датчик уровня воды

Формула изобретения

Датчик уровня воды, включающий корпус с полостью, электрод, электрически связанный с кабелем, отличающийся тем, что в нижней торцевой поверхности корпуса выполнено отверстие с присоединенным к нему патрубком, электрод выполнен в виде герметизированного металлического сильфона, электрически изолированного герметизирующим изолятором от корпуса, и размещен в его полости, причем нижний конец сильфона расположен в патрубке, а между внутренней поверхностью патрубка и сильфоном образован кольцевой зазор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизированным насосным установкам для подачи воды в аккумулирующие резервуары.

Известно устройство [1] для измерения уровня жидкости в резервуарах, которое содержит цилиндрический полый корпус, внутри которого установлен с возможностью перемещения по вертикали приемник гидростатического давления в виде поршня. На верхнем торце поршня выполнено сферическое углубление, на поверхность которого нанесено зеркальное покрытие. Световой пучок, падая на сферическую поверхность, отражается от нее и фокусируется на торце приемного световода. При изменении уровня жидкости происходит перемещение поршня, расфокусировка светового пучка и пропорциональное изменение сигнала фотоприемника.

Недостатком данного устройства является то, что при изменении уровня воды в необогреваемых аккумулирующих резервуарах при отрицательных температурах воздуха возможно обмерзание и заклинивание поршня, находящегося на поверхности уровня воды. Кроме того, возможно обмерзание вогнутого зеркального покрытия, что изменит отражающую его способность и приведет к отказу устройства. Устройство отличается сложностью конструкции.

Известен электродный датчик уровня воды [2], включающий корпус, в который встроен электрод в виде плоского диска, электрически связанного с кабелем, причем в корпусе над электродом выполнена полость, а нижние поверхности электрода и корпуса расположены в одной плоскости. При контакте электрода с водой происходит замыкание электрической цепи управления насосной установкой.

Электродный датчик не имеет подвижных частей, что упрощает его конструкцию и повышает надежность работы.

Однако электродные датчики уровня воды, установленные в необогреваемых аккумулирующих резервуарах, склонны к обмерзанию при отрицательных температурах воздуха, так как датчик верхнего уровня воды постоянно, а датчик нижнего уровня воды периодически контактируют с воздухом. В результате обмерзания нарушается электрический контакт электрода датчика с водой, что приводит к отказам системы автоматического управления насосной установкой.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение надежности при одновременном повышении точности измерения уровня воды электродным датчиком.

Поставленная задача решается таким образом, что в предлагаемом датчике уровня воды, включающем корпус с полостью, электрод, электрически связанный с кабелем, причем в нижней торцевой поверхности корпуса выполнено отверстие с присоединенным к нему патрубком, электрод выполнен в виде герметизированного металлического сильфона, электрически изолированного от корпуса с помощью герметизирующего изолятора, и размещен в полости корпуса, так что нижний конец сильфона расположен в патрубке, а между внутренней поверхностью патрубка и сильфоном образован кольцевой зазор.

Сущность данного изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема датчика уровня воды.

В корпусе 1 датчика уровня воды выполнена полость 2, в крышке корпуса 1 закреплен герметизированный металлический сильфон 3, размещенный внутри полости 2, электрически изолированный от корпуса 1 с помощью герметизирующего изолятора 4 и электрически связанный с кабелем 5. В нижней торцевой поверхности корпуса 1 выполнено отверстие, к которому присоединен патрубок 6, причем между внутренней поверхностью патрубка 6 и сильфоном 3 выполнен кольцевой зазор.

Датчик уровня воды работает следующим образом. Датчики как верхнего, так и нижнего уровня воды в аккумулирующем резервуаре с помощью подвесных устройств размещаются в объеме воды между днищем резервуара и контролируемым нижним ее уровнем.

При подъеме уровня воды в резервуаре относительно плоскости сравнения, проходящей через нижнее сечение патрубка 6, уровень воды в патрубке 6 также повышается. При этом воздух в патрубке 6 и полости 2 корпуса 1, первоначально находившийся под атмосферным давлением, сжимается и его давление возрастает. Поскольку давление воздуха на поверхность воды в резервуаре равно атмосферному, а в полости 2 корпуса 1 оно выше атмосферного, то высота подъема уровня воды в патрубке 6 значительно меньше, чем в резервуаре.

При подъеме воды в резервуаре до верхнего расчетного уровня столб воды в патрубке 6 войдет в электрический контакт с электродом, выполненным в виде герметизированного металлического сильфона 3, размещенного в полости 2, изолированного электрически от корпуса 1 с помощью герметизирующего изолятора 4 и связанного электрически с кабелем 5. В результате замыкания электрической цепи датчика уровня воды система автоматического управления отключит насосную установку.

При опускании воды в резервуаре до нижнего расчетного уровня во втором аналогичном датчике под действием повышенного давления ранее сжатого воздуха вода вытесняется из полости 2 корпуса 1, происходит размыкание электрического контакта "сильфон-вода", что приводит к автоматическому включению насосной установки и подаче воды в резервуар.

Для реальных диапазонов изменения уровней воды в резервуарах объем патрубка 6 меньше объема полости 2 корпуса 1. Для повышения точности измерения уровня воды в резервуаре за счет увеличения диапазона изменения высоты столба воды в патрубке 6 площадь поперечного сечения последнего принимается меньше площади поперечного сечения полости 2 корпуса 1 датчика.

Для обеспечения линейной статической характеристики датчика (зависимости между высотой столба воды в резервуаре и высотой столба воды в датчике) нижний конец сильфона 3 расположен в верхней части патрубка 6 с образованием кольцевого зазора между внутренней поверхностью патрубка и сильфоном для исключения возможности электрического контакта между ними.

В реальных условиях эксплуатации атмосферное давление воздуха на поверхности воды в резервуаре переменно, поэтому при одной и той же высоте столба воды в резервуаре относительно плоскости сравнения высота столба воды в патрубке будет различной, что при постоянной высоте электрода приводит к понижению точности работы датчика уровня. Для повышения точности измерений электрод датчика выполнен в виде герметизированного сильфона 3.

При увеличении атмосферного давления на поверхность воды в резервуаре возрастет давление воздуха в полости 2 корпуса 1 и патрубке 6, что приведет к уменьшению высоты сильфона 3 и компенсации повышения столба воды в патрубке 6. Аналогично, при понижении атмосферного давления уровень воды в патрубке 6 понижается, но одновременно увеличивается высота сильфона 3. Поэтому срабатывание датчика будет происходить при одном и том же заданном уровне воды в резервуаре.

Предлагаемая форма корпуса с патрубком с использованием герметизированного сильфона в качестве электрода позволяет разместить датчик уровня непосредственно в воде, исключив контакт с атмосферным воздухом и обмерзание датчика при отрицательной температуре воздуха в необогреваемом резервуаре, что обеспечивает повышение надежности датчика и надлежащую точность срабатывания датчика при заданном уровне жидкости.

Список литературы

1. Патент РФ 2064665, 6 G 01 F 23/14. Устройство для измерения уровня жидкости в резервуарах/Кабанов В.И., Литвиненко А.Н., Гужавин Г.Г., Молчанов О. В., Алаторцев Е.И., Черторийский А.И., Ларичев В.Н. - 93054155/28. Заявл. 02.12.93. Опубл. 27.07.96.

2. Попов В.М. Водоотливные установки: Справочное пособие. - М.: Недра, 1990. - С.195-197, рис.8.2.