регулятор уровня жидкости и его исполнительный элемент

Формула изобретения

1. Регулятор уровня жидкости, содержащий расходную емкость и сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью и выходным отверстием, размещенным в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости, отличающийся тем, что в нем сосуд для расходуемой жидкости снабжен впускным отверстием диаметром R, равным 1,5-5 мм и выполненным выше задаваемого уровня жидкости на расстоянии L, определяемом из соотношения L= (24-4R) мм.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в нем сосуд для расходуемой жидкости снабжен пробкой, выходное и впускное отверстия выполнены соответственно в пробке и на боковой поверхности сосуда, а форма и размеры поперечного сечения и высота расходной емкости выполнены с возможностью размещения в ней сосуда и фиксирования его в вертикальном или близком к нему положению.

3. Регулятор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в нем сосуд для расходуемой жидкости выполнен в виде бутылки из прозрачного пластикового материала.

4. Регулятор уровня жидкости, содержащий расходную емкость и сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью, выходное отверстие, размещенное в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости, отличающийся тем, что он снабжен исполнительным элементом, выполненным в виде стакана, открытой частью сопрягаемого с сосудом для расходуемой жидкости, и впускным отверстием диаметром R, равным 1,55 мм, при этом выходное отверстие выполнено на дне, а впускное отверстие выполнено на боковой поверхности стакана и размещено выше задаваемого уровня жидкости на расстоянии L, определяемом из соотношения L= (24-4R) мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическим устройствам для поддержания без вспомогательных источников энергии постоянного уровня жидкости в емкостях с расходуемой жидкостью и может быть использовано в качестве автономного источника водоснабжения.

Известен регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство СССР 1257620, кл. G 05 D 9/00, 1985), содержащий расходную емкость и размещенную в ней трубу, внутри которой установлена поплавковая камера в виде стакана с поплавком, связанным с механизмом подачи жидкости в расходную емкость.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного регулятора, относится его конструктивная сложность.

Известен регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство СССР 661518, кл. G 05 D 9/02, 1973), содержащий расходную емкость и расположенный над ней частично заполненный жидкостью герметичный сосуд для расходуемой жидкости с подключенной к нему трубкой. Трубка расположена под углом к вертикали и снабжена торцовой заглушкой, у которой в месте соединения со стенкой трубки выполнены два отверстия, одно из которых находится в зоне контакта трубки с жидкостью. Регулятор имеет систему кранов и перекрываемых шлангов для заполнения сосуда расходуемой жидкостью.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится его относительная сложность конструкции и эксплуатации.

Известен также регулятор уровня жидкости (см. авторское свидетельство 1158982, кл. G 05 D 9/02, 1983), который по совокупности признаков наиболее близок заявляемым изобретениям и принят за прототип.

Известный регулятор уровня жидкости содержит расходную емкость, над которой на штативе с помощью шарнира установлен сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью и выходной трубкой с выходным отверстием, размещенным в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости. Выходное отверстие - конец трубки выполнен с сечением под углом 30-45^o по отношению к уровню жидкости в расходной емкости.

Расходную емкость заполняют жидкостью до необходимого уровня. Затем сосуд для расходуемой жидкости поворачивают на штативе вокруг шарнира на 180^o и заполняют сосуд через выходную трубу жидкостью. Резко возвращают сосуд с залитой жидкостью в первоначальное положение и погружают выходное отверстие в жидкость.

При понижении уровня жидкости в расходной емкости открывается верхняя часть выходного отверстия и проникающий через отверстие в сосуд воздух обеспечивает поступление замещаемой воздухом жидкости в расходную емкость до установления жидкостью заданного уровня, перекрывающего поступление воздуха в сосуд.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного регулятора, относится относительная сложность конструкции и эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание простейшего в изготовлении и эксплуатации автоматического средства регулирования уровня жидкости без вспомогательных источников энергии.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретений, заключается:

- в существенном упрощении конструкции регулятора и его эксплуатации;

- в использовании для изготовления всего устройства и его части простых, общедоступных элементов;

- в обеспечении взаимозаменяемости элементов регулятора.

Указанный технический результат достигается при осуществлении заявляемой группы однообъектных изобретений, представляющих собой целое устройство и его часть и образующих единый изобретательский замысел.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения - всего устройства достигается тем, что в заявляемом регуляторе уровня жидкости, содержащем расходную емкость и сосуд для расходуемой жидкости с герметизированной верхней частью и выходным отверстием, размещенным в расходной емкости ниже задаваемого уровня жидкости, в отличие от известного регулятора, сосуд для расходуемой жидкости снабжен впускным отверстием диаметром R, равным 1,5-5 мм и выполненным выше задаваемого уровня жидкости на расстоянии L, определяемом из соотношения

L=24-4R

Указанный технический результат достигается также тем, что в заявляемом регуляторе сосуд для расходуемой жидкости снабжен пробкой, выходное и впускное отверстия выполнены соответственно в пробке и на боковой поверхности сосуда, а форма и размеры поперечного сечения и высота расходной емкости выполнены с возможностью размещения в ней сосуда и фиксирования его в вертикальном или близком к нему положении.

Указанный технический результат достигается также тем, что в заявляемом регуляторе сосуд для расходуемой жидкости выполнен в виде бутылки из прозрачного пластикового материала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем, что заявляемый исполнительный элемент - часть регулятора уровня жидкости, содержащий выходное и впускное отверстия для сосуда с расходуемой жидкостью, выполнен в виде стакана, открытой частью сопрягаемого с сосудом, а выходное и впускное отверстия выполнены соответственно на дне и боковой поверхности стакана.

На фиг. 1 изображен заявляемый регулятор уровня жидкости; на фиг. 2 - исполнительный элемент регулятора; на фиг 3 - график зависимости L - расстояния впускного отверстия до задаваемого уровня жидкости от R - диаметра впускного отверстия.

Заявляемый регулятор уровня жидкости содержит расходную емкость 1 с жидкостью 2 и сосуд 3 для расходуемой жидкости с герметичной верхней частью 4 и выходным отверстием 5 на стенке (или дне) сосуда 3. Расходная емкость 1 через патрубок 6 подключена к потребителю 7. Выходное отверстие 5 сосуда 3 размещено в расходной емкости 1 ниже уровня жидкости 2. Впускное отверстие 8 сосуда 3, имеющее диаметр R, выполнено выше задаваемого уровня жидкости 2 на расстоянии L.

В случае выполнения сосуда 3 в виде бутылки (как изображено на фиг. 1), выходное отверстие 5 сосуда 3 выполнено в пробке 9, а впускное отверстие 8 выполнено на боковой стенке горлышка бутылки. Форма и размеры поперечного сечения и высота расходной емкости 1 выполнены с возможностью фиксирования сосуда 3 для расходуемой жидкости внутри расходной емкости 1 в вертикальном или близком к нему положении, при этом сосуд 3 своей пробкой 9 опирается на дно расходной емкости 1.

Исполнительный элемент регулятора (фиг. 2) представляет собой стакан 10, у которого открытая часть снабжена соединением 11, например, резьбовым, сопрягаемым с сосудом 3 (бутылкой). В дне стакана 10 выполнено выходное отверстие 5, а на боковой стенке - впускное отверстие 8 на соответствующем расстоянии L, зависящем от задаваемого уровня жидкости 2 в расходной емкости 1 и диаметра R впускного отверстия 8. Установленный внутри расходной емкости 1 сосуд 3 с прикрепленным к нему стаканом 10 с выходным 5 и впускным 8 отверстиями также опирается на дно емкости 1.

Заявляемый регулятор уровня жидкости работает следующим образом.

Сосуд 3 заполняют жидкостью, создавая ее запас для поддержания заданного уровня жидкости 2 в расходной емкости 1, переворачивают его и, погружая выходное отверстие 5 ниже уровня жидкости 2, устанавливают сосуд 3 в рабочее положение в расходной емкости 1.

Возникающее во впускном отверстии 8 сосуда 3 или стакана 10 капиллярное давление, обусловленное поверхностным натяжением на границе раздела твердое тело - жидкость, уравновешивается противодавлением, создаваемым столбом жидкости с высотой, равной расстоянию L - расстоянию между уровнем жидкости в расходной емкости 1 и впускным отверстием 8. При снижении уровня жидкости 2 в расходной емкости 1 высота столба жидкости увеличивается, равновесие нарушается и во впускное отверстие 8 на боковой поверхности сосуда 3 или стакана 10 проникает воздух, который, замещая жидкость в сосуде 3, обеспечивает поступление жидкости через выходное отверстие 5 сосуда 3 или стакана 10 в расходную емкость 1 и поднимает в ней уровень жидкости 2 до восстановления равновесия и прекращения поступления воздуха в сосуд 3, т.е. до установления заданного уровня жидкости 2 в расходной емкости 1.

Высота столба смачивающей жидкости в капилляре - капиллярное давление при прочих равных условиях зависит от диаметра капилляра в обратной пропорции: высота столба жидкости - капиллярное давление уменьшается с увеличением диаметра капилляра.

Для определения зависимости расстояния L от диаметра R были проведены измерения, результаты которых приведены в таблице и представлены на графике (фиг. 3).

На графике (фиг. 3) зависимости L от R видно, что значения L для диаметров R в пределах от 1,5 до 5 мм находятся вблизи прямой А, описываемой уравнением

L=24-4R

В третьей строке таблицы приведены расчетные значения L, определенные по вышеприведенному соотношению, которые отличаются от измеренных значений в пределах погрешности измерений, равной 1 мм.

Выполнение впускного отверстия 8 диаметром R менее 1,5 мм увеличивает время, необходимое для восстановления заданного уровня жидкости, и резко увеличивает L, тем самым уменьшая объем жидкости в сосуде 3, используемой для регулирования уровня в расходной емкости 1, поскольку жидкость в сосуде 3, опустившаяся до впускного отверстия 8, начнет свободно вытекать из сосуда 3.

Впускное отверстие 8 диаметром более 5 мм обуславливает непроизводительный повышенный расход запаса жидкости в сосуде 3 при его установке в расходную емкость 1.

Таким образом, оптимальная величина диаметра R впускного отверстия 8 лежит в пределах 1,5-5 мм, а расстояние L, на котором выполняются эти отверстия от задаваемого уровня жидкости, определяется из соотношения

L=24-4R

Расходная емкость 1 по форме и размерам поперечного сечения и высоте выполнена таким образом, чтобы размещенный в ней сосуд 3 для расходуемой жидкости фиксировался бы в рабочем - вертикальном или близком к нему положению. Опустошенный сосуд 3 может быть легко заменен подобным ему заполненным.

Сосуд 3 для расходуемой жидкости может быть изготовлен из прозрачной пластиковой бутылки, позволяющей контролировать наличие и уровень расходуемой жидкости в сосуде 3.

Расходная емкость 1 также может быть изготовлена из пластиковой бутылки несколько большего диаметра, чем сосуд 3, и высотой не менее половины высоты сосуда 3.

Исполнительный элемент регулятора - стакан 10 может быть изготовлен, например, из двух спаянных стандартных "винтовых" пластиковых пробок для пластиковых бутылок с удаленным дном у пробки, сопрягаемой с горлышком бутылки.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемых изобретений - регулятора уровня жидкости и его исполнительного элемента, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.