RU2204158C2

RU2204158C2 - Liquid level controller and its final control element

Info

Publication number: RU2204158C2
Application number: RU2001109073/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Шолин
Original assignee: Шолин Юрий Александрович
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: off-line water supplies. SUBSTANCE: automatic liquid level control device designed to maintain constant liquid level in for service tanks without using auxiliary energy sources has service tank accommodating storage flask for keeping expendable liquid that has leak-proof top part and is provided with outlet and inlet holes made on its bottom and lateral surface, respectively. Outlet hole is disposed below desired liquid level and inlet one, above this level. Flask may be made of transparent plastic bottle with screw-top having vent hole on its bottom. Outlet hole is made on lateral surface of bottle neck. Bottle is mounted within service tank in vertical or almost vertical position. Liquid level controller may be provided with glass attached to flask (bottle). In this case outlet and inlet holes are disposed on floor and on lateral surface of this glass, respectively. Controller is made of standard easy-to-get interchangeable parts. EFFECT: simplified design, facilitated servicing of controller. 4 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к автоматическим устройствам для поддержания без вспомогательных источников энергии постоянного уровня жидкости в емкостях с расходуемой жидкостью и может быть использовано в качестве автономного источника водоснабжения. The invention relates to automatic devices for maintaining, without auxiliary energy sources, a constant liquid level in containers with a consumed liquid and can be used as an autonomous source of water supply.

Известен регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство СССР 1257620, кл. G 05 D 9/00, 1985), содержащий расходную емкость и размещенную в ней трубу, внутри которой установлена поплавковая камера в виде стакана с поплавком, связанным с механизмом подачи жидкости в расходную емкость. A known liquid level regulator (see USSR author's certificate 1257620, class G 05 D 9/00, 1985) containing a supply tank and a pipe placed inside it, inside which there is a float chamber in the form of a glass with a float connected to the fluid supply mechanism in supply capacity.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного регулятора, относится его конструктивная сложность. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known controller include its structural complexity.

Известен регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство СССР 661518, кл. G 05 D 9/02, 1973), содержащий расходную емкость и расположенный над ней частично заполненный жидкостью герметичный сосуд для расходуемой жидкости с подключенной к нему трубкой. Трубка расположена под углом к вертикали и снабжена торцовой заглушкой, у которой в месте соединения со стенкой трубки выполнены два отверстия, одно из которых находится в зоне контакта трубки с жидкостью. Регулятор имеет систему кранов и перекрываемых шлангов для заполнения сосуда расходуемой жидкостью. A known liquid level regulator (see USSR author's certificate 661518, class G 05 D 9/02, 1973), containing a consumable container and located above it a partially sealed liquid vessel for a consumable liquid with a tube connected to it. The tube is located at an angle to the vertical and is equipped with an end cap, in which two holes are made at the junction with the tube wall, one of which is in the zone of contact of the tube with the liquid. The regulator has a system of taps and blocked hoses to fill the vessel with consumable liquid.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится его относительная сложность конструкции и эксплуатации. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include its relative complexity of construction and operation.

Известен также регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство 1158982, кл. G 05 D 9/02, 1983), который по совокупности признаков наиболее близок заявляемым изобретениям и принят за прототип. A fluid level regulator is also known (see copyright certificate 1158982, class G 05 D 9/02, 1983), which, by the totality of features, is closest to the claimed inventions and is taken as a prototype.

Известный регулятор уровня жидкости содержит расходную емкость, над которой на штативе с помощью шарнира установлен сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью и выходной трубкой с выходным отверстием, размещенным в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости. Выходное отверстие - конец трубки выполнен с сечением под углом 30-45^o по отношению к уровню жидкости в расходной емкости.The known liquid level regulator comprises a supply container, over which a vessel for consumable liquid with a sealed upper part and an outlet tube with an outlet located in the supply container below a predetermined liquid level is mounted on a tripod using a hinge. The outlet - the end of the tube is made with a cross section at an angle of 30-45 ^o relative to the liquid level in the supply tank.

Расходную емкость заполняют жидкостью до необходимого уровня. Затем сосуд для расходуемой жидкости поворачивают на штативе вокруг шарнира на 180^o и заполняют сосуд через выходную трубу жидкостью. Резко возвращают сосуд с залитой жидкостью в первоначальное положение и погружают выходное отверстие в жидкость.The supply tank is filled with liquid to the required level. Then the vessel for the consumable liquid is rotated on a tripod around the hinge 180 ^o and fill the vessel through the outlet pipe with liquid. Suddenly return the vessel filled with liquid to its original position and immerse the outlet in the liquid.

При понижении уровня жидкости в расходной емкости открывается верхняя часть выходного отверстия и проникающий через отверстие в сосуд воздух обеспечивает поступление замещаемой воздухом жидкости в расходную емкость до установления жидкостью заданного уровня, перекрывающего поступление воздуха в сосуд. When the liquid level in the supply tank decreases, the upper part of the outlet opens and the air penetrating through the hole into the vessel ensures that the liquid replaced by the air enters the supply tank until the liquid reaches a predetermined level that blocks the flow of air into the vessel.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного регулятора, относится относительная сложность конструкции и эксплуатации. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known controller include the relative complexity of the design and operation.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание простейшего в изготовлении и эксплуатации автоматического средства регулирования уровня жидкости без вспомогательных источников энергии. The task to which the claimed invention is directed is the creation of the simplest in the manufacture and operation of an automatic means for controlling the liquid level without auxiliary energy sources.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретений, заключается:
- в существенном упрощении конструкции регулятора и его эксплуатации;
- в использовании для изготовления всего устройства и его части простых, общедоступных элементов;
- в обеспечении взаимозаменяемости элементов регулятора.The technical result obtained by carrying out the inventions is:
- a significant simplification of the design of the regulator and its operation;
- in use for the manufacture of the entire device and its parts simple, generally accessible elements;
- in ensuring the interchangeability of the elements of the regulator.

Указанный технический результат достигается при осуществлении заявляемой группы однообъектных изобретений, представляющих собой целое устройство и его часть и образующих единый изобретательский замысел. The specified technical result is achieved by the implementation of the claimed group of single-object inventions, which are a whole device and its part and form a single inventive concept.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения - всего устройства достигается тем, что в заявляемом регуляторе уровня жидкости, содержащем расходную емкость и сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью и выходным отверстием, размещенным в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости, в отличие от известного регулятора, сосуд для расходуемой жидкости снабжен впускным отверстием диаметром R, равным 1,5-5 мм и выполненным выше задаваемого уровня жидкости на расстоянии L, определяемом из соотношения
L=24-4R
Указанный технический результат достигается также тем, что в заявляемом регуляторе сосуд для расходуемой жидкости снабжен пробкой, выходное и впускное отверстия выполнены соответственно в пробке и на боковой поверхности сосуда, а форма и размеры поперечного сечения и высота расходной емкости выполнены с возможностью размещения в ней сосуда и фиксирования его в вертикальном или близком к нему положении.The specified technical result in the implementation of the invention - the entire device is achieved by the fact that in the inventive liquid level controller containing a consumable container and a vessel for consumable liquid with a sealed upper part and an outlet located in the supply tank below a predetermined liquid level, in contrast to the known controller, the vessel for the consumable liquid is equipped with an inlet with a diameter R equal to 1.5-5 mm and made above a predetermined liquid level at a distance L, determined from the relation Ia
L = 24-4R
The specified technical result is also achieved by the fact that in the inventive regulator the vessel for consumable liquid is equipped with a stopper, the outlet and inlet openings are respectively made in the stopper and on the side surface of the vessel, and the shape and dimensions of the cross section and the height of the supply container are arranged to accommodate the vessel and fixing it in a vertical or close position to it.

Указанный технический результат достигается также тем, что в заявляемом регуляторе сосуд для расходуемой жидкости выполнен в виде бутылки из прозрачного пластикового материала. The specified technical result is also achieved by the fact that in the inventive regulator, the vessel for the consumable liquid is made in the form of a bottle from a transparent plastic material.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем, что заявляемый исполнительный элемент - часть регулятора уровня жидкости, содержащий выходное и впускное отверстия для сосуда с расходуемой жидкостью, выполнен в виде стакана, открытой частью сопрягаемого с сосудом, а выходное и впускное отверстия выполнены соответственно на дне и боковой поверхности стакана. The specified technical result during the implementation of the invention is also achieved by the fact that the claimed actuating element is a part of a liquid level regulator containing an outlet and inlet for a vessel with a consumable liquid, made in the form of a glass, the open part of which is interfaced with the vessel, and the outlet and inlet are respectively made on the bottom and side of the glass.

На фиг. 1 изображен заявляемый регулятор уровня жидкости; на фиг. 2 - исполнительный элемент регулятора; на фиг 3 - график зависимости L - расстояния впускного отверстия до задаваемого уровня жидкости от R - диаметра впускного отверстия. In FIG. 1 shows the inventive fluid level controller; in FIG. 2 - an executive element of the regulator; in Fig.3 is a graph of the dependence of L - the distance of the inlet to the specified fluid level from R - the diameter of the inlet.

Заявляемый регулятор уровня жидкости содержит расходную емкость 1 с жидкостью 2 и сосуд 3 для расходуемой жидкости с герметичной верхней частью 4 и выходным отверстием 5 на стенке (или дне) сосуда 3. Расходная емкость 1 через патрубок 6 подключена к потребителю 7. Выходное отверстие 5 сосуда 3 размещено в расходной емкости 1 ниже уровня жидкости 2. Впускное отверстие 8 сосуда 3, имеющее диаметр R, выполнено выше задаваемого уровня жидкости 2 на расстоянии L. The inventive fluid level controller contains a supply tank 1 with a liquid 2 and a vessel 3 for a consumable liquid with a sealed upper part 4 and an outlet 5 on the wall (or bottom) of the vessel 3. The supply tank 1 is connected through a pipe 6 to the consumer 7. The outlet 5 of the vessel 3 is located in the supply tank 1 below the liquid level 2. The inlet 8 of the vessel 3 having a diameter R is made above the predetermined level of the liquid 2 at a distance L.

В случае выполнения сосуда 3 в виде бутылки (как изображено на фиг. 1), выходное отверстие 5 сосуда 3 выполнено в пробке 9, а впускное отверстие 8 выполнено на боковой стенке горлышка бутылки. Форма и размеры поперечного сечения и высота расходной емкости 1 выполнены с возможностью фиксирования сосуда 3 для расходуемой жидкости внутри расходной емкости 1 в вертикальном или близком к нему положении, при этом сосуд 3 своей пробкой 9 опирается на дно расходной емкости 1. In the case of the execution of the vessel 3 in the form of a bottle (as shown in Fig. 1), the outlet 5 of the vessel 3 is made in the tube 9, and the inlet 8 is made on the side wall of the neck of the bottle. The shape and dimensions of the cross section and the height of the supply container 1 are made with the possibility of fixing the vessel 3 for the expendable fluid inside the supply container 1 in a vertical or close position, while the vessel 3 rests on its bottom 9 on the bottom of the supply container 1.

Исполнительный элемент регулятора (фиг. 2) представляет собой стакан 10, у которого открытая часть снабжена соединением 11, например, резьбовым, сопрягаемым с сосудом 3 (бутылкой). В дне стакана 10 выполнено выходное отверстие 5, а на боковой стенке - впускное отверстие 8 на соответствующем расстоянии L, зависящем от задаваемого уровня жидкости 2 в расходной емкости 1 и диаметра R впускного отверстия 8. Установленный внутри расходной емкости 1 сосуд 3 с прикрепленным к нему стаканом 10 с выходным 5 и впускным 8 отверстиями также опирается на дно емкости 1. The actuator of the regulator (Fig. 2) is a glass 10, in which the open part is equipped with a connection 11, for example, threaded, mating with the vessel 3 (bottle). An outlet 5 is made in the bottom of the glass 10, and an inlet 8 is made on the side wall at an appropriate distance L, depending on the set liquid level 2 in the supply tank 1 and the diameter R of the inlet 8. A vessel 3 mounted inside the supply tank 1 is attached to it glass 10 with the output 5 and inlet 8 openings also rests on the bottom of the tank 1.

Заявляемый регулятор уровня жидкости работает следующим образом. The inventive fluid level controller operates as follows.

Сосуд 3 заполняют жидкостью, создавая ее запас для поддержания заданного уровня жидкости 2 в расходной емкости 1, переворачивают его и, погружая выходное отверстие 5 ниже уровня жидкости 2, устанавливают сосуд 3 в рабочее положение в расходной емкости 1. The vessel 3 is filled with liquid, creating its reserve to maintain a given level of liquid 2 in the supply tank 1, turn it over and, immersing the outlet 5 below the liquid level 2, set the vessel 3 in the working position in the supply tank 1.

Возникающее во впускном отверстии 8 сосуда 3 или стакана 10 капиллярное давление, обусловленное поверхностным натяжением на границе раздела твердое тело - жидкость, уравновешивается противодавлением, создаваемым столбом жидкости с высотой, равной расстоянию L - расстоянию между уровнем жидкости в расходной емкости 1 и впускным отверстием 8. При снижении уровня жидкости 2 в расходной емкости 1 высота столба жидкости увеличивается, равновесие нарушается и во впускное отверстие 8 на боковой поверхности сосуда 3 или стакана 10 проникает воздух, который, замещая жидкость в сосуде 3, обеспечивает поступление жидкости через выходное отверстие 5 сосуда 3 или стакана 10 в расходную емкость 1 и поднимает в ней уровень жидкости 2 до восстановления равновесия и прекращения поступления воздуха в сосуд 3, т.е. до установления заданного уровня жидкости 2 в расходной емкости 1. The capillary pressure arising in the inlet 8 of the vessel 3 or the cup 10, due to the surface tension at the solid-liquid interface, is balanced by the counterpressure created by the liquid column with a height equal to the distance L - the distance between the liquid level in the supply tank 1 and the inlet 8. When the liquid level 2 in the supply tank 1 decreases, the height of the liquid column increases, the equilibrium is violated, and air enters the inlet 8 on the side surface of the vessel 3 or glass 10, tory, replacing the liquid in the vessel 3, ensures the supply of liquid through the outlet 5 of the vessel 3 or sleeve 10 into the storage container 1 and raises the liquid level therein 2 to restore the balance and stop air entering the container 3, i.e. to establish a given level of liquid 2 in the supply tank 1.

Высота столба смачивающей жидкости в капилляре - капиллярное давление при прочих равных условиях зависит от диаметра капилляра в обратной пропорции: высота столба жидкости - капиллярное давление уменьшается с увеличением диаметра капилляра. The height of the column of wetting liquid in the capillary — capillary pressure, ceteris paribus, depends on the diameter of the capillary in inverse proportion: the height of the column of liquid — capillary pressure decreases with increasing diameter of the capillary.

Для определения зависимости расстояния L от диаметра R были проведены измерения, результаты которых приведены в таблице и представлены на графике (фиг. 3). To determine the dependence of the distance L on the diameter R, measurements were made, the results of which are shown in the table and presented on the graph (Fig. 3).

На графике (фиг. 3) зависимости L от R видно, что значения L для диаметров R в пределах от 1,5 до 5 мм находятся вблизи прямой А, описываемой уравнением
L=24-4R
В третьей строке таблицы приведены расчетные значения L, определенные по вышеприведенному соотношению, которые отличаются от измеренных значений в пределах погрешности измерений, равной ±1 мм.On the graph (Fig. 3) of the dependence of L on R, it can be seen that the values of L for diameters R ranging from 1.5 to 5 mm are near the line A described by the equation
L = 24-4R
The third row of the table shows the calculated values of L, determined by the above ratio, which differ from the measured values within the measurement error of ± 1 mm.

Выполнение впускного отверстия 8 диаметром R менее 1,5 мм увеличивает время, необходимое для восстановления заданного уровня жидкости, и резко увеличивает L, тем самым уменьшая объем жидкости в сосуде 3, используемой для регулирования уровня в расходной емкости 1, поскольку жидкость в сосуде 3, опустившаяся до впускного отверстия 8, начнет свободно вытекать из сосуда 3. The implementation of the inlet 8 with a diameter R of less than 1.5 mm increases the time required to restore a given level of liquid, and increases L sharply, thereby reducing the volume of liquid in the vessel 3 used to control the level in the supply tank 1, since the liquid in the vessel 3, descended to the inlet 8, will begin to flow freely from the vessel 3.

Впускное отверстие 8 диаметром более 5 мм обуславливает непроизводительный повышенный расход запаса жидкости в сосуде 3 при его установке в расходную емкость 1. The inlet 8 with a diameter of more than 5 mm causes an unproductive increased consumption of liquid in the vessel 3 when it is installed in the supply tank 1.

Таким образом, оптимальная величина диаметра R впускного отверстия 8 лежит в пределах 1,5-5 мм, а расстояние L, на котором выполняются эти отверстия от задаваемого уровня жидкости, определяется из соотношения
L=24-4R
Расходная емкость 1 по форме и размерам поперечного сечения и высоте выполнена таким образом, чтобы размещенный в ней сосуд 3 для расходуемой жидкости фиксировался бы в рабочем - вертикальном или близком к нему положению. Опустошенный сосуд 3 может быть легко заменен подобным ему заполненным.Thus, the optimal value of the diameter R of the inlet 8 lies in the range of 1.5-5 mm, and the distance L at which these holes are made from the given liquid level is determined from the ratio
L = 24-4R
The supply container 1 in shape and dimensions of the cross section and height is made in such a way that the vessel 3 for the consumed liquid placed in it is fixed in the working - vertical or close position. The emptied vessel 3 can be easily replaced by a similar filled one.

Сосуд 3 для расходуемой жидкости может быть изготовлен из прозрачной пластиковой бутылки, позволяющей контролировать наличие и уровень расходуемой жидкости в сосуде 3. The vessel 3 for the consumable liquid can be made of a transparent plastic bottle, which allows you to control the presence and level of the expendable liquid in the vessel 3.

Расходная емкость 1 также может быть изготовлена из пластиковой бутылки несколько большего диаметра, чем сосуд 3, и высотой не менее половины высоты сосуда 3. The supply container 1 can also be made of a plastic bottle of a slightly larger diameter than the vessel 3, and a height of at least half the height of the vessel 3.

Исполнительный элемент регулятора - стакан 10 может быть изготовлен, например, из двух спаянных стандартных "винтовых" пластиковых пробок для пластиковых бутылок с удаленным дном у пробки, сопрягаемой с горлышком бутылки. The regulator's actuating element - glass 10 can be made, for example, from two brazed standard "screw" plastic caps for plastic bottles with a removed bottom at the stopper mating with the neck of the bottle.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемых изобретений - регулятора уровня жидкости и его исполнительного элемента, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи. Thus, it can be seen that the above information confirms the possibility of implementing the claimed invention - a fluid level controller and its actuator, to achieve the specified technical result and solve the problem.

Claims

1. The fluid level regulator containing a supply tank and a vessel for consumable liquid with a sealed upper part and an outlet located in the supply tank below a predetermined liquid level, characterized in that the vessel for the consumable liquid is equipped with an inlet opening with a diameter R equal to 1, 5-5 mm and performed above a given liquid level at a distance L, determined from the ratio L = (24-4R) mm.

2. The regulator according to claim 1, characterized in that the vessel for the consumable liquid is provided with a stopper in it, the outlet and inlet openings are respectively made in the stopper and on the side surface of the vessel, and the shape and dimensions of the cross section and the height of the flow capacity are arranged to a vessel and fixing it in a vertical or close position to it.

3. The regulator according to claim 1 or 2, characterized in that in it the vessel for the consumable liquid is made in the form of a bottle from a transparent plastic material.

4. A liquid level regulator containing a supply tank and a vessel for consumable liquid with a sealed upper part, an outlet located in the supply tank below a predetermined liquid level, characterized in that it is equipped with an actuating element made in the form of a glass, the open part of the mating with the vessel for a consumable liquid, and an inlet with a diameter R equal to 1.5 ÷ 5 mm, while the outlet is made at the bottom, and the inlet is made on the side surface of the glass and placed above given by the liquid level at a distance L, defined by the relation L = (24-4R) mm.