Датчик уровней воды для работы в условиях обледенения

Авторы патента:

G05D9/12 - с использованием электрических средств

G01F23/22 - путем измерения физических переменных величин, кроме линейных размеров, давления и веса, зависящих от измеряемого уровня, например путем измерения разности коэффициентов теплопередачи воды и водяных паров (с помощью поплавков G01F 23/30)

Владельцы патента RU 2648016:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования уровня воды в металлических водонапорных башнях в системах сельскохозяйственного водоснабжения. Задача предлагаемого изобретения - упрощение монтажа и повышение экологической безопасности. Технический результат достигается за счет того, что в датчике уровней воды для работы в условиях обледенения, содержащем электрод, расположенный в зоне нижнего конца трубки, герметически закрытой с обоих концов эластичными мембранами, имеющими возможность смещения в вертикальном направлении, мембраны соединены между собой проходящим через полость трубки стержнем, электрически связанным с закрепленными на внешних сторонах нижней и верхней мембран соответственно электродом и первым электрическим контактом, механически связанным с первым магнитом, над первым электрическим контактом и первым магнитом расположены соответственно второй электрический контакт, являющийся выходом датчика, и второй магнит, закрепленные неподвижно относительно трубки, причем первый и второй магниты обращены друг к другу разноименными полюсами. 1 ил.

Известен двухпозиционный датчик уровней для водонапорной башни [1], способный работать в условиях обледенения, содержащий контактирующий с водой электрод и закрытую с двух концов мембранами трубку, расположенную вертикально и заполненную антифризом. Электрод включен в цепь электромагнитного реле переменного тока, выполняющего роль устройства регулирования.

Недостатком данного датчика является то, что он требует заправки антифризом непосредственно на месте установки. Не исключена также случайная утечка антифриза и попадание его в питьевую воду.

Задача предлагаемого изобретения - устранение указанных недостатков, а именно упрощение монтажа и повышение экологической безопасности.

Технический результат достигается за счет того, что в датчике уровней воды для работы в условиях обледенения, содержащем электрод, расположенный в зоне нижнего конца трубки, герметически закрытой с обоих концов эластичными мембранами, имеющими возможность смещения в вертикальном направлении, мембраны соединены между собой проходящим через полость трубки стержнем, электрически связанным с закрепленными на внешних сторонах нижней и верхней мембран соответственно электродом и первым электрическим контактом, механически связанным с первым магнитом, над первым электрическим контактом и первым магнитом расположены соответственно второй электрический контакт, являющийся выходом датчика, и второй магнит, закрепленные неподвижно относительно трубки, причем первый и второй магниты обращены друг к другу разноименными полюсами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.

Заявляемый датчик содержит расположенную вертикально стальную трубку 1, герметически закрытую сверху и снизу мембранами 2 и 3 соответственно, соединенными механически проходящим по центру трубки стальным стержнем 4. На нижней плоскости мембраны 3 закреплен электрод 5, электрически соединенный через стержень 4 с электрическим контактом 6, установленным на верхней плоскости мембраны 2, где установлен и магнит 7. Несколько выше в зоне действия магнита 7 расположен магнит 8 и контакт 9, закрепленные неподвижно относительно трубки 1. Магниты установлены друг к другу разноименными полюсами, а контакт 7 соединен с выводом датчика 10, соединяющим датчик с устройством регулирования (на чертеже не показано).

Работает датчик следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии воды в водонапорной башне, так как сила веса Fв стержня 4, электрода 5 и магнита 7 больше подъемной силы Fм магнита 7, мембраны 2 и 3 смещены вниз 9 (на чертеже состояние А). В это время подъемная сила магнита 7 ввиду максимального зазора δ между полюсами магнитов минимальна Fм=Fм_min (зависимость Fм=f(δ) на диаграмме F-δ). Контакты 6 и 9 разомкнуты, что является сигналом для устройства регулирования уровня на включение электронасоса. Вследствие этого уровень воды в баке водонапорной башни повышается.

До того момента, пока уровень воды не достиг уровня расположения мембраны 3 (точка а на диаграмме F-h), подъемная сила давления воды Fд на мембрану 3 равна нулю, а подъемная сила Fм магнита 7 остается равной минимальному значению Fм_min. Не изменяется Fм и при дальнейшем повышении уровня воды, в то же время подъемная сила Fд начнет увеличиваться пропорционально уровню воды в баке водонапорной башни (прямая Fд=ƒ(h) на диаграмме F-h). Результирующая подъемная сила F’_Σ, равная Fд+Fм_min, также будет увеличиваться по линейному закону. При этом, пока F’_Σ<Fв, состояние датчика не изменится, контакты 6 и 9 останутся разомкнутыми, насос будет продолжать работать, уровень воды повышаться.

Как только суммарная подъемная сила F’_Σ станет несколько больше силы Fв веса подвижных частей, а это произойдет, когда уровень воды поднимется до отметки ВУ (верхний контролируемый уровень, точка с на диаграмме F-h), мембраны, а вместе с ними и все связанные с ними части начнут подниматься. Зазор δ между полюсами магнитов уменьшится, сила взаимодействия магнитов, как следует из зависимости Fм=f(δ), увеличится, что приведет к еще более быстрому подъему подвижных частей и в итоге скачкообразному переходу датчика в состояние В (точка d на диаграмме). Суммарная подъемная сила F’_Σ станет равна теперь новому значению Fʺ_Σ=Fд+Fм_max. Зазор между полюсами магнитов ограничится на уровне δ_min, контакты 6 и 9 замкнутся, устройство регулирования уровня воды отключит электронасос.

С этого момента начнется постепенное понижение уровня воды в баке водонапорной башни. Уменьшаться начнет сила Fд давления воды на мембрану 9, и вследствие этого будет происходить уменьшение и суммарной подъемной силы Fʺ_Σ по линейному закону Fʺ_Σ=f(h). В точке е, соответствующей нижнему контролируемому уровню (НУ) воды, эта сила станет несколько меньше силы Fв веса подвижных частей датчика, и датчик (аналогично описанному выше переходу из состояния А в состояние В) скачком перейдет в состояние А. Контакты датчика разомкнутся, устройство регулирования уровня воды включит электронасос. На диаграмме переход произойдет из точки е в точку b. Далее процесс работы датчика будет повторяться.

При отрицательной температуре окружающего бак водонапорной башни воздуха, как показал опыт использования данного типа датчиков, постепенное намораживание льда от цикла к циклу происходит в зоне верхнего контролируемого уровня. Это не приводит к нарушению функционирования датчика, так как в этой зоне нет активных его частей.

Таким образом, датчик сохраняет функциональные свойства, присущие прототипу, в то же время не требует заправки антифризом, что делает его более удобным и безопасным в эксплуатации.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU 1368646 А1, опубл. 23.03.1988 г.

Датчик уровней воды для работы в условиях обледенения, содержащий электрод, расположенный в зоне нижнего конца трубки, герметически закрытой с обоих концов эластичными мембранами, имеющими возможность смещения в вертикальном направлении, отличающийся тем, что мембраны соединены между собой проходящим через полость трубки стержнем, электрически связанным с закрепленными на внешних сторонах нижней и верхней мембран соответственно электродом и первым электрическим контактом, механически связанным с первым магнитом, над первым электрическим контактом и первым магнитом расположены соответственно второй электрический контакт, являющийся выходом датчика, и второй магнит, закрепленные неподвижно относительно трубки, причем первый и второй магниты обращены друг к другу разноименными полюсами.

Предложены датчики уровня жидкости. Датчик уровня жидкости содержит корпус, выступ, проходящий через корпус, и множество функционально присоединенных рычагов, расположенных в корпусе.

Система автоматического регулирования уровня воды в водохранилище гэс // 2629456

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС посредством управления приводом затвора водосброса ГЭС.

Устройство регулирования уровня воды парового котла // 2608633

Изобретение может быть использовано при изготовлении устройств контроля уровня воды в барабане котла. Устройство регулирования уровня воды парового котла содержит указатель уровня среды в виде водоуказательной колонки 1 с уровнемерным стеклом 2, которое при помощи импульсных трубок 3 и 4 жестко соединено с паровым котлом 5.

Способ регулировки клапана // 2516627

Изобретение относится к способу регулирования байпасного парового клапана. Технический результат - создание способа регулирования клапана, с помощью которого экстренное закрытие байпасной станции осуществляется таким образом, что предотвращается преждевременное запирание клапана.

Устройство контроля и регулирования уровня жидкости // 2490604

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и регулированием жидких сред.

Система для наполнения емкостей // 2461042

Изобретение относится к системе для наполнения питьевой емкости напитком. .

Способ и устройство контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве // 2427131

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к процессам водоснабжения сельских потребителей в основном посредством распространенных в сельскохозяйственном производстве и быту башенных водокачек, к процессам дозирования жидких энергоносителей в бензохранилищах и нефтехранилищах.

Устройство контроля и регулирования уровня жидкости // 2381459

Устройство контроля и регулирования уровня жидкости // 2379635

Устройство контроля и регулирования уровня жидкости // 2379634

Система датчиков заполнения прицепа для перевозки зерна // 2643213

Изобретение относится к системе для удаленного отображения уровня зерна, загружаемого в прицеп для перевозки зерна или в зернохранилище. Система содержит сенсорные полосы, прикрепленные к боковой стенке воронкообразных бункеров прицепа на расстоянии друг от друга.

Устройство и способ (варианты) для измерения толщины шлака // 2604543

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для измерения толщины шлака на поверхности жидкого металла. Технический результат - повышение точности измерения.

Способ определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе и система для его осуществления // 2602813

Изобретение относится к ядерной энергетике, конкретно к системе для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе. Система для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе содержит соединенные между собой по определенной схеме тензометрические датчики веса, датчики давления, субкомплекс сбора и обработки данных о весе реактора, субкомплекс сбора и обработки данных о давлении в реакторе, операторскую станцию и сервер архивации.

Датчик уровня транспортного исполнения (варианты) и комплект оборудования для системы контроля параметров жидкости (варианты) // 2594380

Группа изобретений относится к датчикам уровня, предназначенным для измерения, сбора и контроля параметров перевозимой в транспортных емкостях жидкости. Технический результат состоит в улучшении условий эксплуатации (повышение ремонтопригодности) и унификации (снижении типоразмеров) оборудования, которым комплектуются технические системы контроля параметров жидкости, и для объекта «датчик уровня» достигается за счет того, что в датчике уровня, состоящем из герметичного корпуса, соединенного со съемной крышкой и имеющего по меньшей мере один кабельный ввод, и жестко закрепленной в нижней части основания корпуса измерительной части с находящимся внутри нее измерительным элементом, контроллер которого размещен во внутренней полости корпуса, корпус выполнен разборным, а сам датчик уровня состоит из трех последовательно соединенных между собой типовых модулей, форма и размеры каждой пары сопрягаемых поверхностей которых соответствуют друг другу.

Способ измерения уровня жидких сред // 2575472

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дискретного измерения уровня жидких сред, в том числе в условиях высоких рабочих температур и давлений контролируемой среды.

Способ измерения уровня жидкости и устройство с нерегулярной биспирально-конической световодной структурой для его реализации (варианты) // 2573661

Изобретения относятся к волоконно-оптической технике и могут быть использованы для измерения уровня жидкости, в том числе и криогенной. Техническим результатом предлагаемого способа и устройств является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Волоконно-оптический уровнемер и способ его изготовления // 2564683

Изобретение может быть использовано для дискретного измерения уровня прозрачной для инфракрасного излучения жидкости в нескольких точках на изделиях ракетно-космической техники.

Электромагнитный детектор объекта толкающего и ударного типа // 2558715

Датчик уровня, в частности электромагнитный детектор объекта толкающего и ударного типа, содержащий: магнитный качающийся стержень, электромагнит, который расположен с одной стороны магнитного качающегося стержня, и электронный модуль, который управляет электромагнитом при выполнении привода магнитного качающего стержня для его качания и усиливает, обрабатывает и выполняет вывод с задержкой по времени сигналов качания магнитного качающего стержня, причем эти сигналы качания снимают с помощью электромагнита, упомянутый магнитный качающийся стержень подвешен на устройстве подвески с одной стороны основного корпуса, и электромагнит, который состоит из железного сердечника и катушки, расположен внутри основного корпуса.

Способ контроля уровня наполнения ж.-д. цистерн сжиженными газами и жидкими химическими продуктами // 2556089

Изобретение относится к способу контроля уровня наполнения ж.-д. цистерн сжиженными газами и жидкими химическими продуктами.

Бортовая система контроля и измерения топлива с компенсацией по температуре топлива // 2532978

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для управления заправкой самолета топливом на земле, измерения массового запаса топлива на самолете в полете, управления поперечной центровкой самолета по топливу и формирования сигнала о резервном остатке топлива.