RU1777002C - Устройство дл измерени уровн - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит 1 датчик Холла (1), 1 источник тока

Description

2

СЛ

С

8

XI

XJ

XI О О

ю

Изобретение относитс  к устройствам, предназначенным дл  измерени  уровн  жидкости.

Известны различные устройства дл  измерени  уровн  жидкости отличные по принципу действи , так же как ультразвуковые , вибрационные, емкостные, индуктивно-емкостные, гидростатические, пьезометрические. Каждое из них имеет ограниченную область применени , сравнительно узкий диапазон измерений, низкую точность и достоверность результатов измерений , сложно при практической реализации , не позвол ет фиксировать текущее значение уровн  жидкости. Известен также цифровой.оптический уровнемер, дл  которого характерны указанные недостатки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  уровнемер, содержащий диамагнитную направл ющую , заполненную диэлектрической ферромагнитной жидкостью, внутри которой коаксиально расположена упруга  диэлектрическа  трубка. В диэлектрической трубке расположены по всей длине высо- коомные проводники и ртутный контакт. Ртутный контакт удерживаетс  магнитным полем ферромагнитной жидкости, создаваемым магнитом, расположенным на внешней стороне направл ющей и соединенный с поплавком. Высоомные проводники включены в измерительную цепь с помощью ртутного контакта. При изменении уровн  жидкости магнит вместе с поплавком совершает перемещение вдоль направл ющей, что влечет за собой перемещение ртутного контакта, которое приводит к изменению длины высокоомных проводников, включенных в измерительную цепь, и изменению выходного сигнала, что соответствует изменению уровн  жидкости. Однако конструкци  уровнемера очень сложна при практической реализации и обладает невысокой надежностью из-за наличи  ртутного контакта. Кроме того, уровнемер будет давать значительные погрешности и невысокую достоверность, обусловленную различными услови ми контактировани  ртутного контакта и высокоомных проводников .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  уровн , содержащем источник тока, посто нный магнит, закрепленный на поплавке, выполненный с возможностью перемещени  вдоль диамагнитной направл ющей, преобразователь и блок регистрации, преобразователь выполнен в виде датчика Холла с катушкой индуктивности , в устройство введены функциональный преобразователь, соединенный с блоком регистрации, и последовательно соединенные интегратор и преобразователь

ток-напр жение, при этом датчик Холла включен последовательно между источником тока и интегратором, выход которого соединен также со входом функционального преобразовател , а катушка мндуктивно0 сти подключена также к преобразователю ток-напр жение.

Принцип действи  изобретени  основан на эффекте Холла. Конструкци  изобретени  обеспечивает однозначное соответствие из5 мер емого уровн  жидкости напр женности магнитного пол  в точке расположени  датчика Холла, вход щего в состав изобретени .

На чертеже изображена структурна  схе0 ма устройства дл  контрол  уровн .

Оно содержит корпус, датчик Холла 1, источник тока 2, генератор 3, функциональный преобразователь 4, преобразователь напр жение-ток 5, катушку индуктивности

5 б, блок регистрации 7, буек 8, магнит 9, направл ющую 10.

При этом источник тока 2 подключен к выходу датчика Холла 1, выход которого через генератор 3 электрически св зан с вхо0 дом функционального преобразовател  4 и входом преобразовател  напр жение-ток 5. Выход функционального преобразовател  4 подключен к блоку регистрации 7, а выход преобразовател  напр жение-ток 5

5 электрически соединен с катушкой индуктивности 6. Причем магнит 9 закреплен на буйке 8; датчик Холла 1, магнитна  ось магнита 9 и катушки индуктивности 6 лежат на одной вертикальной пр мой; направл ю0 ща  10, жестко св занна  с корпусом, ориентирована параллельно этой пр мой, а буек 8 механически св зан с направл ющей 10с возможностью перемеа1ени  вдоль нее. При этом датчик Холла 1 и катушка индук5 тивности 6 жестко закреплены в корпус с фиксированным зазором между ними. Корпус выполнен из немагнитного материала.

Изобретение работает следующим образом .

0 До подачи напр жени  питани  на блоки,вход щие в состав изобретени , на выходе датчика Холла 1, генератора 3 и преобразовател  напр жение-ток 5 присутствуют нулевые сигналы. При этом ток через

5 катушку индуктивности 6 не протекает. При подаче напр жени  питани  через вход датчика Холл а 1 будет протекать стабилизированный ток, величина которого определ етс  параметрами источника 2. При этом на выходе датчика Холла 1 будет сформирован электрический сигнал, величина которого будет пропорциональна плотности тока, протекающего через датчик Холла 1 и напр женности магнитного пол  в области расположени  датчика Холла 1, создаваемого магнитом 9. Этот сигнал, поступа  на вход генератора 3, вызывает возникновение напр жени  на выходе генератора 3 и его увеличение с течением времени. Потенциальный сигнал с выхода генератора 3 поступает на вход преобразовател  напр жение-ток 5, который обеспечивает его преобразование в пропорциональный ток, протекающий через катушку индуктивности 6. Протекающий через катушку индуктивности 6 ток обуславливает возникновение магнитного пол , направление которого противоположно направлению магнитного пол  магнита 9. Напр женность магнитного пол , создаваемого катушкой индуктивности 6, пропорциональна величине протекающего через нее тока. В результате суперпозиции двух магнитных полей в области расположени  датчика Хслла 1 уменьшаетс  напр женность магнитного пол . Соответственно уменьшаетс  амплитуда электрического сигнала, поступающего с выхода датчика 1 на вход интегратора 3, вследствие чего уменьшаетс  скорость нарастани  выходного сигнала интегратора 3. Этот процесс будет продолжать до тех пор. пока напр женность магнитного пол , создаваемого кагушкой индуктивности 6 в области расположени  датчика Холла 1, не сравн етс  с напр женностью магнитного пол  магнита 9. При этом выходной сигнал датчика Холла 1 уменьшитьс  до нулевого значени , а сигнал на выходе интегратора 3 застабилизируетсл.

Таким образом, в результате переходного процесса, происход щего непосредственно после подачи напр жени  питани , на выходе генератора 3 формируетс  электрический сигнал, величина которого зависит от напр женности магнитного пол  магнита 9 в области расположени  датчика Холла 1. А напр женность магнитного пол  магнита 9 в свою очередь однозначно определ етс  рассто нием между датчиком 1 и магнитом 9. Сигнал с выхода интегратора 3 через функциональный преобразователь 4 поступает на вход блока регистрации 7, где фиксируетс  значение уровн  жидкости /значение рассто ни  от магнита 9 до датчика Холла 1/,

Функциональный преобразователь 4 при этом обеспечивает линейное соответствие между величиной сигнала на выходе интегратора 3 и измер емым уровнем жидкости . При этом датчик Холла 1 выполн ет

роль источника сигнала рассогласовани , пропорционального разности напр женности магнитного пол , создаваемого катушкой 6, и напр женности магнитного пол 

магнита 9 в области датчика Холла. При изменении измер емого уровн  жидкости происходит вертикальное перемещение плавающего в ней буйка 8 с закрепленным на нем магнитом 9. В результате происходит

0 изменение рассто ни  между магнитом 9 и датчиком Холла 1 с соответствующим изменением напр женности результирующего магнитного пол  в области расположени  датчика 1. При этом на выходе датчика 1

5 возникает электрический сигнал рассогласовани , знак которого соответствует направлению перемещени  буйка 8. Выходной сигнал датчика 1, преобразованный в интеграторе 3 и преобразователе на0 пр жение-ток 5, вызывает изменение тока, протекающего через катушку индуктивности 6 и соответственно изменение напр женности создаваемого ею магнитного пол . В результате уменьшитс  напр жен5 ность результирующего магнитного пол  в месте расположени  датчика 1 и, как следствие , уменьшитс  величина сигнала на его выходе. Уменьшение величины сигнала на выходе датчика 1,  вл ющегос  входным

0 сигналом интегратора 3, приводит к уменьшению амплитуды сигнала на выходе последующего и к уменьшению тока, протекающего через катушку индуктивности 6. Далее процесс повтор етс  до тех пор, пока

5 напр женность результирующего магнитного пол  в области расположени  датчика Холла 1 не уменьшаетс  до нул . При этом на выходе интегратора 3 установитс  сигнал посто нного напр жени , вепичина

0 которого однозначно определ ет рассто ние Между магнитом 9 и датчиком 1 и, соответственно , уровн  жидкости, в которой плавает буек 8.

Использование в составе изобретени 

5 катушки индуктивности б обеспечивает работу датчика Холла 1 в качестве нуль-индикатора напр женности магнитного пол , что позвол ет исключить вли ние на точность измерени  уровн  жидкости неидеальности

0 переходной характеристики датчика 1,

Изобретение выполн етс  следующим образом. Интегратор 3 может быть реализован на базе прецизионных аналоговых интегральных схем. В качестве преобразо5 вател  напр жение-ток 5 может быть использован усилитель с большим выходным сопротивлением. В роли функционального преобразовател  4 можно применить усилитель с нелинейной передлточной характеристикой , например, логарифмический. Блок

регистрации 7 может быть выполнен на базености, преобразователь выполнен в виде

аналогово-цифрового преобразовател , де-датчика Холла с катушкой индуктивности,

шифратора цифровых семисегментных све-в устройство введены функциональный

товодных индикаторах.преобразователь, соединенный с блоком

5регистрации, и последовательно соедиФормула изобретени ненные интегратор и преобразователь

Устройство дл  измерени  уровн ,ток-напр жение, при этом датчик Холла

содержащее источник тока, посто нныйвключен последовательно между источиимагнит , закрепленный на поплавке, выпол-ком тока и интегратором, выход которого

ненном с возможностью перемещени  10соединен также с входом функционального

вдоль диамагнитной направл ющей, преоб-преобразовател , а катушка индуктивности

разователь и блок регистрации, отличаю-подключена также к преобразователю токщ е е с   тем, что, с целью повышени  точ-напр жение.