SU785651A1

SU785651A1 - Liquid level gauge

Info

Publication number: SU785651A1
Application number: SU782695338A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Гаркуша
Original assignee: Предприятие П/Я В-2289
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1980-12-07

Description

(54) ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ(54) LIQUID LEVEL SENSOR

Изобретение относитс к измерительным устройствам (датчикам) рассогласовани систем автоматического регулировани количества жидкости в сосуде в зависимости от ее температуры . В св зи с температурным расширением жидкости объем (уровень) заправ ки сосуда зависит от температуры заправл емой жидкости. Во всех случа х в сосуде необходимо оставить свободный объем, необходимый дл темnepfiTypHoro расширени жидкости при эксплуатации. Это касаетс как случа максимального наполнени сосуда/ так и дозированной заправки, когда в сосуд должна быть заправлена определённа масса жидкости - т.е. при назначении уровн заправки должна быть учтена плотность жидкости, вл юща с функцией температуры. Средства взвешивани жидкости в сосуде получили в технике ограниченное применение из-за неудобств (или невозможности на некоторых объектах) их монтажа и эксплуатации,а также не достаточно высокой точности,Универсальным средством дозировани объема (уровн ) жидкости вл ютс уровнемер Однако они не внос т поправку на плотность или температуру жидкости т.е. не могут определить массу жидкости или учесть ее температурное расширение . В св зи с этим дополнительно используетс отдельна аппаратура дл измерени температуры жидкости и счетно-решающее устройство, которое назначает и контролирует уровень заправки по уровнемеру в зависимости от изйеренной температуры. Вместо температуры жидкости может измер тьс и учитыватьс плотность жидкости, однако Шютномеры менее совершенны. С повышенной температуры жидкости на () ее плотность уменьшаетс на определенную дл контролируемой жидкости величину, лежащую обычно в пределах 0,10-0,15%, при этом соответственно увеличиваетс объем заправленной в сосуд жидкости, например 10-метровый столб жидкости в цилиндрическом сосуде пошлшаетс на 10-15 мм. Показани измерительного устройства систеки регулировани уровн должны измен тьс соответствующий образом, чтобы исполнительные систем: отрабатывали (обеспечивали) необходимый уровень. Известны измерительные устройства системы регулировани уровн идкости в зависимости от температуры, наприер измерительное устройство системы аправки горючим 1-ой ступени ракеты CaTypH-rlB, ОНА 1.. Температура гоючего измер етс установленными в баах ракеты термопарами и вторичной аппаратурой, а уровень горючего опре- . ел етс по измер е1чому давлению за- правленногЬ в бак столба жидкости и ругим параметрам. Результаты измерений температуры и уровн с выходов соответствующей вторичной аппаратуры подаютс -в счетно-решающее устройст- 10 во, которое управл ет заправкой горючего по заданному соотнсииению между температурой и уровнем.The invention relates to measuring devices (sensors) for the mismatch of systems for automatically controlling the amount of liquid in a vessel, depending on its temperature. In connection with the temperature expansion of the liquid, the volume (level) of the vessel charge depends on the temperature of the liquid being filled. In all cases in the vessel it is necessary to leave a free volume, necessary for themes of expansion of the liquid during operation. This applies both to the case of the maximum filling of the vessel / and the dosed filling, when a certain mass of liquid must be filled into the vessel - i.e. when setting the charge level, the density of the fluid, which is a function of temperature, must be taken into account. Means for weighing a liquid in a vessel have received limited use in the technique due to the inconvenience (or inability at some objects) of their installation and operation, as well as not sufficiently high accuracy. on the density or temperature of the fluid i.e. They can not determine the mass of the liquid or take into account its thermal expansion. In this connection, a separate apparatus is also used to measure the temperature of the fluid and a calculating device that assigns and controls the level of refueling at the level gauge depending on the temperature of the temperature. Instead of the temperature of the liquid, the density of the liquid can be measured and taken into account, however, Schütnomeres are less perfect. From an elevated temperature of the liquid by () its density decreases by a certain amount for the controlled liquid, which usually lies in the range of 0.10-0.15%, while the volume of liquid filled into the vessel increases, for example, a 10-meter column of liquid in a cylindrical vessel by 10-15 mm. The readings of the measuring device of the level adjustment system should be changed accordingly in order for the actuating systems to: work out (provide) the required level. The measuring devices of the liquid level control system are known depending on the temperature, for example, the measuring device of the fueling system of the 1st stage of the CaTypH-rlB rocket, SHA1 .. The temperature of the fuel is measured by thermocouples and secondary equipment installed in the rocket's bach, and the level of fuel is determined. It is supplied according to the measured pressure of the charge in the tank of the liquid column and other parameters. The results of temperature and level measurements from the outputs of the corresponding secondary equipment are fed into the counting device 10, which controls the fueling at a given ratio between temperature and level.

Следует отметить, что типы примен емых датчиков температуры и уровн |5 жидкости могут быть разнообразными, так как методы измерени этих физических величин многочисленны.It should be noted that the types of sensors used for temperature and liquid level can be varied, since the methods for measuring these physical quantities are numerous.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс индуктив-2А ный ангшоговый уровнемер 2. Он содержит коаксигшьно распол(хкеиные основную обмотку возбуждени и осиовную измерительную обмотку со ступенчато измен ющимс числом витков, подсоединенную к пороговому элементу. Обмотки размещены в защитной трубе, снабженной упорами, между которыми расположен поплавок. , Индуктивный аналоговый уровнемер весьма прост по сравнению с другими 30 аналоговыми уровнемерами: манометрическими , емкостными, ультразвуковыми, радиоизотопными и другими, которые вл ютс сложными электронными устройствами 35The closest technical solution to the invention is an inductive 2A angular level transmitter 2. It contains coaxially arranged (the main excitation winding and axial measuring winding with a stepwise number of turns connected to the threshold element. The windings are placed in a protective pipe fitted with stops between which there is a float., Inductive analog gauge is very simple compared to the other 30 analog gauges: gauge, capacitive, ultrasonic, radioisotope and others that are complex electronic devices 35

. Однако ои, как и остальные известные .уровнемеры, не учитывает температурное расширение жидкости или- ее плотнос1 ь.. However, as well as other known level gauges, it does not take into account the thermal expansion of the fluid or its density.

Целью изобретени вл етс снабже- 40 нне индуктивного ангшогового уровнемера узлом термокомпенсации, учитывающим температуру контролируемой жидкости в сосуде и вырабатывающим сигнал рассогласовани при несоот- . ветствии уровн жидкости температуре по заданной зависимости. Это позвол ет заправл ть по показани м измерительного устройства одну и ту же массу .жидкости независимо от ее температуры при несложной аппаратуре. The aim of the invention is to provide a thermal compensation unit with a non-inductive angular level sensor, taking into account the temperature of the controlled liquid in the vessel and generating a mismatch signal in case of non-matching. liquid level at a given dependence. This makes it possible to charge the same mass of liquid according to the indications of the measuring device, irrespective of its temperature with simple equipment.

Sh:a цель достигаетс тем, что в Датчйке уровнемера нгисод тс коаксиально расположенные под одним иэ упоров дополнительна обмотка возбудде- «5 ни , последовательно подсоединенна к основной обмотке возбуждени , ЯВ9 встречно соединенные дополннтельнке измерительные обмотки, последовательно подсоединенные к основной измерительной обмотке, в областн одной э О дополнительных измерительных обмоток коаксиально закреплен на заветной трубе металлический цилиндр.Sh: a goal is achieved by the fact that, in the gauge of the level gauge, the ngisod mc is coaxially located under one of the stops an additional winding of the exciter 5 connected in series to the main excitation winding, HV9 oppositely connected measuring windings connected in series to the main measuring winding One of the additional measuring windings is coaxially fixed on the cherished pipe metal cylinder.

На чертеже схематически показан предложенный уровнемер.65The drawing schematically shows the proposed level gauge .65

В вертикальной защитной трубе 1 измерительного устройства, установленного в контролируемом сосудеi расположены равномерно намотанна основна обмотка возбуждени 2 и ступенчато намотанна измерительна обмотка 3, которые перекрывают диапазон регулировани уровн жидкости по высоте сосуда, а ниже этого диапазона - дополнительна обмотка возбуждени 4 и дополнительные измерительные обмотки 5 и ,6 «Последовательно соединенные обмотки 2 и 4 образуют обмотку возбуждени , подсоединенную к источнику переменного тока 7. Последовательно соединенные обмотки 3, 5 и б образуют измерительную (выходную) обмотку, котора подсоединена к пороговому элементу 8, управл ющему исполнительным устройством подачи жидкостн в контролируемый сосуд (на чертеже не показан ) .,In the vertical protective tube 1 of the measuring device installed in the controlled vessel, there are uniformly wound main excitation winding 2 and step wound measuring winding 3, which cover the range of liquid level control over the height of the vessel, and below this range there is an additional excitation winding 4 and additional measuring windings 5 and, 6 "Series-connected windings 2 and 4 form an excitation winding connected to an alternating current source 7. Sequentially connect ennye winding 3, 5, and used to form the measurement (output) winding, which is connected to the threshold element 8, a control actuator is liquid at controlled supply vessel (not shown).,

Снаружи зсццитной трубы 1, охватыва ее, расположены поплавок 9, перемещаемый контролируемой жидкостью вдоль диапазона регулировани уровн жидкости от нижнего упора 10 до верхнего упора 11 и металлический цилиндр 12, закрепленшхй ннже диапазона регулировани уровн жидкости напротив обмотки б.Outside of the enclosed pipe 1, there is a float 9 moved by the controlled fluid along the liquid level control range from the lower stop 10 to the upper stop 11 and the metal cylinder 12, which is fixed to the liquid level adjustment band opposite the winding b.

Поплавок 9 содержит цилиндрический электромагнитный экран 13, выполненный нз металла с высокой электрическо проводимостью (экран с вихретоковым действием) либо из ферромагнитного материала (экран ферромагнитного тиjfna ). Экран 13 индуктивно взаимодействует с обмотками 2 и 3: в нем навод тс токи от обмотки возбуждени 2, KOTOpi: e индуктируют в измерительной обмотке ЭДС, указываю1 1ую на положение поплавка 9 в диапазоне регулировани уровн жидкости. Намоточные данные обмоткн 3 измен ютс ступенчато вдоль диапазона перемещени поплавка 9 через ннтервгиш, равные высоте экрана 13. Это обеспечивает плавное изменение ЭДС г наводимой экраном 13 в обмотке 3, в диапазоне перемещени поплавка 9. Чем меньше число витков ступени измерительной об 1ртхи 3, тем меньша ,ЭДС наводитс 74и;кей экраном 13.The float 9 contains a cylindrical electromagnetic screen 13, made of metal with a high electrical conductivity (screen with eddy current action) or of a ferromagnetic material (screen of a ferromagnetic type). Screen 13 inductively interacts with windings 2 and 3: it induces currents from the excitation winding 2, KOTOpi: e induces EMF in the measuring winding, indicating 1 the position of the float 9 in the range of the fluid level control. The winding data of the winding 3 varies stepwise along the range of movement of the float 9 through the interval equal to the height of screen 13. This provides a smooth change in the emf of the induced screen 13 in winding 3, in the range of movement of the float 9. The smaller the number of turns of the measuring stage of 1 rth 3, the less a smaller emf is induced by 74i; a key screen 13.

Металлический цилиндр 12 выполнен з металла, химически стойкого к контрол руемой жидкостн и имеющего большой температурный коэффициент электр ческого сопротивлени (алюминиевые Ьп авы АД1И, АМгЗ и г.п.). Он термическ эол рован от трубы 1 диэлектрическим , например фторопластовыми прокМадк ц ю 14. Цилнндр 12 индуктив о взаимодействует с обмотками 4 и б; в ием. навод тс вихревой ток от Обмотки возбуждени 4, который в зависимости Ьт сопротивлени и, следовате ьио/ от температуры цилиндра 12 индуктирует в о котке 6 ЭДС, указывающуго на те1.тературу цилиндра 12. При погружении цилиндра 12 в | оитролируемую жидкость он принимает ее температуру. Чем выше температура жи кости, тем меньший вихревой ток прот кает в цилиндре 12 и меньша ЭДС наводитс этим током в обмотке б. В обмотках 3, 5 и б навод тс ЭДС ЕТ,ЕЭ,Е( токами, протекающими в цилиндре 12 {ЭДС ), экране (ЭДСс ) и обмотке возбуждени 2,4 (. Намоточные данные, выходной обмотки (3, 5, 6) св заны между собой следую условием: при подъеме поплавка 9 на ВЫСОТУ)определ емую заранее извес ной (заданной или расчетной) зависимостью уровн в сосуде от температуры контролируемой жидкости, суммарна ЭДС в обмотке 3, 5, б должна достиг нуть напр жени переключени (срабатывани ) , при котором пороговый элемент 8 выдаёт сигнал на прекращение заправки сосуда. Достижение этого услови обеспечиваетс при определенном (согласном или встречном) включении одной обмотки (3, 5, б) относительно другой, которое зависи также от типа экрана 13. На чертеже показано измерительное устройство с вихретоковым экраном 13 В этом случае фаза наводимой в обмотке бцилиндром 12 и фаза ЭДС Eg наводимой в обмотке 3 экраном 13, почти совпадают. Повышение температу ры жидкости вызывает уменьшение ЭДС Е . При встречном включении обмоток б и 3 (E-J иЕ действуют встречно) и уменьшении числа витков и диаметра обмотки 3 к верхней, части сосуда это уменьшениеЭДС ЕТ будет скомпенсиров но при подъеме поплавка 9 на большую высоту ( этом также уменьшитс ) т.е. уровень жидкости будет отрегули рован в соответствий с физической за висимостью уровн жидкости в сосуде от ее темпера -уры. В случае согласного включени обмоток б и 3 уменьшение ЭДС должно быть скомпенсировано повышением ЭДС Eg при подъеме поплавка 9 на большую высоту, т.е. число щитков и диаметр обмотки 3 к верхне й части сосуда должны увеличиватьс . При феррома нитном экране 13 фаза будет пр тивоположной, поэтому включение обмотки 3 относительно обмотки б должно быть противоположным описанному выше.Дл повышени точности регулировани обмотки 5 и б включены встре но., При крайнем нижнем положении поплавка 9 ЭДС 3 должна превыпать возможное максимальное значение Е Это обеспечивает монотонное уменьшение суммарной ЭДС в измерительной об мотке 3, 5, б в процессе заправки сосуда - от некоторого максимсь ьного значени до напр жени переключени (срабатывани )порогового элемента 8. При срабатывании порогового элемента 8 заправка сосуда прекращаетс . Программа регулировани уровн жидкости в зависимости от ее температуры при необходимости может быть изменена в широких пределах введением напр жени смещени , пропорционального току питани измерительного устройства, последовательно с ЭДС, измерительной обмотки 3, 5, б. Вследствие неполного совпадени (или противоположности) фаз ЭДС от цилиндра 12 и экрана 13 пороговый элемент 8 выполн етс нечувствитель- . ным к этой разности фаз. К выходу измерительной обмотки 3, 5, б может быть также подключен другой пороговый элемент , который срабатывает при достижении выходной ЭДС неко.торой промежуточной величины, подава при этом сигнал на уменьшение производительности заправки, Kotcopoe осуществл етс с целью повышени точности отсечки требуемого уровн и исключени ги роудара. Намоточные данные обмотки.3 выбиршотс из услови обеспечени необходимой функциональной зависимости Е Ьт t-r (т.е. высоты подъема поплавка от температуры), Поэтому число витков обАЮТКИ 3 меныйе числа витков обмоток 5, б и требовани к точности изготовлени обмотки 3 могут быть невысоки. Обмотки 5, 6 соединены встречно, 1шеют почти(равное друг другу 4WCJio витков и расположены на небольшом рассто нии друг от друга. Это компенсирует вли ние.защитной трубы 1 на -показани измерительного устройства. . .. Т,ак как ЭДС д ь пропорционгшьны одному и тому же току питани , проход щему через последовательно соединенные обмотки 2 в 4, а суммарное значение этих ЭДС, при котором срабатывает пороговый 8, близко к нулю, то эмерительное устройство кечувствительмо к значительным изменени м тока питани {т.е. допускает большое непосто нство аапр жени питани , большие технологические отклонени и те шературш1е изменени параметров о йоток). Применение этйго датчика -в системах регулировани уровн жидкости в зависимости от ее температуры позволит в дес тки раз .псжизить. стоимость измерительного устройства, повысить его надежность и точности- работы (благодар исключению сложной аппаратуры автономных измерений, температуры и уровн жидкости, промежуточных преобразований информации об этих параметрах и сопр жени их в счетно-решгиощем устройстве ). Изготовление и лабораторные испытани опытного образца предлагаемогоThe metal cylinder 12 is made of a metal that is chemically resistant to a controlled liquid and has a large temperature coefficient of electrical resistance (aluminum bp Ava AD1I, AMgZ and GP). It is thermally insulated from the pipe 1 by a dielectric, for example, fluoroplastic proCM. 14. The cylinder 12 inductive about interacts with windings 4 and b; in it. induces eddy current from excitation winding 4, which, depending on resistance Lt and consequently / on the temperature of the cylinder 12, induces an emf indicating the temperature of the cylinder 12 in the vessel 6. When the cylinder is immersed 12 in | it takes liquid temperature control. The higher the temperature of the bone, the smaller the eddy current flowing in the cylinder 12 and the lower the emf induced by this current in the winding b. In windings 3, 5 and b, EMF ET, EE, E (currents flowing in cylinder 12 {EMF), screen (EMF) and excitation winding 2.4 (. Winding data, output winding (3, 5, 6) interconnected by the following condition: when the float 9 is raised to the HEIGHT) determined by the known (predetermined or calculated) dependence of the level in the vessel on the temperature of the controlled fluid, the total emf in the winding 3, 5, b must reach the switching voltage ( ), at which the threshold element 8 generates a signal to stop the filling of the vessel. The achievement of this condition is ensured with a certain (consonant or counter) switching on one winding (3, 5, b) relative to another, which also depends on the type of screen 13. The drawing shows a measuring device with an eddy current screen 13 In this case, the phase induced in the winding by the cylinder 12 and the phase EMF Eg induced in the winding 3 by the screen 13, almost coincide. An increase in the temperature of the liquid causes a decrease in the emf. When the windings b and 3 are turned on (E-J and E act oppositely) and the number of turns and the diameter of the winding 3 decrease to the upper part of the vessel, this decrease in EMF ET will be compensated but when the float 9 rises to a greater height (this also decreases). the fluid level will be adjusted in accordance with the physical dependence of the fluid level in the vessel on its temperature. If the windings b and 3 are consistently turned on, the decrease in the EMF should be compensated by an increase in the EMF Eg when the float 9 is raised to a greater height, i.e. the number of plates and the diameter of the winding 3 to the upper part of the vessel should increase. In case of a ferro-filament screen 13, the phase will be opposite, therefore switching on winding 3 relative to winding b should be opposite to that described above. To improve control accuracy, winding 5 and b are turned on. At the lowest position of the float 9, EMF 3 should exceed the maximum possible value E This provides a monotonous decrease in the total emf in the measuring winding 3, 5, b in the process of filling the vessel - from a certain maximum value to the switching voltage (actuation) of the threshold element 8. When cf batyvanii threshold element 8 ceases refilling the vessel. The program for adjusting the level of a liquid, depending on its temperature, can be changed, if necessary, over a wide range by introducing a bias voltage proportional to the supply current of the measuring device, in series with the EMF, measuring winding 3, 5, b. Due to the incomplete coincidence (or opposition) of the EMF phases from the cylinder 12 and the screen 13, the threshold element 8 is insensitive. to this phase difference. To the output of the measuring winding 3, 5, b, another threshold element can also be connected, which is triggered when the output emf reaches a certain intermediate value, giving a signal to decrease the charging performance, Kotcopoe is performed to increase the cutoff accuracy of the required level and exclude gi rooudara. Winding winding data. 3. Choosing from the condition of providing the necessary functional dependence of E b t r (i.e. height of float rise on temperature), therefore the number of turns of the hoop 3 less than the number of turns of windings 5, b and the requirements on the accuracy of manufacturing of the winding 3 may be low. The windings 5, 6 are connected in opposite directions, 1 are almost (equal to each other 4WCJio turns and are located at a small distance from each other. This compensates for the influence of the protective tube 1 on the readings of the measuring device ... T, as emf is proportional to to the same power supply current passing through series-connected windings 2 to 4, and the total value of these EMF, at which the threshold 8 is triggered, is close to zero, the output device is sensitive to significant changes in the supply current {i.e. incompetence aap power supply patterns, large technological deviations and technical changes in the parameters of current). The use of this sensor in systems for regulating the level of a liquid depending on its temperature will allow ten times a life time. the cost of the measuring device, increase its reliability and accuracy of operation (due to the exclusion of complex equipment for autonomous measurements, temperature and fluid level, intermediate transformations of information about these parameters and their interfacing in a computer). Manufacturing and laboratory testing of the prototype of the proposed

Claims

The claims of $

A liquid level sensor containing a coaxially located main field winding and a main measuring winding with stepwise varying number of turns connected to a threshold element, placed in a protective tube equipped with stops, between which a float is located, characterized in that, in order to improve accuracy 1 operation and expanding the scope of the sensor, it contains an additional field winding coaxially located under one of the stops, connected in series to the main winding ozbuzhdeniya, and two additional oppositely connected measuring windings connected in series to the primary winding of the measuring, wherein in one of the additional measuring winding coaxially fixed to the protective tube metal cylinder.