RU2742225C1 - Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) - Google Patents

Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) Download PDF

Info

Publication number
RU2742225C1
RU2742225C1 RU2020124530A RU2020124530A RU2742225C1 RU 2742225 C1 RU2742225 C1 RU 2742225C1 RU 2020124530 A RU2020124530 A RU 2020124530A RU 2020124530 A RU2020124530 A RU 2020124530A RU 2742225 C1 RU2742225 C1 RU 2742225C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
float
light guides
level gauge
opposite sides
shutter
Prior art date
Application number
RU2020124530A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Репин
Original Assignee
Александр Владимирович Репин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Владимирович Репин filed Critical Александр Владимирович Репин
Priority to RU2020124530A priority Critical patent/RU2742225C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2742225C1 publication Critical patent/RU2742225C1/en

Links

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
    • G01F23/22—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • 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
    • 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
    • G01F23/56—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 using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements
    • G01F23/62—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 using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements using magnetically actuated indicating means
    • 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)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to remote monitoring of liquid level, mainly oil products, incl. in non-stationary objects. Liquid level gage comprises a float with limiters and at least two light guides, wherein light guides located outside the vessel with liquid are separated from the float by a sealed non-magnetic baffle, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, wherein at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, lightguide ends are optically conjugated and fixed relative to each other, and in the gap between them there is a shutter with possibility of movement, wherein the ferromagnetic element outside the container is mechanically conjugated with one of the elements of the "light guide-shutter unit" pair. Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with oppositely located poles. Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinally located poles.EFFECT: creation of reliable fire-safe and noise-immune sensor for wide range of measured liquids, including viscous and opaque ones.7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах.The invention relates to the field of instrumentation and can be used for measuring the level of liquid fuels and liquefied gases, incl. in non-stationary objects.

Известны датчики уровня жидкости для бака транспортного средства, содержащие поплавок, установленный в нем магнит, нижний и верхний ограничители хода поплавка, вертикальную направляющую трубу, внутри которой расположены герконы, и электросоединитель.Known fluid level sensors for a vehicle tank containing a float, a magnet installed therein, lower and upper float travel stops, a vertical guide tube, inside which the reed switches are located, and an electrical connector.

Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ № 2284481).An example is a liquid level sensor for a vehicle tank (RF patent No. 2284481).

Однако такое устройство является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения. К недостаткам также можно отнести также дребезг контактов геркона, хрупкость стеклянного баллона и высокую чувствительность к внешним магнитным полям.However, such a device is fire hazardous due to the presence of electrical circuits, in fact, in the tank of the vehicle, and is not always reliable, because in the signal wires, pickups can occur - both from their own power networks, and from external electromagnetic radiation. The disadvantages also include bouncing of reed switch contacts, fragility of a glass cylinder and high sensitivity to external magnetic fields.

Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ № 2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическому волокну к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает, и перепад фиксируется. Known fiber-optic liquid level sensors, devoid of these disadvantages. An example is a fiber-optic liquid level indicator (RF patent No. 2297602), which uses the effect of reflection at the interface between glass and air. Part of the optical signal from the emitter supplied to the measured capacitance by the optical fiber is reflected at the interface and returns through the optical fiber to the photodetector. When the liquid level rises to the sensor part of the sensor, glass and liquid become the interface between the media, the refractive indices of which are close. The level of the return signal drops sharply and the difference is fixed.

Однако такие датчики неработоспособны в непрозрачных средах и в вязких средах, например, в мазуте, в переохлажденном дизельном топливе, когда на сенсорной части подобных датчиков застывают пленки или формируются капли загустевшей жидкости.However, such sensors are inoperable in opaque media and in viscous media, for example, in fuel oil, in supercooled diesel fuel, when films freeze on the sensor part of such sensors or droplets of a thickened liquid are formed.

Цель изобретения - создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных.The purpose of the invention is to create a reliable fireproof and noise-immune sensor for a wide range of measured liquids, including viscous and opaque.

Это достигается тем, что в предлагаемом датчике световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены друг с другом, а в зазоре между ними расположена шторка с возможностью взаимного перемещения световодов и шторки, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из элементов пары «световоды - шторка». This is achieved by the fact that in the proposed sensor the light guides located outside the container with the liquid are separated from the float by a sealed non-magnetic partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, the ends of the light guides optically coupled with each other, and in the gap between them there is a shutter with the possibility of mutual displacement of the optical fibers and the shutter, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled with one of the elements of the pair "optical fibers - shutter".

Варианты исполнения:Execution options:

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles.

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinal poles.

Вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из элементов пары «световоды - шторка».Outside the container, there is a spring element connected to at least one of the elements of the "light guide - shutter" pair.

Пары световодов, сопряженные со шторками, с возможностью их взаимного перемещения, распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.Pairs of light guides, coupled with shutters, with the possibility of their mutual displacement, are distributed along the height of the container according to the number of reference points.

Хотя бы часть подвижного блока световодов выполнена из ферромагнитного материала.At least part of the movable block of light guides is made of ferromagnetic material.

Вся шторка или ее часть выполнена из ферромагнитного материала.All or part of the curtain is made of ferromagnetic material.

На Фиг. 1 показано размещение деталей одного из вариантов конструкции уровнемера, предельного датчика уровня.FIG. 1 shows the placement of parts of one of the design options for the level gauge, the limit level sensor.

На Фиг. 2 приведена оптическая схема предельного датчика уровня.FIG. 2 shows the optical diagram of the limit level sensor.

Фиг. 1. Датчик содержит поплавок 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. В торце поплавка закреплен магнит 2. За герметичной немагнитной перегородкой 3 расположен волоконно-оптический узел, включающий оптически сопряженные передающий 4 и приемный 5 световоды. Шторка 6, на которой закреплены магнит 7 и пружина 8, имеет возможность перемещения между световодами 4 и 5.FIG. 1. The sensor contains a float 1 mounted for rotation around a horizontal axis. A magnet 2 is fixed at the end of the float. Behind the sealed non-magnetic partition 3, there is a fiber-optic unit including optically coupled transmitting 4 and receiving 5 light guides. The shutter 6, on which the magnet 7 and the spring 8 are fixed, has the ability to move between the light guides 4 and 5.

Предельный датчик уровня работает следующим образом: при подъеме уровня жидкости поплавок 1 всплывает, и магнит 2, взаимодействуя с магнитом 7, смещает шторку 6, изменяя уровень оптического сигнала. Оптический сигнал из торца световода 4, дошедший до торца световода 5, при смещении шторки 6 изменяется, при этом изменение сигнала является функцией от конфигурации шторки 6.The limit level sensor works as follows: when the liquid level rises, the float 1 floats up, and the magnet 2, interacting with the magnet 7, moves the shutter 6, changing the level of the optical signal. The optical signal from the end of the light guide 4, reaching the end of the light guide 5, changes when the shutter 6 is displaced, and the change in the signal is a function of the shutter 6 configuration.

Фиг. 2. Оптическая схема на базе двух световодов: излучатель 9 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 4, шторка 6, приемный световод 5, фотоприемник 10.FIG. 2. An optical scheme based on two light guides: emitter 9 (for example, LED or laser diode), transmitting light guide 4, shutter 6, receiving light guide 5, photodetector 10.

Рассмотренные аналоги работают только в режиме "да-нет", фиксируя либо контакт оптической поверхности с жидкостью, либо момент срабатывания геркона. В отличие от них, мощность оптического сигнала в предложенной схеме по мере приближения к отражателю всплывающего поплавка с магнитом изменяется, что является сверхэффектом, позволяющим путем простого умножения предложенной схемы превратить предельный датчик в уровнемер с постоянным съемом сигнала по мере изменения уровня жидкости.The considered analogs work only in the "yes-no" mode, fixing either the contact of the optical surface with the liquid, or the moment the reed switch is triggered. In contrast to them, the power of the optical signal in the proposed scheme changes as the floating float with a magnet approaches the reflector, which is a super-effect that allows, by simply multiplying the proposed scheme, to turn the limit sensor into a level gauge with a constant signal pickup as the liquid level changes.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить пожаробезопасность и надежность датчика уровня жидкости путем замены электрического сигнала на оптический - как в самой емкости с топливом, так и на всем пути до приемопередающего блока.The proposed design makes it possible to increase the fire safety and reliability of the liquid level sensor by replacing the electrical signal with an optical one - both in the tank with fuel and all the way to the transceiver unit.

Claims (7)

1. Уровнемер жидкости, содержащий поплавок с ограничителями и не менее чем пару световодов, отличающийся тем, что световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены и неподвижны относительно друг друга, а в зазоре между ними расположена шторка с возможностью перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из элементов пары «блок световодов - шторка».1. A liquid level gauge containing a float with limiters and at least a pair of light guides, characterized in that the light guides located outside the container with liquid are separated from the float by a sealed non-magnetic partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of them is with a permanent magnet and at least one is connected to the float, the ends of the fibers are optically coupled and motionless relative to each other, and a shutter is located in the gap between them with the possibility of movement, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled with one of the elements of the pair "block of optical fibers - shutter" ... 2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.2. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles. 3. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.3. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinally arranged poles. 4. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из элементов пары «блок световодов - шторка».4. A level gauge according to claim 1, characterized in that a spring element is located outside the container, connected to at least one of the elements of the pair "block of light guides - shutter". 5. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что пары световодов распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.5. A level gauge according to claim 1, characterized in that the pairs of light guides are distributed along the height of the container according to the number of reference points. 6. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что хотя бы часть подвижного блока световодов выполнена из ферромагнитного материала.6. The level gauge according to claim 1, characterized in that at least part of the movable block of light guides is made of a ferromagnetic material. 7. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вся шторка или ее часть выполнена из ферромагнитного материала.7. A level gauge according to claim 1, characterized in that all or part of the shutter is made of a ferromagnetic material.
RU2020124530A 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) RU2742225C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124530A RU2742225C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124530A RU2742225C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2742225C1 true RU2742225C1 (en) 2021-02-03

Family

ID=74554803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124530A RU2742225C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2742225C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086926C1 (en) * 1995-04-18 1997-08-10 Муниципальное предприятие "Водоканал" Liquid level gauge
RU2359237C1 (en) * 2007-09-28 2009-06-20 Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" Lightguide float-type non-contact level gauge with digital output of results
CN102221392B (en) * 2011-03-31 2012-07-04 武汉理工大学 Liquid level measurement method based on magnetic coupling and optical fiber pair array
CN202614335U (en) * 2012-05-22 2012-12-19 武汉理工大学 Cylindrical upright and cylindrical float structure of optical fiber array liquid level sensor
RU2683139C1 (en) * 2018-04-02 2019-03-26 Государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Российская таможенная академия" Float liquid level gauge

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086926C1 (en) * 1995-04-18 1997-08-10 Муниципальное предприятие "Водоканал" Liquid level gauge
RU2359237C1 (en) * 2007-09-28 2009-06-20 Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" Lightguide float-type non-contact level gauge with digital output of results
CN102221392B (en) * 2011-03-31 2012-07-04 武汉理工大学 Liquid level measurement method based on magnetic coupling and optical fiber pair array
CN202614335U (en) * 2012-05-22 2012-12-19 武汉理工大学 Cylindrical upright and cylindrical float structure of optical fiber array liquid level sensor
RU2683139C1 (en) * 2018-04-02 2019-03-26 Государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Российская таможенная академия" Float liquid level gauge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4156149A (en) Optical material level probe
US4994682A (en) Fiber optic continuous liquid level sensor
WO2014153633A1 (en) Multiparameter device for measuring by optical means the filling level of tanks and reservoirs of liquids and liquefied products, the index of refraction, and for image analysis, without moving parts
CA1332205C (en) Fibre optic sensors for the continuous measurement of liquid level and other parameters
US4880990A (en) Optical liquid-level sensing apparatus
RU2742225C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
RU2744316C1 (en) Fiber-optic level detector (liquid level gauge)
RU2740340C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
RU2741275C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
US6795598B1 (en) Liquid-level sensor having multiple solid optical conductors with surface discontinuities
JP2006194609A (en) Liquid level indicator
Bajić et al. A simple fibre optic inclination sensor based on the refraction of light
CN110763305B (en) Photoelectric liquid level measuring method
CN101140181A (en) Photoelectric liquid level sensor and measuring method thereof
JP2009014660A (en) Two-liquid leakage sensor and prism for the same
CN101839748A (en) Reflecting type digital code type all-optical fiber liquid level sensing device
SU1244489A1 (en) Level indicator
JPH08285709A (en) Optical fiber displacement sensor
CN101358870B (en) Digital absolute code optical fiber liquid level sensor
CN2585196Y (en) Fibre-optical liquid level gauge
JP2658293B2 (en) Optical liquid level sensor
RU1775616C (en) Level meter
RU2747708C1 (en) Fiber-optic liquid level and type indicator
WO2018129600A1 (en) Precision probe for detecting level variations or the presence of liquids using infrared or visible light
RU2764388C1 (en) Fiber-optic liquid level and type detector