Датчик рівня рідини в резервуарі

Реферат: Датчик рівня рідини в резервуарі містить основний резервуар, сполучений з резервуаром, рівень рідини в якому вимірюється, першу мембрану, з'єднану з основним резервуаром, мембранний манометр, капіляр, вихід якого сполучений з мембранним манометром, який через систему важелів і тяг зв'язаний із стрілкою вимірювальної шкали. Додатково в датчику установлений перетворювач сигналів, верхній циліндр якого одним торцем зв'язаний через першу мембрану з основним резервуаром, а другим торцем через другу мембрану - з одним торцем додаткового нижнього циліндра. Додатково установлені у верхньому циліндрі нерухомий фланець, а в нижньому циліндрі - підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третьої з осьовим отвором мембрани, установленої на другому торці нижнього циліндра, периферійна частина і центральна частина з отвором якої кришками притиснені до нього, а основа тягою зв'язана з основою другої мембрани. При цьому перша порожнина утворена нерухомим фланцем, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і першою мембраною, друга порожнина утворена другою мембраною, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і нерухомим фланцем і третя порожнина утворена внутрішньою стінкою нижнього циліндра, другою і третьою мембранами, заповнені робочою рідиною і сполучені між собою через гідролінію і регульований дросель. Третя порожнина перетворювача капіляром сполучена із мембранним манометром, мембрана якого зв'язана з установленими в ньому гідравлічним демпфером і пружиною, а також через систему важелів і тяг - із стрілкою вимірювальної шкали, проградуйованої в одиницях рівня. UA 105512 U (54) ДАТЧИК РІВНЯ РІДИНИ В РЕЗЕРВУАРІ UA 105512 U UA 105512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів гідроавтоматики і може бути використана для вимірювання рівня рідини в резервуарі відносно будь-якої відмітки, а також для контролю параметрів витрати рідини, пов'язаних з протіканням технологічних процесів різних галузей народного господарства. Відомий, найбільш близький за суттю і технічною реалізацією, мембранний рівнемір рідини, в якому на основі вимірювання тиску, що передається на мембрану вагою стовпа рідини, контролюється її рівень. Рівнемір містить мембрану, механічно зв'язану з вугільним датчиком, вихідний сигнал якого вимірюється приладом або використовується для керування (див. кн. Колесов Л.В. Основы автоматики. - 2-е изд., доп. и перераб. - Μ.: Колос, 1984. - С. 61-62, рис. 20, б). Однак, недоліком відомого рівнеміра є низька точність і запізнення формування вихідних сигналів, обумовлені значною інерційністю, потребою у великих діючих на вугільний датчик зусиллях і підсиленні струму, нестабільним опором датчика і залежністю його від температури, наявністю гістерезису, що обмежує область його застосування. Отже, відомий мембранний рівнемір має низьку точність вимірювання формування вихідних сигналів із значним запізненням, а також обмежену область його застосування. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу підвищити точність вимірювання і швидкодію вихідних сигналів, а також розширити область застосування датчика. Задача вирішується, відповідно до запропонованої корисної моделі, суттєвими ознаками якої є те, що мембранний датчик вимірює відхилення рівня рідини, за яким формуються два незалежних сигнали. Перший сигнал пропорційний відхиленню рівня рідини, а другий пропорційний швидкості (першій похідній) його відхилення, далі сигнали підсумовуються і результативний сигнал з'єднувальним капіляром подається у мембранний манометр, в якому гасяться його високочастотні коливання, спричинені можливими вібрацією та поштовхами. Відфільтрований вихідний сигнал через систему важелів і тяг подається на стрілку вимірювальної шкали, проградуйованої в одиницях рівня. Поставлена задача вирішується таким чином, що в запропонованому датчику з основним резервуаром, сполученим з резервуаром, рівень рідини в якому вимірюється, додатково установлений перетворювач сигналів, що містить два - верхній і нижній - циліндри. Верхній з додатково установленим нерухомим фланцем, одним торцем з'єднаний першою спільною мембраною з торцем основного резервуара, а другим торцем і другою спільною мембраною - з першим торцем нижнього циліндра. Додатково установлений в нижньому циліндрі підсумовуючий сформовані сигнали механізм виконаний у вигляді третьої з осьовим отвором мембрани, установленої в порожнині нижнього циліндра. Периферійна частина і центральна частина з осьовим отвором третьої мембрани кришками притиснені до другого торця нижнього циліндра, а її основа тягою зв'язана з основою другої мембрани. Причому перша порожнина утворена нерухомим фланцем, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і першою мембраною, друга порожнина утворена нерухомим фланцем, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і другою мембраною, і третя порожнина утворена стінкою нижнього циліндра, другою і третьою мембранами, порожнини заповнені робочою рідиною і сполучені між собою через додатково установлену гідролінію і дросель. Третя порожнина перетворювача капіляром сполучена із порожниною манометра, мембрана якого зв'язана з додатково установленим гідравлічним демпфером для гасіння високочастотних коливань стрілки, і пружиною, а також через систему важелів і тяг - із стрілкою вимірювальної шкали, проградуйованої в одиницях рівня. При такому технічному виконанні, що поєднує в одній конструкції вимірювач рівня рідини і перетворювач з одержанням вихідних сигналів, що надходять на стрілку вимірювальної шкали, пропорційних вхідним і першою похідною від змінювання вхідних сигналів, а також демпфуванням їх високочастотних коливань, підвищиться точність вимірювання рівнів рідини і швидкість вихідних сигналів з усуненням запізнювання при проходженні їх через датчик, що розширить область його застосування. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд запропонованого датчика рівня рідини. Датчик містить основний резервуар 1, сполучений гідролінією 2 з резервуаром, в якому вимірюється рівень рідини і першу мембрану 3. Додатково установлений перетворювач 4 вимірювальних сигналів з верхнім 5 і нижнім 6 циліндрами. Верхній циліндр 5 одним торцем через першу мембрану 3 зв'язаний з основним резервуаром 1, а другим торцем через другу мембрану 7 - з одним торцем нижнього циліндра 6, і додатково у верхньому циліндрі 5 установлений фланець 8, а в нижньому циліндрі 6 підсумовуючий сформовані сигнали механізм, виконаний у вигляді третьої з осьовим отвором мембрани 9. Периферійна частина мембрани 9 кришкою 10 притиснена до другого торця 1 UA 105512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 нижнього циліндра 6, основа тягою 11 зв'язана з основою другої мембрани 7, а її частина з осьовим отвором кришкою 12 жорстко з'єднана з циліндром 6. Перша частина "а" утворена першою мембраною 3, нерухомим фланцем 8 і внутрішньою стінкою верхнього циліндра 5, друга порожнина "b" утворена внутрішньою стінкою циліндра 5, другою мембраною 7 і нерухомим фланцем 8, і третя порожнина "с" утворена внутрішньою стінкою нижнього циліндра 6, порожнини другою 7 і третьою 9 мембранами заповнені робочою рідиною і сполучені між собою за допомогою додатково установлених гідролінії 13 і регульованого дроселя 14. Третя порожнина "с" перетворювача капіляром 15 сполучена з порожниною "d" мембранного манометра 16, мембрана 17 якого притиснена кришкою 18, основа 19 якої взаємодіє з пружною 20, а також через систему важелів і тяг із стрілкою 21 вимірювальної шкали 22, проградуйованої в одиницях рівня рідини в резервуарі. Для гасіння високочастотних коливань стрілки 21, викликаних можливими вібрацією і поштовхами, додатково установлений гідравлічний демпфер у вигляді поршня 23 з отворами для перепуску робочої рідини, зв'язаного із системою важелів і тяг, а також стрілкою 21. Запропонований датчик рідини працює наступним чином. У випадку збільшення кількості рідини в резервуарі, в якому вимірюється чи контролюється її рівень, за законом сполучених посудин, вона гідролінією 2 надійде в основний резервуар 1, підвищуючи в ньому рівень, від якого перша мембрана 3 опуститься вниз, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в порожнині "а", яка через гідролінію 13 і дросель 14 буде надходити в порожнини "b", "с". Однак через наявність дроселя 14 тиск в порожнині "b" буде зростати повільніше, ніж в порожнині "с". В результаті друга мембрана 7 разом з третьою мембраною 9 будуть переміщатися догори, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини у порожнині "с". Внаслідок відбувається додавання двох тисків, тобто вихідний підсумований тиск у порожнині "с" буде складатися із тиску, викликаного змінюванням рівня рідини в основному резервуарі 1, а також тиску, викликаного швидкістю (першою похідною) його змінювання, обумовленого переміщенням догори третьої мембрани 9 і зменшенням об'єму порожнини "с" і через те додатковим підвищенням в ній тиску. Робоча рідина, від різкого підвищення сумарного тиску, із порожнини "с" капіляром 15 надійде в порожнину "d" манометра 16, підвищуючи в ньому тиск. В результаті основа 19 мембрани 17 і зв'язаний з нею поршень 23 гідравлічного демпфера, долаючи зусилля жорсткості пружини 20, піднімуться догори і через систему важелів і тяг повернуть стрілку 21 в бік підвищення рівня робочої рідини в основному резервуарі 1 і в резервуарі, в якому рівень вимірюється, на що при візуальному контролі покаже стрілка 21 на вимірювальній шкалі 22. А вертикальним переміщенням поршня 23 і перетіканням через отвори в ньому робочої рідини приведе до гідравлічного демпфування, забезпечуючи гасіння можливих високочастотних коливань стрілки 21, спричинених вібрацією та поштовхами. У випадку зменшення кількості рідини в резервуарі, в якому вимірюється чи контролюється її рівень, запропонований датчик працюватиме аналогічно, але з тією різницею, що всі його рухомі деталі, в тому числі і стрілка, будуть переміщатися у протилежний бік. В усіх випадках перемінного рівня рідини в основному резервуарі стрілка датчика, при погашених високочастотних коливаннях, на вимірювальній шкалі буде відхилятись за вихідними з перетворювача сигналами, пропорційними як змінюванню відхилення рівня рідини так і швидкості його змінювання, забезпечуючи підвищену точність вимірювання і контролю. Використання запропонованого датчика рівня рідини в резервуарі, у порівнянні з уже відомим, дасть можливість: - розширити його функціональні можливості за рахунок формування вихідного сигналу, пропорційного швидкості змінювання рівня рідини в резервуарі; - підвищити динамічні показники перехідних процесів і точність функціонування датчика, завдяки підвищенню швидкодії вихідних з нього сигналів і зменшенню запізнювання в показах стрілки на вимірювальній шкалі; - розширити область застосування в системах автоматичного регулювання рівня рідини в резервуарах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Датчик рівня рідини в резервуарі, що містить основний резервуар, сполучений з резервуаром, рівень рідини в якому вимірюється, першу мембрану, з'єднану з основним резервуаром, мембранний манометр, капіляр, вихід якого сполучений з мембранним манометром, який через систему важелів і тяг зв'язаний із стрілкою вимірювальної шкали, який відрізняється тим, що в ньому додатково установлений перетворювач сигналів, верхній циліндр якого одним торцем 2 UA 105512 U 5 10 зв'язаний через першу мембрану з основним резервуаром, а другим торцем через другу мембрану - з одним торцем додаткового нижнього циліндра, а також додатково установлені у верхньому циліндрі нерухомий фланець, а в нижньому циліндрі - підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третьої з осьовим отвором мембрани, установленої на другому торці нижнього циліндра, периферійна частина і центральна частина з отвором якої кришками притиснені до нього, а основа тягою зв'язана з основою другої мембрани, причому перша порожнина утворена нерухомим фланцем, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і першою мембраною, друга порожнина утворена другою мембраною, внутрішньою стінкою верхнього циліндра і нерухомим фланцем і третя порожнина утворена внутрішньою стінкою нижнього циліндра, другою і третьою мембранами, заповнені робочою рідиною і сполучені між собою через гідролінію і регульований дросель, при цьому третя порожнина перетворювача капіляром сполучена із мембранним манометром, мембрана якого зв'язана з установленими в ньому гідравлічним демпфером і пружиною, а також через систему важелів і тяг - із стрілкою вимірювальної шкали, проградуйованої в одиницях рівня. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3