплавковый измеритель содержит чувствительный элемент 2, представляющий собой вертикальную жесткую немагнитную трубку, имеющую длину, несколько превышающую максимально-допустимый уровень жидкости НМАКС в резервуаре, внутри которой расположена измерительная линейка 3, выполненная в виде бифилярной скрутки из изолированного провода с постоянным шагом (периодом) λ0. Электропитание линейки осуществляется напряжением UП от блока питания (БП) 4. По трубке 2 при заливе или сливе жидкости вверх-вниз скользит поплавок 5, на котором жестко закреплены два датчика магнитного поля Д1 и Д2 6, 7 и связанные с ними формирователи импульсов ФИ1 и ФИ2 8, 9. Поплавок, датчики и формирователи импульсов составляют единый измерительный блок (ИБ) 10.The proposed float meter for liquid level is located inside the
Выходы формирователей ФИ1 и ФИ2 соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика импульсов 11, выход которого подключен ко входу блока определения уровня и передачи информации (БОУПИ) 12. Блок питания, счетчик импульсов и блок определения уровня и передачи информации размещаются в приборном отсеке (ПО) 13 в верхней части резервуара выше максимального уровня жидкости. Допускается герметичное размещение приборного отсека вне резервуара.The outputs of the formers FI1 and FI2 are connected to the corresponding inputs of the
Информация о текущем уровне жидкости в резервуаре блоком 12 по радиоканалу передается на блок визуального отображения информации (БВОИ) 14 (например, дисплей, монитор и т.п.), который может располагаться на значительном расстоянии от резервуара и с которым взаимодействует оператор.Information on the current liquid level in the tank by
Для обеспечения вертикального положения чувствительного элемента и предотвращения его колебаний внутри резервуара при заливе или сливе жидкости в верхней части он крепится к стенке резервуара с помощью соответствующего упора (кронштейна) 15, а в нижней части к нему крепится соответствующий груз 16.To ensure the vertical position of the sensitive element and prevent its oscillations inside the tank when filling or draining the liquid in the upper part, it is attached to the wall of the tank using the appropriate stop (bracket) 15, and in the lower part the
Датчики Д1 и Д2 устанавливаются на поплавке так, что их оси чувствительности параллельны друг другу и ориентированы перпендикулярно измерительной линейке. Расстояние между датчиками по вертикали L равноSensors D1 and D2 are mounted on the float so that their sensitivity axes are parallel to each other and oriented perpendicular to the measuring line. The vertical distance between the sensors L is
гдеλ0 - период скрутки;where λ 0 is the twisting period;
n - целое число 1, 2, 3,....n is an
Выбор такого расстояния между датчиками, в частности, выбор числа «n», обоснован тем, что в практической конструкции поплавкового измерителя уровня необходимо учитывать реальные геометрические размеры датчиков 6 и 7, а также длину периода λ0. Число «n» - есть количество периодов скрутки λ0, которые должны укладываться между датчиками, чтобы они выдавали сигнал с требуемым сдвигом по фазе (для работы реверсивного счетчика импульсов). На сам принцип работы измерителя «n» не влияет.The choice of such a distance between the sensors, in particular, the choice of the number "n", is justified by the fact that in the practical design of the float level meter it is necessary to take into account the real geometric dimensions of the
Вращательные движения измерительного блока 10 относительно чувствительного элемента 2 исключены, например, выполнением соответствующей по всей длине трубки направляющей, входящей в паз в материале поплавка 5.Rotational movements of the
С целью исключения воздействия агрессивных жидкостей измерительная линейка 3 соответствующим образом герметизируется в трубке 2.In order to eliminate the effects of aggressive liquids, the
Трубка 2 должна выполняться из материала, обладающего низкой адгезионной способностью, стойкого к действию агрессивных жидкостей, способного работать в большом диапазоне температур. Она может быть как диэлектрической, так и немагнитной металлической (например, из нержавеющей стали). Поплавок 5 должен иметь относительно трубки 2 зазор, который обеспечивает его скольжение вдоль трубки без затирания. Для улучшения условий скольжения поплавка наружная поверхность трубки и внутренняя часть поплавка могут покрываться специальной пленкой из материала с малым коэффициентом трения скольжения, например, фторопластовой пленкой. Гарантированный зазор должен быть достаточно большим, чтобы неизбежные различные отложения и загрязнения, концентрируемые на внешней поверхности трубки и внутренней стороне поплавка, не препятствовали его движению вдоль трубки в течение установленного межрегламентного интервала времени.The
С другой стороны, гарантированный зазор должен быть достаточно маленьким, чтобы поплавок центрировался на диэлектрической трубке и погрешность измерения уровня жидкости в резервуаре, обусловленная перекосом положения поплавка относительно вертикали, была бы сведена к минимуму.On the other hand, the guaranteed clearance should be small enough so that the float is centered on the dielectric tube and the error in measuring the liquid level in the tank due to the skew position of the float relative to the vertical would be minimized.
В связи с этим обстоятельством возможно введение некоторых ограничений на характеристику жидкостей, уровень которых измеряется: их вязкость должна быть достаточно низкой, чтобы не мешать движению поплавка вдоль чувствительного элемента.In connection with this circumstance, some restrictions may be introduced on the characteristics of liquids whose level is measured: their viscosity should be low enough not to interfere with the movement of the float along the sensitive element.
Линия связи между формирователями импульсов 8, 9 и реверсивным счетчиком импульсов 11 выполнена из подпружиненных проводников. Длина этих проводников должна позволять поплавку (или измерительному блоку) перемещаться вдоль трубки от минимальной до максимальной отметок. Подпружиненные проводники могут размещаться в специальных трубках для предохранения их от нежелательного скручивания (на рисунке не показаны).The communication line between the
Блок питания 4 может быть как постоянного, так и переменного напряжения. В соответствии с требованиями по электробезопасности к резервуарам с легковоспламеняющимися нефтепродуктами запрещено подводить внешнее напряжение сети 220 В 50 Гц. Из этого следует, что в данном случае источником постоянного напряжения должна быть только аккумуляторная батарея большой емкости, которой может стать, например, литиевая аккумуляторная батарея с временем полного разряда током несколько миллиампер до 5 лет, после чего она заменяется на новую. Для получения переменного напряжения может использоваться генератор переменного напряжения (обычно 2-6 кГц), питающийся также от аккумуляторной батареи.
Если в резервуаре хранятся не легковоспламеняющиеся жидкости, то к нему разрешается подводить внешнее напряжение сети 220 В 50 Гц. В таких случаях в качестве источника постоянного напряжения может использоваться любой стабилизированный выпрямитель напряжения.If non-flammable liquids are stored in the tank, then it is allowed to supply an external voltage of 220 V 50 Hz to it. In such cases, any stabilized voltage rectifier can be used as a constant voltage source.
Нагрузкой для БП 4 является измерительная линейка, представляющая собой упомянутую скрутку изолированных проводников, имеющая малое электрическое сопротивление. Поэтому во всех перечисленных случаях электрические сопротивления измерительной линейки 3 и выхода блока питания 4 должны быть соизмеримы, т.е. низкоомными.The load for
Если измерительная линейка питается постоянным напряжением, то в качестве датчиков магнитного поля может использоваться любой гальваномагнитный прибор: датчик Холла, магнитодиод, магниторезистор и т.п.If the measuring line is powered by a constant voltage, then any galvanomagnetic device can be used as magnetic field sensors: Hall sensor, magnetodiode, magnetoresistor, etc.
Если измерительная линейка питается переменным напряжением, то в качестве датчиков магнитного поля лучше всего использовать небольшие индукционные датчики (катушки индуктивности).If the measuring line is powered by alternating voltage, then small induction sensors (inductors) are best used as magnetic field sensors.
Физический принцип работы поплавкового измерителя рассмотрен на примере питания измерительной линейки переменным напряжением с использованием индукционных датчиков (катушек индуктивности) и поясняется фиг. 2.The physical principle of operation of the float meter is considered on the example of supplying the measuring line with alternating voltage using induction sensors (inductors) and is illustrated in FIG. 2.
Известно, что бифилярной называется линия, состоящая из двух близко расположенных скрученных изолированных проводов, по которым протекают одинаковые токи (I1=12) в противоположных направлениях. Благодаря такой конструкции, бифилярная линия практически не создает вокруг себя магнитного поля. Однако в непосредственной близости к проводам это не так. На фиг. 2а) представлен случай, когда провода бифиляра лежат в плоскости, параллельной плоскости катушки датчика, т.е. ось датчика параллельна вектору магнитной индукции поля между проводниками. Индукция результирующего магнитного поля посередине между проводами (на рисунке не показана) найдется по принципу суперпозиции: It is known that a bifilar line is called a line consisting of two closely spaced twisted insulated wires along which the same currents flow (I 1 = 1 2 ) in opposite directions. Thanks to this design, the bifilar line practically does not create a magnetic field around itself. However, in the immediate vicinity of the wires, this is not so. In FIG. 2a) presents the case when the wires of the bifilar are in a plane parallel to the plane of the sensor coil, i.e. the axis of the sensor is parallel to the magnetic field vector between the conductors. The resulting magnetic field induction in the middle between the wires (not shown in the figure) there is a superposition principle:
где - индукция магнитного поля, создаваемая первым проводником скрутки в месте расположения датчика 6 (или 7);Where - magnetic field induction created by the first twist conductor at the location of the sensor 6 (or 7);
- индукция магнитного поля, создаваемая вторым проводником скрутки в месте расположения датчика 6 (или 7); - magnetic field induction created by the second twist conductor at the location of the sensor 6 (or 7);
I=I1=I2 - амплитуда тока, протекающего по измерительной линейке (скрутке из двух изолированных проводников);I = I 1 = I 2 - the amplitude of the current flowing along the measuring line (twisting of two insulated conductors);
r - расстояние от токопроводящей жилы до точки, в которой анализируется магнитное поле (точка соприкосновения изоляции проводов).r is the distance from the conductive core to the point at which the magnetic field is analyzed (the point of contact of the insulation of the wires).
На фиг. 2 использованы следующие буквенные обозначения: d - диаметр токопроводящей жилы, D - наружный диаметр изоляции, Ф - поток магнитной индукции через сечение катушки датчика.In FIG. 2, the following letter designations are used: d is the diameter of the conductive core, D is the outer diameter of the insulation, F is the flux of magnetic induction through the cross section of the sensor coil.
Из фиг. 2 видно, что From FIG. 2 shows that
Учитывая это, получим:Given this, we get:
Результирующее магнитное поле создает в точке нахождения катушки датчика магнитный поток Ф, вызывающий появление выходного сигнала датчика вследствие электромагнитной индукции.Resulting magnetic field creates a magnetic flux Φ at the location of the sensor coil, causing the output of the sensor due to electromagnetic induction.
При повороте бифилярного провода на 90° относительно катушки датчика (фиг. 2б)), магнитный поток через катушку датчика будет отсутствовать, так как магнитные поля отдельных проводников бифиляра вне проводников направлены в противоположные стороны и взаимно уничтожаются. Между проводниками магнитные поля отдельных проводников складываются. Вектор результирующего магнитного поля направлен перпендикулярно оси катушки, магнитный поток Ф в точке ее нахождения создаваться не будет. Следовательно, при таком взаимном расположении бифилярной скрутки и катушки датчика выходной сигнал будет отсутствовать. Перемещение поплавка 5 с датчиками 6 и 7 по вертикали вдоль витого бифиляра может рассматриваться как вращение бифиляра относительно неподвижного поплавка. В предлагаемой конструкции поплавкового измерителя уровня жидкости принудительный поворот бифиляра относительно катушки датчика обеспечивается скруткой провода и однозначно связан с перемещением поплавка 5 с датчиками 6 и 7. Перемещение поплавка 5 на один период скрутки λ0 сопровождается появлением на выходе датчика одного импульса. Эти импульсы в формирователях 8 и 9 преобразуются в прямоугольные, достаточные для их регистрации счетчиком импульсов 11.When the bifilar wire rotates 90 ° relative to the sensor coil (Fig. 2b)), there will be no magnetic flux through the sensor coil, since the magnetic fields of individual bifilar wires outside the conductors are directed in opposite directions and mutually destroyed. Between the conductors, the magnetic fields of the individual conductors add up. The vector of the resulting magnetic field is directed perpendicular to the axis of the coil, magnetic flux Φ at the point of its location will not be created. Therefore, with such a mutual arrangement of the bifilar twist and the sensor coil, the output signal will be absent. The movement of the float 5 with
Использование двух датчиков, расположенных так, что один соответствует положению фиг. 2а), а другой - положению фиг. 2б), необходимо для обеспечения работы реверсивного счетчика 11, определяющего направление движения поплавка и подсчитывающего число периодов λ0. Если поплавок с датчиками перемещается вдоль измерительной линейки в одну сторону, то импульсы подсчитываются по суммирующему входу. Если поплавок перемещается в обратную сторону, то импульсы подсчитываются по вычитающему входу. Блок определения уровня и передачи информации 12 переводит количество импульсов в значение уровня жидкости и по радиоканалу передает информацию на блок визуального отображения информации 14 в форме, удобной оператору. Информация может поступать на БВОИ по запросу оператора или через определенные интервалы времени, или по иному алгоритму.The use of two sensors arranged so that one corresponds to the position of FIG. 2a), and the other to the position of FIG. 2b), it is necessary to ensure the operation of the
Так как выходным информационным параметром в предлагаемом измерителе является число периодов скрутки λ0, то требования к стабильности источников питания являются невысокими. Кроме того, в этом случае наличие вблизи измерительной линейки внешних ферромагнитных предметов не скажется на точности измерений.Since the output information parameter in the proposed meter is the number of twisting periods λ 0 , the requirements for the stability of power supplies are low. In addition, in this case, the presence of external ferromagnetic objects near the measuring line will not affect the accuracy of the measurements.
Поплавковый измеритель уровня жидкости работает следующим образом.Float level meter works as follows.
В измерителе два датчика нужны для того, чтобы один из них переключал счетчик из режима суммирования в режим вычитания, а второй - наоборот.Например, если поплавок перемещается вверх, то сначала формируется сигнал на выходе датчика Д1, а затем - на выходе датчика Д2. Первый импульс с датчика Д1 устанавливает счетчик в режим суммирования. Когда поплавок перемещается вниз, то сначала формируется сигнал на выходе датчика Д2, первый импульс которого переводит счетчик в режим вычитания.In the meter, two sensors are needed so that one of them switches the counter from the summing mode to the subtraction mode, and the second vice versa. For example, if the float moves up, then a signal is generated at the output of sensor D1, and then at the output of sensor D2. The first pulse from the sensor D1 sets the counter in the summation mode. When the float moves down, a signal is first generated at the output of the D2 sensor, the first pulse of which puts the counter into subtraction mode.
Пусть в начальный момент резервуар пуст и поплавок находится в крайнем нижнем положении. При заливе жидкости поплавок 5 начинает перемещаться вертикально вверх, датчики 6 и 7 пересекают скрутки измерительной линейки. На выходе первого датчика Д1 появляются импульсы, которые в ФИ1 формируются в прямоугольные и затем поступают на суммирующий вход счетчика 11. Значение уровня жидкости Н1 пропорционально количеству импульсов N+1, подсчитанных счетчиком импульсов:Suppose that at the initial moment the tank is empty and the float is in its lowest position. When pouring liquid, the float 5 begins to move vertically upwards, the
H1=К⋅N+1,H 1 = K⋅N +1 ,
где К - коэффициент пропорциональности.where K is the coefficient of proportionality.
Счетчик работает так, что, как указывалось выше, первый импульс с выхода датчика Д1 переводит счетчик в режим только суммирования импульсов. При этом импульсы с выхода датчика Д2, хотя и будут поступать на вычитающий вход счетчика, но не смогут оказывать никакого влияния на подсчет импульсов по суммирующему входу.The counter works so that, as mentioned above, the first pulse from the output of the sensor D1 puts the counter in the mode of only the summation of pulses. In this case, the pulses from the output of the D2 sensor, although they will be supplied to the subtracting input of the counter, will not be able to exert any influence on the counting of pulses by the summing input.
Определение уровня жидкости в принятых единицах измерения длины происходит в БОУПИ 12. Это же блок по радиоканалу передает информацию оператору.The determination of the liquid level in the accepted length measurement units takes place in
При сливе жидкости поплавок перемещается вертикально вниз, на выходе второго датчика Д2 появляются импульсы. Первый импульс с выхода этого датчика переводит счетчик в режим вычитания. При этом аналогично импульсы с выхода датчика Д1, хотя и будут поступать на суммирующий вход счетчика, но не смогут оказывать никакого влияния на подсчет импульсов по вычитающему входу.When draining the liquid, the float moves vertically downward, pulses appear at the output of the second sensor D2. The first pulse from the output of this sensor puts the counter into subtraction mode. In this case, the pulses from the output of the D1 sensor are similar, although they will go to the summing input of the counter, but they will not be able to exert any influence on the counting of pulses at the subtracting input.
Таким образом, начинается обратный отсчет импульсов от N+1.Thus, the countdown of pulses from N +1 begins.
Пусть на какой-то момент времени, на вычитающий вход поступило N-2 импульсов. Тогда на этот момент высота уровня жидкости Н2 в резервуаре будет следующей:Suppose that at some point in time, N -2 pulses were received at the subtracting input. Then at this moment the height of the liquid level N 2 in the tank will be as follows:
Определение уровня жидкости в принятых единицах измерения длины происходит также в БОУПИ 12. Это же блок аналогично по радиоканалу передает информацию оператору.The determination of the liquid level in the accepted length measurement units also takes place in
Если далее будет вновь залив жидкости, то счетчик импульсов 11 будет суммировать импульсы только с выхода датчика Д1 с теми импульсами, которые на тот момент сохранились в памяти.If there will again be a liquid inlet, then the
Если далее начнется слив жидкости, то счетчик 11 будет производить счет по вычитающему входу, т.е. будет вычитать импульсы, поступающие только с выхода датчика Д2, от суммы импульсов, которая сохранилась в памяти на тот момент. Далее измеритель работает аналогично.If further draining of the liquid begins, then the
Перемещение поплавка на величину, равную периоду скрутки λ0 приводит к изменению выходного сигнала на один период и соответствует одной единице счетного устройства. Поэтому можем считать, что величина λ0 равна абсолютной погрешности измерения уровня.Moving the float by an amount equal to the twist period λ 0 leads to a change in the output signal by one period and corresponds to one unit of the counting device. Therefore, we can assume that the value of λ 0 is equal to the absolute error of the level measurement.
В свою очередь значение данной погрешности будет влиять на точность определения объема V или массы М непосредственно жидкости:In turn, the value of this error will affect the accuracy of determining the volume V or mass M of the liquid itself:
где S - площадь сечения резервуара;where S is the cross-sectional area of the tank;
Низм - измеренное значение уровня.N ISM - the measured value of the level.
Отсюда абсолютная погрешность определения объема ΔV жидкости будет равна:Hence, the absolute error in determining the volume ΔV of the liquid will be equal to:
Аналогично абсолютная погрешность определения массы ΔМ:Similarly, the absolute error in determining the mass ΔM:
где ρ - плотность жидкости.where ρ is the fluid density.
Из принципа работы измерителя следует, что точность измерения можно получить достаточно высокой, делая шаг скрутки как можно меньше. Несложные расчеты и рассуждения показывают, что шаг λ0 можно довести до нескольких миллиметров, что зависит от диаметра изоляции провода, из которого изготавливается измерительная линейка, и задаваемой точностью. Чем больше диаметр (площадь сечения) резервуара, тем выше будет точность измерения.From the principle of operation of the meter it follows that the accuracy of the measurement can be obtained quite high, making the twist step as small as possible. Simple calculations and reasoning show that the step λ 0 can be brought to several millimeters, which depends on the diameter of the insulation of the wire from which the measuring ruler is made, and the specified accuracy. The larger the diameter (cross-sectional area) of the tank, the higher the measurement accuracy.
Достоинствами данного поплавкового измерителя уровня жидкости являются:The advantages of this float meter are:
1. Достаточно простое техническое решение, что позволит изготавливать измерители уровня самых различных классов точности.1. A fairly simple technical solution, which will make it possible to produce level meters of the most diverse accuracy classes.
2. Универсальность, которая заключается в том, что измерительная линейка может питаться как переменным, так и постоянным напряжением.2. Universality, which consists in the fact that the measuring ruler can be powered by both alternating and constant voltage.
3. Возможность использования в резервуарах с легковоспламеняющимися нефтепродуктами.3. Possibility of use in tanks with flammable oil products.
Источники информацииInformation sources
1. Устройство для измерения уровня жидкости в скважине и границы раздела двух жидкостей с различной плотностью. Патент РФ на изобретение №2232268, 2004.1. Device for measuring the level of fluid in the well and the interface between two fluids with different densities. RF patent for the invention No. 2232268, 2004.
2. Уровнемер для жидкости. Патент РФ на изобретение №2371682, 2009.2. Level gauge for liquid. RF patent for the invention No. 2371682, 2009.
3. Сигнализатор уровня жидкости. Патент РФ на полезную модель №96956, 2010.3. Liquid level indicator. RF patent for utility model No. 96956, 2010.
4. Световой поплавковый бесконтактный измеритель уровня жидкости с цифровым выходом показаний результатов. Патент РФ на изобретение №2359237, 2009.4. Light float-free non-contact liquid level meter with a digital output of the results. RF patent for the invention No. 2359237, 2009.
5. Способ измерения уровня жидких сред. Патент РФ на изобретение №2575472, 2015.5. A method of measuring the level of liquid media. RF patent for the invention No. 2575472, 2015.
6. Способ определения уровня жидкости и сигнализатор уровня жидкости для его осуществления. Патент РФ на изобретение №2292015, 2007.6. A method for determining the liquid level and a liquid level indicator for its implementation. RF patent for the invention No. 2292015, 2007.
7. Способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер. Патент РФ на изобретение №2222786, 2004. (Прототип)7. A method of measuring a liquid level with a magnetostrictive level gauge and a magnetostrictive level gauge. RF patent for the invention No. 2222786, 2004. (Prototype)
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018111920A RU2683139C1 (en) | 2018-04-02 | 2018-04-02 | Float liquid level gauge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018111920A RU2683139C1 (en) | 2018-04-02 | 2018-04-02 | Float liquid level gauge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2683139C1 true RU2683139C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018111920A RU2683139C1 (en) | 2018-04-02 | 2018-04-02 | Float liquid level gauge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2683139C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740340C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-14 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2741275C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-22 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2742225C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-03 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2744316C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-03-05 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level detector (liquid level gauge) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU78956A1 (en) * | 1938-05-23 | 1948-11-30 | Н.Д. Рязанцев | Device for indicating and automatically adjusting fluid level |
SU1112235A1 (en) * | 1983-06-30 | 1984-09-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Digital level indicator |
SU1582023A1 (en) * | 1986-02-27 | 1990-07-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Переработке Газа | Level indicator |
US5421193A (en) * | 1993-12-30 | 1995-06-06 | Proeco, Inc. | Method and apparatus for leak detection with float excitation and self-calibration |
RU2173836C1 (en) * | 2000-05-03 | 2001-09-20 | Майоров Вячеслав Евгеньевич | Level gage |
US9683874B2 (en) * | 2015-01-26 | 2017-06-20 | Texas Lfp, Llc | Universal mounting head construction for liquid level transducers and the like |
-
2018
- 2018-04-02 RU RU2018111920A patent/RU2683139C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU78956A1 (en) * | 1938-05-23 | 1948-11-30 | Н.Д. Рязанцев | Device for indicating and automatically adjusting fluid level |
SU1112235A1 (en) * | 1983-06-30 | 1984-09-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Digital level indicator |
SU1582023A1 (en) * | 1986-02-27 | 1990-07-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Переработке Газа | Level indicator |
US5421193A (en) * | 1993-12-30 | 1995-06-06 | Proeco, Inc. | Method and apparatus for leak detection with float excitation and self-calibration |
RU2173836C1 (en) * | 2000-05-03 | 2001-09-20 | Майоров Вячеслав Евгеньевич | Level gage |
US9683874B2 (en) * | 2015-01-26 | 2017-06-20 | Texas Lfp, Llc | Universal mounting head construction for liquid level transducers and the like |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740340C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-14 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2741275C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-22 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2742225C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-03 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) |
RU2744316C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-03-05 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic level detector (liquid level gauge) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2683139C1 (en) | Float liquid level gauge | |
KR100533685B1 (en) | Position Measuring Device Using Change in Inductance of Coil, Float-type Flowmeter, and Position Measuring Method | |
US4079627A (en) | Absolute digital position measurement system | |
US4305283A (en) | Position determining apparatus | |
US20130269432A1 (en) | Electromechanical Fill-Level Measuring Device | |
Sandra et al. | A nonintrusive magnetically coupled sensor for measuring liquid level | |
CN113324623B (en) | Capacitance guided wave magnetic composite liquid level meter and measuring device | |
US3948100A (en) | Probe for measuring the level of a liquid | |
US3678748A (en) | Electrical sensing device for measurement of liquid metal | |
CN207540633U (en) | A kind of liquid level detection device | |
US20170254691A1 (en) | Functional Diagnosis of an Electromechanical Fill State Measuring Device | |
US3331245A (en) | Sensory transducers | |
KR101089275B1 (en) | Electronic flow meter for partially filled pipeline | |
CN215114746U (en) | Capacitance/guided wave magnetic composite liquid level meter and measuring device | |
RU2710007C1 (en) | Bypass level gauge | |
CN105352562A (en) | Induction type servo liquid metal liquid level measurement device and method | |
CN209131743U (en) | A kind of novel suspended body flowmeter | |
JPH0763595A (en) | Tank liquid level measuring device | |
KR100337442B1 (en) | A measuring apparatus for liquid level | |
CN205209580U (en) | Servo liquid metal liquid level measurement device of exchangeable formula | |
JP5529656B2 (en) | Liquid level detector | |
JP2017044514A (en) | Water level measurement device | |
RU55986U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LIQUID DENSITY | |
KR200181243Y1 (en) | A measuring apparatus for liquid level | |
RU2020124687A (en) | FLOAT METER OF LIQUID LEVEL IN TRANSFERABLE TANKS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200403 |