Сигнализатор уровня

Союз Советских

Социалистических

Республик

Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фДФД!, !!!МЕ" й!1 ) (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.06.77 (21) 2501136/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 05.10.79. Бюллетень М З7

Дата опубликования описания 08.10.79 (51)М. Кл.

G 01 Р 23/24

Гвеуднрстеаннва ннтаттт

СССР нв делам нзфбретвннй н атхрытнй (53) УДК 681.128.. 62 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. H. Баташев, Л. Н. Мартемьянов и В. К. Новиков

Государственный научноисследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (71) Заявитель (54) СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к сигнализаторам уровня жидких и сыпучих сред, преимущественно вязких, налипаюших, выпадающих в осадок.

Известны сигнализаторы уровня, содержащие источник питания, релейное устройство с двумя входными клеммами. и чувствительный элемент, состояший из двух разделенных изоляторами электродов. Первый электрод подсоединен к одному полюсу источника питания, второй - к одной входной клемме релейного устройства, вторая входная клемма которого подсоединена ко второму полюсу источника ti3 .

Недостатком таких сигнализаторов уровня является появление ложных срабатываний при образовании проводяшего слоя на изоляторе непогруженного чувст» вительного элемента при наличии в объекте контроля паров и пыли.

Наиболее близким по технической сушности к изобретению является сигнализатор уровня, содержащий источник питания, релейное устройство и чувствительный элемент, состояший из трех разделенных изоляторами электродов, первый из которых соединен с полюсом источника питания, второй - с одной входной клеммой релейного устройства, а третий - co вторым полюсом источника питания и второй клеммой релейного устройства $2).

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность при работе в вязких, налипающих и выпадающих в осадок средах, что ограничивает область его применения.

Целью изобретения является повышение надежности при работе в вязких, налипаюших и выпадаюших в осадок средах и расширение области применения сигнализатора.

Это достигается тем, что в предлагаемом сигнализаторе первый и второй электроды выполнены одинаковыми, а третий электрод, выполненный охватываю(шим два других электрода, расположен

»3!30308

55 симметричнО Ilo ОТIIОшению к ним Р: соединен с землей; третий электрод выполнен в виде обтекаемого металлического корпуса, с противоположных сторон которого на равном расстоянии от места крепления к объекту контроля расположены два отверстия, сквозь которые вь1ведены заподлицо два электрода, при этом расстояние между отверстиями по внешней поверхности корпуса меньше удвоенного поперечника выведенных электродов, а ширина изоляционного промежутка между корпусом и каждым из электродов больше одной восьмой поперечника электрода и меньше четверти расстояния между отверстиями по внешней поверхности корпуса; релейное устройство выполнено с входным сопротивлением, величина которого больше частного От деления максимально возможного удельного сопротивления контролируемой среды на периметр изоляционного промежутка между вторым и третьим электродами, На фиг. 1 показана схема предложенного сигнализатора; на фиг. 2 - эквивалентная схема чувствительного элемента; на фиг. 3 - предлагаемый вариант конструктивногo выполнения чувствительного элемента.

Сигнализатор уровня (фиг. 1) содержит электроды 1-3, источник питания 4 и релейное устройство 5. Электрод 3 имеет развитую поверхность и охватывает каждый из электродов 1 и 2. Электроды 1 и 2 выполнены одинаковыми и расположены симметрично относител:ьно электрода 3, что позволчет установить их в объекте контроля на одной высоте, так, что при достижении уровнем этой высоты они одновременно вступают в соприкосновение со средой. При этом часть поверхности электрода 3 (H811pH мер, расположенная между электродами

1 и 2 часть поверхности корпуса чувствительного элемента или стенка объема контроля) может контактировать со средой. Полюса 11сточника питания 4 подсоединены к электродам .1 и 3, а клеммы релейного устройства 5 — к электродам

2 и 3. Электрод 3 заземлен.

Принцип действия сигнализатора поясняет эквивалентная электрическая схема чувствительного элемента, изображенная на фиг. 2. Опа представляет собой П-Образный четырехполюсник с входным сопротивлением Я 13», проходным сопротивлением Ядр и выходным сопротивлением

ЗО

В б. » . На входе четырехполюсника, то есть на электроде 1, — напряжение источника питания Е, на выходе — наводимое на электрод 2 напряжение U . Каждое иэ сопротивлений четырехполюсника принимает два крайних значения в зависимости От того, погружен ли чувствительный элемент в среду (т. е. контактирует со всей толщей среды), или извлечен из нее (т. е. контактирует только со слоем среды некоторой конечной толщины) .

Если на чувствительном элементе имеется лишь слой среды, ro в промежутке между электродами 1 и 2 он неизбежно контактирует с заземленным электродом 3, поскольку последний охватывает каждый из этих электродов. Соответствующая часть поверхности электрода 3 оказывает свое экранирующее воздействие, снижая распределенный в слое потенциал тем сильнее, чем больше отношение к толщине слоя пути тока от электрода 1 к электроду 3 вдоль его поверхности. Поскольку экранирующее действие электрода 3 сильно зависит or этой толщины, то потенциал U, наводимый на электрод 2, будет резко падать при извлечении чувствительного элемента из среды, даже если слой среды и будет на нем оставаться. Как было показано выше, напряжение, наводимое на электрод 2 в погруженном состоянии, определяется только геометрическими размерами чувствительного элемента и, является для всех сред постоянной велиЧИНОй, В свою очередь, сигнал, поступающий на вход релейного уэтройства (когда он подключен к электродам 2 и 3), будет независимым от удельной злектропроводности среды, если входное сопротивление релейного устройства будет больше В а», что обеспечивает дополнительное повышение надежности при работе со средами, не только налипающими, но и меняющими свою электропроводность вплоть до пренебрежимо малой величины, т. е. расширит область применения сигнализатора.

Как показывают расчеты и эксперимент, величияа 6 151», не превышает частного от деления удельного сопротивления среды на периметр изоляционного промежут ка между электродом 2 и 3. Выполнить это требование к входному сопротивлению релейного устройства можно, например, с помощью МОПтранэистора, затвор которого подключен к электроду 2, а исток

690308

2. Сигнализатор по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что третий электрод выполнен B виде обтекаемого металлического корпуса, с противоположных сторон которого на равном расстоянии от.места крепления к объекту контроля расположены два отверстия, сквозь которые выведены заподлицо два электрода, при этом расстояние между отверстиями по внешней поверхности корпуса меньше удвоенного поперечника выв .денных злектроков, а ширина изоляционного промежут ка между корпусом к каждым из электродов больше одной восьмой поперечника электрода и меньше четверти расстояния между отверстиями по внешней поверхности корпуса. заземлен. Применение высокоомного усилителя не снижает помехозашишенности сигнализатора за счет достигнутой экранировки и развязки, Экранировка достигается одинаковым исполнением электро- 5 дов 1 и 2 и охватом каждого-из них электродом 3, а развязка заземлением электрода 3.

fIa фиг. 3 изображен пример конструктивного выполнения чувствительного зле- 10 мента, обеспечивающий оптимальное соотнесение требований высокой чувствительности и отсутствия ложных срабатываний при образовании толстых слоев среды на чувствительном элементе. Предлагаемая конструкция представляет собой металлический корпус 6, встраиваемый в прово дяшую или непроводящую стенку или крышку объекта контроля. Корпус 6 выполнен обтекаемым, чтобы слой вязкой среды, остающийся на нем после извлечения кз нее, был минимальным., С боков корпу са симметрично и на одинаковом расстоянии от места крепления расположены два отверстия, сквозь которые ерез герметичные изоляторы 7 и 8 выведены заподлицо два одинаковых электрода

9 и 10. Электрод 9 подключается к источнику питания, электрод 10 - к релейному устройству, а общая точка исЗО точника и релейного устройства заземлена и подсоединена к корпусу 6, выполняющему роль третьего электрода.

Как показывают исследования, график зависимости наводимого на электрод

10 напряжения U от толщины слоя среды на корпусе 6 имеет скачкообразный характер: при малых толщинах напряжение U пренебрежимо мало за счет экра

40 нирующего действия заземленной поверхности корпуса 6 в промежутке между электродами 9 и 10; затем, начиная с некоторой пороговой толщины напряженке резко увеличивается с возрастанием толщины и достигает йредельного значения 3пр .

Если обозначить 5q - расстояние между отверстиями по внешней стороне корпуса 6, 3g - поперечник электродов 9 и

1 0 а 8 3 - ширину изоляционного зазора между корпусом 6 и электродами 9 к

10 (фиг. 3), то эксперименты показы. вают следующее: максимум )пp существенно не растет при увеличении отношения 0 к выше 2, но резко нацает при уменьшении этого отношения ниже 0,5 и при уменьшении отношения t к Р ниже 1/8;„ в

1 если 1 1 о с, то пороговая толщина слоя составляет максимальную долю от поперечных габаритов чувствительно

ro элемента и оказывается близкой к половине

Таким образом, оптимальными требованиями к описанной конструкции является то, что расстояние между отверстиями по внешней поверхности корпуса меныпе удвоенного поперечника выведенных электродов, а ширина изоляционного промежутка между корпусом и каждым из электродов больше одной восьмой поперечника электрода и меньше одной четверти расстояния между отверстиями по внешней стороне корпуса.

Формула изобретения

1. Сигнализатор уровня, содержащий источник питания, релейное устройство и чувствительный элемент, состоящий из грех разделенных изоляторами элект» родов„первый из которых соединен с полюсом источника питания, второй - с одной входной клеммой релейного угтройства, а третий - со вторым полюсом источника питания к второй клеммой релейногоустройства, отл ича ющ и йс я тем, что, с целью повышения надежности при работе в вязких, налипающих и выпадающих в осадок средах и расширения области применения скгнализатора, первый и второй электроды выполнены одинаковымк, а третий электрод, выполненный охватьгвающим два других электрода, расположен симметрично по отношению к ним и соединен с землей.

690308

Составитель Т. Иноземцева

ТекредЛ, Алферова корректор А. Гриценко

Редактор Л. Бибер

Заказ 5949/37 Тираж 866 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г„Ужгород, ул, Проектная, 4

3. Сигнализатор по и. 1, о т л и— ч а ю и; и и с я .тем, что, релейное устройство выполнено с вкодным сопротивлением, величина которого больше частного от деления максимально возможного удельного сопротивления контролируемой среды на периметр изоляционного промежутка между вторым и треть- им электродами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 315047, кл. Ci 01 Г 23/22, 1969.

2. Современные принципы построения приборов контроля уровня. БНИИТЭМприборостроения, М., 1975, с. 18-19 (прототип) .