RU2204807C1

RU2204807C1 - Level indicator

Info

Publication number: RU2204807C1
Application number: RU2001131069/28A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Прохоров
Original assignee: Государственное федеральное образовательное учреждение Пермский государственный университет
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: measurement technology, level measurement of liquid in open ponds, canals, canalization collectors and other water-development works. SUBSTANCE: level indicator for poorly conducting liquids has vertical magnetic circuit, sealed-tight excitation winding, bare spiral electrode, measurement circuit. Spiral electrode is located above sealed-tight excitation winding and contacts liquid. Magnetic circuit comes in the form of shielding lattice cylinder made of individual ferromagnetic wires which close around central part. Central part includes spiral electrode, sealed-tight excitation winding and connecting conductor. Measurement circuit is connected to lower end of spiral electrode through insulated conductor laid along axis of indicator. All elements of lower face of lattice cylinder-magnetic circuit are insulated from liquid. EFFECT: increased noise immunity of level indicator. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в открытых водоемах, каналах, канализационных коллекторах и прочих гидротехнических сооружениях. Рабочий диапазон электропроводности измеряемой жидкости - от единиц миллисименс /чистая озерная, речная вода/ до 0,2 - 0,3 сименс на метр /промышленные стоки/. Для морской воды и технических рассолов заявленный уровнемер непригоден. The invention relates to devices for measuring the liquid level in open reservoirs, canals, sewers and other hydraulic structures. The operating range of the electrical conductivity of the measured liquid is from millisiemens units / pure lake, river water / to 0.2 - 0.3 Siemens per meter / industrial effluents /. The declared level gauge is unsuitable for sea water and technical brines.

Известен уровнемер, содержащий оголенный спиральный токовый электрод, размещенный неподалеку от него потенциальный электрод и измерительную схему /см. заявку Великобритании 1603793, МПК G 01 F 23/24 от 1981 г./
Недостатками данного устройства являются значительная потребляемая мощность /десятки ватт/ и низкая помехозащищенность при работе около источников помех промышленной частоты 50 Гц.A known level gauge containing a bare spiral current electrode, placed near it a potential electrode and a measuring circuit / see UK application 1603793, IPC G 01 F 23/24 of 1981 /
The disadvantages of this device are the significant power consumption / tens of watts / and low noise immunity when working near interference sources of industrial frequency 50 Hz.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является "Потенциометрический уровнемер", содержащий вертикально установленный в сосуде с электропроводящей жидкостью оголенный спиральный электрод, нижний конец которого соединен последовательно с регистратором и потенциальным электродом. Устройство дополнительно содержит возбуждающую катушку /обмотку/ с ферромагнитным сердечником, которая подключена к источнику переменного напряжения, при этом катушка /обмотка/ выполнена герметичной и установлена коаксиально внутри спирального электрода /см. а.с. СССР 1627848, МПК G 01 F 23/24, бюлл. 6, 1991 г./
Это позволяет существенно снизить потребляемую уровнемером мощность, поскольку потенциометрический принцип преобразования фактически заменен на автотрансформаторный. Однако общий с аналогом недостаток - низкая помехозащищенность - у прототипа сохраняется. Дело в том, что при работе устройства на промышленной частоте 50 Гц потенциальный электрод воспринимает наводки от т. н. "блуждающих токов", неизбежно присутствующих вблизи жилых и промышленных объектов /например, насосных станций/. Чтобы избегать помех, рекомендуют использовать другую рабочую частоту, но подобный метод резко усложняет измерительную схему и все равно не гарантирует полной помехозащищенности.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed technical solution is a "Potentiometric level gauge" containing a bare spiral electrode vertically mounted in a vessel with an electrically conductive liquid, the lower end of which is connected in series with the recorder and potential electrode. The device further comprises an exciting coil / winding / with a ferromagnetic core, which is connected to an alternating voltage source, while the coil / winding / is sealed and installed coaxially inside the spiral electrode / see A.S. USSR 1627848, IPC G 01 F 23/24, bull. 6, 1991 /
This allows you to significantly reduce the power consumed by the level gauge, since the potentiometric conversion principle is actually replaced by an autotransformer one. However, a common drawback with the analogue - low noise immunity - the prototype remains. The fact is that when the device is operating at an industrial frequency of 50 Hz, the potential electrode receives pickups from the so-called "stray currents" inevitably present near residential and industrial facilities / for example, pumping stations /. To avoid interference, it is recommended to use a different operating frequency, but a similar method dramatically complicates the measuring circuit and still does not guarantee complete noise immunity.

Задачей изобретения является повышение помехозащищенности уровнемера автотрансформаторного типа. The objective of the invention is to increase the noise immunity of the autotransformer type level gauge.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п.1 формулы изобретения и общих с прототипом, таких, как вертикальный магнитопровод, герметичная возбуждающая обмотка и расположенный поверх нее оголенный спиральный контактирующий с жидкостью электрод, а также измерительная схема, и отличительных, существенных признаков, таких, как выполнение магнитопровода из отдельных ферромагнитных проволок, замыкающихся в пространстве вокруг центральной части устройства и образующих экранирующую решетчатую цилиндрическую поверхность, а измерительная схема подключена к нижнему концу спирального электрода через изолированный проводник, проходящий по оси устройства, при этом все элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода изолированы от жидкости. The problem is solved using the signs specified in paragraph 1 of the claims and common with the prototype, such as a vertical magnetic circuit, a tight exciting winding and a bare spiral electrode in contact with the liquid located on top of it, as well as a measuring circuit, and distinctive, essential features, such as the implementation of the magnetic circuit of individual ferromagnetic wires that are closed in space around the central part of the device and form a shielding lattice cylindrical surface b, and the measuring circuit is connected to the lower end of the spiral electrode through an insulated conductor passing along the axis of the device, while all the elements of the lower end of the trellised cylinder-magnetic circuit are isolated from the liquid.

Это позволяет повысить помехозащищенность уровнемера. This allows you to increase the noise immunity of the level gauge.

Особенности выполнения измерительной схемы устройства отражены в п. 2 формулы изобретения, а именно, измерительная схема содержит полупроводниковый диод, включенный между нижним концом спирального электрода и одним из проводов двухпроводной симметричной линии, подсоединенной к возбуждающей обмотке уровнемера, при этом на диспетчерском пункте линия подключена к сети 220 В через понижающий трансформатор, а пропорциональный уровню жидкости потенциал снимается с конденсатора, включенного между одним из проводов двухпроводной линии и землей. Features of the measuring circuit of the device are reflected in paragraph 2 of the claims, namely, the measuring circuit contains a semiconductor diode connected between the lower end of the spiral electrode and one of the wires of a two-wire symmetrical line connected to the exciting coil of the level gauge, while at the control room the line is connected to 220 V network through a step-down transformer, and the potential proportional to the liquid level is removed from the capacitor connected between one of the wires of the two-wire line and ground her.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 показан продольный разрез устройства по линии А-А; на фиг. 3 дана принципиальная электрическая схема устройства. In FIG. 1 shows a General view of the device; in FIG. 2 shows a longitudinal section of the device along line AA; in FIG. 3 is a schematic electrical diagram of the device.

Уровнемер содержит центральную часть 1 и окружающий ее заземленный решетчатый цилиндр-магнитопровод 2. В свою очередь, центральная часть 1 включает спиральный электрод 3, герметичную возбуждающую обмотку 4 и соединительный изолированный проводник 5, проходящий по оси устройства. Кроме того, элементы нижнего торца решетчатого цилиндра-магнитопровода снабжены изолирующим покрытием 6. Позицией 7 обозначены точки сварки ферромагнитной проволоки, образующей решетчатый цилиндр-магнитопровод. The level gauge comprises a central part 1 and a grounded magnetic cylinder-magnet 2 surrounding it. In turn, the central part 1 includes a spiral electrode 3, a sealed field coil 4, and an insulated connecting conductor 5 extending along the axis of the device. In addition, the elements of the lower end of the lattice cylinder-magnetic circuit are provided with an insulating coating 6. Position 7 indicates the welding points of the ferromagnetic wire forming the lattice cylinder-magnetic circuit.

Уровнемер работает следующим образом. The level gauge works as follows.

При подаче на возбуждающую обмотку напряжения промышленной частоты (36-50 В из соображений безопасности персонала) центральная часть 1 действует как понижающий трансформатор с числом витков на вольт около 10. Спиральный электрод 3 содержит примерно 100 витков проволоки прямоугольного сечения (ленты) из коррозионно-стойкого материала (например, нержавеющей стали). Лента намотана с некоторым "шагом", т.е. зазором между витками. Соответственно напряжение на концах спирального электрода 3 составляет 10-12 В (амплитудное значение). Большее напряжение нежелательно - протекание в жидкости значительного тока вызывает рост потребляемой уровнемером мощности и приводит к нелинейности шкалы прибора. When applying voltage of industrial frequency (36-50 V for personnel safety reasons) to the exciting winding, the central part 1 acts as a step-down transformer with the number of turns per volt of about 10. Spiral electrode 3 contains about 100 turns of rectangular wire (tape) made of corrosion-resistant material (e.g. stainless steel). The tape is wound with some "step", i.e. the gap between the turns. Accordingly, the voltage at the ends of the spiral electrode 3 is 10-12 V (amplitude value). A higher voltage is undesirable - a significant current flowing in the liquid causes an increase in the power consumed by the level gauge and leads to nonlinearity of the instrument scale.

Поскольку спиральный электрод 3 изолирован от земли, то на нем появляется некий переменный потенциал, зависящий от уровня измеряемой жидкости. Максимальное амплитудное значение потенциала равно половине рабочего напряжения на концах спирального электрода 3 (здесь примерно 5-6 В). Одна из полуволн потенциала спирального электрода относительно земли через диод VD подается на симметричную двухпроводную питающую линию, изолированную от земли. Since the spiral electrode 3 is isolated from the earth, a certain potential potential appears on it, depending on the level of the measured liquid. The maximum amplitude value of the potential is equal to half the operating voltage at the ends of the spiral electrode 3 (here about 5-6 V). One of the half-waves of the potential of the spiral electrode relative to the ground through the VD diode is fed to a symmetrical two-wire supply line isolated from the ground.

Пропорциональный уровню жидкости постоянный (точнее, медленно меняющийся) потенциал относительно земли снимается на диспетчерском пункте с конденсатора С значительной емкости, подключенного к одному из проводов двухпроводной питающей линии. Поскольку изменения уровня жидкости происходят сравнительно медленно, постоянная времени измерительной цепи может достигать 10 с и более, что гарантирует подавление периодических и импульсных помех. Proportional to the liquid level, a constant (more precisely, slowly changing) potential relative to the ground is removed at the control room from a capacitor C of significant capacity connected to one of the wires of the two-wire supply line. Since changes in the liquid level occur relatively slowly, the time constant of the measuring circuit can reach 10 s or more, which guarantees the suppression of periodic and pulsed interference.

Возможные электрохимические потенциалы при выполнении спирального электрода 3 из нержавеющей стали не превышают 0,05-0,1 В, что составляет 1-2% от максимального значения измеряемого потенциала. Possible electrochemical potentials when performing a spiral electrode 3 of stainless steel do not exceed 0.05-0.1 V, which is 1-2% of the maximum value of the measured potential.

Изолирующее покрытие 6 необходимо для того, чтобы обеспечить строго радиальный характер электрического поля Е_ж между спиральным электродом 3 и решетчатым заземленным цилиндром 2. При появлении осевой компоненты поля в нижней части уровнемера шкала прибора станет нелинейной. То же самое можно сказать и о резервуаре - его дно должно иметь электропроводность, много меньшую, чем электропроводность измеряемой жидкости. Если работа уровнемера происходит в условиях, не гарантирующих изоляции дна резервуара, то под нижний торец решетчатого цилиндра 2 необходимо подстелить слой изолирующей пленки, диаметр которой должен превосходить максимальную величину измеряемого уровня.The insulating cover 6 is necessary in order to ensure a strictly radial nature of the electric field E _w between helical electrode 3 and the grounded trellis cylinder 2. When the axial component of the field at the bottom of the scale gauge unit becomes nonlinear. The same can be said about the reservoir - its bottom should have an electrical conductivity much lower than the electrical conductivity of the measured liquid. If the level gauge operates under conditions that do not guarantee isolation of the bottom of the tank, then under the lower end of the trellised cylinder 2 it is necessary to lay a layer of insulating film, the diameter of which should exceed the maximum value of the measured level.

Для работы электрической схемы конкретное расположение проводника 5 несущественно, однако из cоображений надежности конструкции в полевых условиях лучше всего собрать проводники под одним герметичным вводом в центральную часть 1. Кроме того, на месте установки уровнемер желательно поместить в защитную (например, бетонную) камеру. For the operation of the electrical circuit, the specific location of the conductor 5 is not essential, however, from the considerations of reliability of the design in the field, it is best to assemble the conductors under one sealed entry into the central part 1. In addition, at the installation site, it is advisable to place the level gauge in a protective (e.g. concrete) chamber.

О технологии сборки уровнемера. About the assembly technology of the level gauge.

Решетчатый цилиндр-магнитопровод собирается из элементов П-образной формы с готовой изоляцией. П-образные элементы пропускаются через центральную часть 1, а затем их верхние концы сгибаются (необязательно под прямым углом) и свариваются. The lattice magnetic core cylinder is assembled from U-shaped elements with finished insulation. U-shaped elements are passed through the central part 1, and then their upper ends are bent (optionally at right angles) and welded.

Claims

1. The level gauge for weakly conductive liquids, including a vertical magnetic circuit, a sealed exciting winding and a bare spiral electrode in contact with the liquid placed on top of it, as well as a measuring circuit, characterized in that the magnetic circuit is made in the form of a shielding lattice cylinder of individual ferromagnetic wires that are closed around the central part including a spiral electrode, a tight exciting winding and a connecting conductor, and a measuring circuit is connected to the lower end spiral electrode through an insulated conductor passing along the axis of the device, while all the elements of the lower end of the trellised cylinder-magnetic circuit are isolated from the liquid.

2. The level gauge according to claim 1, characterized in that the measuring circuit comprises a semiconductor diode connected between the lower end of the spiral electrode and one of the two wires of the supply line connected to the exciting coil of the level gauge, while the line is connected to the 220 V network through the control room through step-down transformer, and the potential proportional to the liquid level is removed from the capacitor connected between one of the wires of the two-wire line and the ground.