SU69748A1 - Прибор дл дистанционного измерени высоты уровн жидкости - Google Patents

Description

В р де промышленных сооружений , как, например в шлюзах, цистернах , водонапорных установках, а также на судах и в доках, широкое применение находит дистанционный контроль уровн  жидкости и сигнализаци  ее по влени .

Дл  решени  этой задачи предлагались многочисленные электрические и неэлектрические способы, наибольнее распространение из которых получили способы, основанные на применении поплавков различного типа, воздушных колоколов, а также основанные на изменении параметров электрической цепи (сопротивлени  и емкости ) при погружении ее в жидкость .

Однако на судах использование обычных поплавковых устройств в значительной степени ограничиваетс  тем обсто тельством, что отсеки, в которых производитс  измерение, как правило, загромождены оборудованием , боеприпасами и другими предметами . Кроме того, большинство отсеков имеет криволинейную форму, исключающую использование рычажных поплавков и поплавков с пр молинейными направл ющими. Поэтому в большинстве корабельных отсеков поплавковые приборы получили распространение лишь как индикаторы по влени  воды.

Приборы, основанные на принципе действи  воздушного колокола, имеют значительно меньшие габариты, чем поплавковые, но в свою очередь обладают р дом существенных недостатков , к числу которых относ тс :

1)зависимость показаний прибора от давлени  атмосферы, вследствие чего в отдельных случа х прибор может показывать наличие воды даже при отсутствии ее в отсеке;

2)незначительна  начальна  сила, сдвигающа  сильфон при малых давлени х , вследствие чего трение в ос х резко снижает чувствительность прибора при небольших уровн х воды и повьшает погрешность из.мерений .

Предметом насто щего изобретени   вл етс  прибор дл  дистанционного измерени  высоты уровн  жидкости при помощи диференциального .индукционного датчика, вклю345

ченного по схеме моста переменного тока.

С целью раздельной фиксации момента по влени  воды в приборе и изменени  ее уровн  в заданных пределах дл  привода  кор  совместно применены поплавок и мембрана (или сильфон). Мембрана располагаетс  в верхней части воздушного колокола, образуемого кожухом прибора и вмещающего поплавок, с тем, чтобы первоначальное смещение  кор  происходило под действием поплавка , а по достижении водой определенного уровн  - под действием смещени  мембраны в результате сжати  заключенного в колоколе воздуха.

Друга  отличительна  особенность изобретени  заключаетс  в применении вспомогательного электромагнита , включенного последовательно в цепь питани  моста и воздействующего на отдельный  корь, укрепленный на оси датчика. Этот  корь слзжит дл  создани  дополнительного противодействующего момента при начальных перемещени х подвижной системы датчика.

Одновременное применение поплавка , воздушного колокола и электромагнита , прит гивающего  корь, исключает указанные выше недостатки по следующим причинам:

1) дл  сдвигани  оси нужна значительна  начальна  сила, преодолевающа  силу прит жени  электромагнита; эта сила, создаваема  поплавком, возникает только при по влении воды в отсеке, следовательно , колебание барометрического давлени  не может вызвать сигнал по влени  воды в отсеке;

б)сила прит жени   кор  к электромагниту обеспечивает возвращение оси в исходное положение;

в)отсутствие в датчике направл ющих скольз щего типа исключает возможность затирани  оси; при этом пружинна  подвеска оси в двух точках гарантирует правильное положение оси при качке корабл .

На фиг. 1 изображен датчик прибора , на фиг. 2 - электрическа  схема включени .

Механическа  часть датчика, изображенного на фиг. I, состоит из пр 346

молинейного перемещающегос  или поворотного поплавка 2, жестко св занного с мембраной 7. Последн   расположена в воздушном колоколе и может быть конструктивно оформлена как в виде упругой пластины из металла, резины или какого-либо другого материала, так и в виде металлической гофрированной коробки (сильфона).

В центре мембраны прикреплена вертикальна  ось, несуща  на себе два  кор  А и В, выполненные в виде пластин. Второй конец оси подвешен к упругой пластине или к цилиндрической таким образом , что в самом нижнем положении ось имеет некоторый свободный ход (пор дка Ю-15% от общего хода оси) при подъеме поплавка. Нижний  корь при начальном положении оси, соответствующем сухому отсеку, прижат к сердечнику нижней катушки Zg, а верхний  корь при этом находитс  приблизительно посредине воздушного зазора между двум  катушками Z к Z. Такое положение оси обеспечиваетс  благодар  электромагнитному прит жению  кор  к нижней катз/шке и зпругости мембраны, наход щейс  в начальных услови х в состо нии некоторого механического напр жени  и стрем щейс  передвинуть ось вниз. Кроме того, сила т жести подвижной части системы (оси,  корей, поплавка ) также создает усилие, прижимающее  корь к нижней катушке.

Катушки включены по электрической схеме, изображенной на фиг. 2. Две верхние катушки Z и Z. образуют плечи индуктивного люста, а нижн   Zg включена последовательно с мостом.

При по влении воды в отсеке подъемна  сила поплавка будет стремитьс  передвинуть ось вверх. В том случае , когда эта подъемна  сила окажетс  больше суммы противодействующих сил,  корь вместе с осью передвинетс  вверх, электромагнитное прит жение нижнего  кор  начнет быстро уменьшатьс . Так как упругость мембраны выбираетс  наибольшей по сравнению с подъемной силой поплавка, то ось  кор , переJиeщa cь вверх, прижметс  к верхней .

Движение оси продолжаетс  до тех .лор, пока не наступит равновесие сил, что получитс  при относительно небольшом прогибе пружины. Процесс перемещени   кор , происход щий только под действием подъемной .силы поплавка, соответствует сигнальной зоне прибора.

Вплоть до того, пока вода не за-Кроет нижнюю часть воздушного колокола , никакого дальнейшего передвижени  оси происходить не будет , так как подъемна  сила поплавка , наход щегос  в конечной части зоны сигнализации полностью в воде, при дальнейшем повышении уровн  воды не изменитс . Во избежание колебаний подвижной системы при движении оси с поплавком , очертание последнего делаетс  таким, чтобы его сопротивление движению в воде бьшо большим. При дальнейшем подъеме уровн  воды на мембрану начнет действовать давление воздуха воздушного колокола, стрем щеес  передвинуть ось  корей вверх. Перемещение  кор  при этом будет зависеть, главным образом , от упругости пружины и давлени  воздуха на мембрану. При полном затоплении отсека ось займет наивысшее положение.

Вследствие перемещени   корей происходит изменение активного и реактивного сопротивлений всех трех катушек, так как экспериментально и теоретически доказано, что угол сдвига фаз между током и напр жением в катушке, поток которой замыкаетс  по схеме, подобной рассматриваемой здесь, почти не зависит от положени   кор .

По мере подъема  кор  сопротивлени  Zj в сигнальной зоне резко уменьшаетс , сопротивление Z возрастает , а сопротивление Zg падает.

Известно, что суммарное прира-щение сопротивлений Zj и Zg растет по мере удалени   кор  от нейтрального (среднего) положени .

Таким образом в результате смещени   корей в сигнальной зоне произойдут следующие изменени : .а) повышение напр жени  на мостике вследствие уменьшени  сопротивлени ; б) увеличение тока в нулевой диагонали моста за счет изменени  сопротивлений Z и Z,.

Все это приводит к значительному повышению чувствительности моста в конце сигнальной зоны. Измерительна  зона начинаетс  с момента возникновени  давлени  воздуха на мембрану. При этом ток нулевой диагонали моста растет по мере перемещени  верхнего  кор , что дает возможность отградуировать прибор, включенный в нулевую диагональ моста, соответственно высоте уровн  столба воды.

В датчике размещаютс  только ле вые плечи моста; правые же Zg-Z вместе с измерительным прибором нулевой диагонали монтируютс  на щите, наход щемс  на контрольном посту. Это исключает возможность короткого замыкани  линии питани  моста и уменьшает число проводов .

Верхн   катушка Z датчика имеет количество витков на 3-5% больше, чем нижн  . Поэтому при нейтральном положении  кор  в нулевой диагонали моста протекает некоторый ток, смещающий стрелку прибора из его нулевого положени . Тот же эффект может быть достигнут предварительным смещением верхнего  кор  из нейтрали. При обрыве питани  прибора стрелка отклон етс  влево (на механический нуль); при обрыве или коротком замыкании одного из плеч моста стрелка отклон етс  вправо за рабочую часть шкалы. Поэтому шкала прибора имеет следующие зоны; а) обрыв, б) сигнальна  зона, в) измерительна  зона и г) авари . Это дает возможность производить автоматический контроль исправности схемы.

При надлежащем подборе параметров можно измен ть шкал} в сторону повышени  чувствительности в конце шкалы, т. е. по мере роста уровн  воды. Последнее представл ет интерес в тех случа х, когда контролируемый отсек имеет сечение, растущее с высотой. Такие отсеки довольно часто встречаютс  на корабл х. Так например, к числу их принадлежит

347

большинство бортовых отсеков корабл . Благодар  повышенной чувствительности в средней и конечной част х шкалы чувствительность, отнесенна  к единице объема (веса) прин той в отсек жидкости,  вл етс  более или менее посто нной, что позвол ет с большей точностью определ ть крен щий момент, вызываемый отсеком. Изменение чувствительности может регулироватьс  с помощью шунта, включаемого параллельно катушке электромагнита.

Вли ние посторонних факторов на работу прибора характеризуетс  следующим образом.

Колебание температуры в отсеке не вызывает изменени  показани  прибора , так как омическое сопротивление катушек составл ет относительно малую величину от их полного сопротивлени , и, кроме того, изменение сопротивлений при нагреве и охлаждении происходит одновременно у двух катушек моста.

Вли ние колебаний частоты тока сети в ограниченных пределах на показание прибора в нулевой диагонали ничтожно.

Вли ние колебани  величины напр жени  сети по данной схеме значительно ослабл етс , так как при отсутствии воды в отсеке угол отклонени  стрелки невелик и, кроме того, при повышении напр жени  сети увеличитс  падение напр жени  в добавочном сопротивлении Zg. В измерительной зоне вли ние колебани  напр жени  сети значительно.

Вли ние изменени  внешнего давлени  в ограниченных пределах в отсеке нейтрализуетс  тем обсто тельством , что в сухом отсеке дл  продвижени   кор  необходимо преодолеть силу его прит жени  к катушке, котора  относительно велика.

Уменьшение вли ни  вибраций дл  сухого отсека достигаетс  снижением веса подвижной системы по отношению к электромагнитной силе прит жени   кор . Так как частоты корабельных вибраций невелики, то достичь услови  неподвижности  кор  при вибрации возможно. Дл  затопленного отсека вли ние вибрации за348

метно снижаетс  благодар  трению поплавка в воде.

В сухом отсеке благодар  прит жению  кор  к нижней катушке качка не вызывает колебани  подвижных частей прибора. При затоплении отсека колебани   кор  ограничены верхней пружиной и мембраной, имеющими значительную жесткость в поперечном направлении. С целью уменьшени  вли ни  потоков воды на поплавок последний окружаетс  трубой с прорезами. Эта труба воспринимает на себ  гидравлические удары перемещающейс  в отсеке воды.

Короткое замыкание любого из проводов между датчиком и приемником на корпус сигнализируетс  резким изменением положени  стрелки прибора . Одновременное короткое замыкание двух проводов, питающих систему , исключено. Уменьшение сопротивлени  изол ции между . проводами , идущими от плеч Zj и Z к плечам и Z, до 10-кратного значени  по отношению к сопротивлению нулевой диагонали, также не окажет заметного вли ни  на показание прибора.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1.Прибор дл  дистанционного измерени  высоты уровн  жидкости при помощи диференциального индукционного датчика, включенного по схеме моста переменного тока, о т л ичающийс  тем, что с целью раздельной фиксации момента по влени  воды в приборе и изменени  ее уровн  в заданных пределах дл  привода  кор  совместно применены поплавок и мембрана (или сильфон), расположенна  в верхней части воздушного колокола, образуемого кожухом прибора и вмещающего поплавок , с тем, чтобы первоначальное смещение  кор  происходило под действием поплавка, а по достижении водой определенного уровн  - под действием смещени  мембраны в результате сжати  заключенного в колоколе воздуха.

2.В устройстве по п. 1 применениевсп омогател ьного эл ектр омагнита,: включенного последовательно в цепь литани  моста и воздействующего на отдельный  корь, укрепленный -на «си датчика и служащий дл  создани  дополнительного противодействующего момента при начальных перемещени х подвижной системы датчика .