СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ


RU (11) 2292016 (13) C1

(51) МПК
G01F 23/38 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.01.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005112155/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.04.19 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.04.19 
(45) Опубликовано: 2007.01.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 1675685 A1, 07.09.1991. RU 2018093 C1, 15.08.1994. SU 352141 A1, 21.09.1972. SU 1778545 A1, 30.11.1992. GB 1206565 A, 23.09.1970. US 5477657 A, 25.03.1986. 
(72) Имя изобретателя: Макрыгин Анатолий Михайлович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Макрыгин Анатолий Михайлович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 196128, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 13, кв.6, А.М. Макрыгину 

(54) СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области контроля и регулирования уровня жидкости. Сущность: сигнализатор уровня жидкости содержит поплавок, установленный на нем магнит, рычаг, выполненный с возможностью поворота вокруг горизонтального шарнира, ограничитель хода поплавка и геркон, установленный с возможностью включения от магнита, связанного с рычагом. При этом, с рычагом связано не менее двух магнитов, намагниченных в одном направлении, равноудаленных от оси шарнира и установленных с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка с герконом. Кроме того, поплавок выполнен поворотным и объединен в один элемент конструкции с рычагом, в качестве которого использован рычаг второго рода. Ось шарнира параллельна оси намагничивания магнита, жестко связанного с концом рычага, и осям герконов, установленных с возможностью поочередного вхождения поплавка во взаимодействие с ними, одновременного взаимодействия, по крайней мере, с двумя герконами, а также, при вхождении поплавка в контакт с ограничителем, продолжения его взаимодействия, по крайней мере, с одним герконом. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения, уменьшение габаритов и сложности устройства, повышение точности и надежности сигнализации. 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области дистанционного контроля и регулирования уровня.

Известны сигнализаторы уровня жидкости, действующие по принципу пороговых поплавковых преобразователей (сборник ЭИ (ВИНИТИ) «Контрольно-измерительная техника», 1989, №15, с.7-9, реф. 77), которые имеют чувствительный элемент в виде поплавка с поворотным перемещением и систему электрических контактов, срабатывающих при соответствующем перемещении поплавка, обусловленном воздействием на него выталкивающей силы. Указанные поплавковые преобразователи устанавливаются на боковой стенке бака на высоте, соответствующей сигнализируемому уровню, и имеют относительно малые габариты. Применение магнитной связи в пороговых поплавковых преобразователях позволяет осуществлять передачу усилия срабатывания от поплавка к контактам через непроницаемую стенку из немагнитного материала. Сигнализатор уровня жидкости, выполненный на указанном принципе, имеет поплавок, жестко связанный с ним постоянный магнит, шарнир, ограничители максимальных перемещений поплавка в виде пластин, мембрану из немагнитного материала, выполненную в виде единого блока с механическим герметизирующим элементом, приводной постоянный магнит системы электрических контактов, монтажный фланец и механизм переключения контактов.

Однако такой сигнализатор сложен по устройству и недостаточно надежен в работе по причине наличия большого числа подвижных элементов. При этом выдача сигнала в режиме расхода или заправки может производиться только на одном заданном уровне жидкости.

Наиболее близким, принятым за прототип является сигнализатор уровня жидкости (авт. свид. SU №1675685, кл. G 01 F 23/32, 23/56, 23/62).

При подъеме поплавка с повышением уровня жидкости в направляющей трубе, встроенный в него управляющий магнит приходит во взаимодействие с магнитом в полости рычага, в результате чего происходит перемещение этого магнита в противоположную от трубы сторону, поворот рычага вокруг шарнира и вхождение магнита рычага во взаимодействие с герконом, который включается. При понижении уровня жидкости и опускании поплавка процесс происходит в обратной последовательности, в результате чего геркон выключается.

Известный сигнализатор уровня жидкости имеет следующие недостатки.

Ограниченность функциональных возможностей, обусловленная тем, что выполнение рычага и его магнита с относительной фиксацией в крайних положениях создает релейный режим работы, при котором, несмотря на конечную скорость изменения уровня жидкости, переброска рычага из одного положения в другое должна происходить за минимальное время. В связи с этим невозможно обеспечить сигнализацию нескольких, например двух, уровней с использованием одного рычага, поскольку при установке двух герконов со смещением по высоте относительно друг друга будет наблюдаться или практически одновременное срабатывание обоих герконов, или, с увеличением смещения, надежное срабатывание только одного из них.

Его функциональные возможности также ограничены возможностью сигнализации только в режиме заправки жидкости по причине того, что включение геркона должно производиться магнитом, который перемещается в противоположную от трубы сторону, однако это возможно только в процессе подъема поплавка с уровнем жидкости. Таким образом, указанный сигнализатор не может быть применен для выдачи сигнала при расходе жидкости.

Известный сигнализатор имеет по крайней мере три подвижных элемента, без учета контактов геркона, и остается конструктивно сложным. Наружное расположение, а также конструктивное выполнение рычага с неподвижной опорой в средней части, характеризующее его как рычаг первого рода, увеличивает габариты устройства.

Зазор между поплавком и внутренней поверхностью направляющей трубки, который в подобных устройствах должен быть задан предельно минимальным для обеспечения эффективного магнитного взаимодействия, при прохождении поплавком зоны расположения рычага может оказаться полностью выбранным под действием сил магнитного притяжения, что приведет к возрастанию сил трения, тормозящих перемещение поплавка, и, как следствие, - к снижению точности сигнализации заданного уровня жидкости.

Кроме того, сигнализатор не будет обладать достаточной надежностью при работе в баке транспортного средства, где под влиянием механических нагрузок типа вибрации и тряски возможно нарушение его функционирования вследствие расцепления манитной связи между двумя подвижными элементами: рычагом и поплавком, что ограничивает область применения сигнализатора стационарными установками.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача расширения функциональных возможностей и области применения, уменьшение габаритов и упрощение устройства, повышение надежности и точности сигнализации уровня.

С целью выполнения поставленной задачи в сигнализаторе уровня жидкости, содержащем поплавок, установленный на нем магнит, рычаг, выполненный с возможностью поворота вокруг горизонтального шарнира, ограничитель хода поплавка и геркон, установленный с возможностью включения от магнита, связанного с рычагом, новым, согласно изобретению, является то, что с рычагом связано не менее двух магнитов, намагниченных в одном направлении, равноудаленных от оси шарнира и установленных с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка с герконом, поплавок выполнен поворотным и объединен в один элемент конструкции с рычагом, в качестве которого использован рычаг второго рода, причем ось шарнира параллельна оси намагничивания магнитов, жестко связанных с концом рычага, и осям герконов, установленных с возможностью поочередного вхождения поплавка во взаимодействие с ними, одновременного взаимодействия по крайней мере с двумя герконами, а также, при вхождении поплавка в контакт с ограничителем, продолжения его взаимодействия по крайней мере с одним герконом.

Благодаря тому, что с рычагом связано не менее двух магнитов, намагниченных в одном направлении, равноудаленных от оси шарнира и установленных с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка с герконом, расширяются функциональные возможности сигнализатора уровня за счет расширения диапазона сигнализации уровня жидкости и угла выдачи сигнала, а также повышается надежность сигнализации уровня, поскольку расширение диапазона сигнализации уровня и угла выдачи сигнала исключает вероятность ложных включений и выключений герконов при механических нагрузках типа вибрации или тряски. Это позволяет применить сигнализатор для измерения уровня жидкости на транспортном средстве, что расширяет область применения сигнализатора.

Выполнение поплавка поворотным и объединение его в один элемент конструкции с рычагом, в качестве которого использован рычаг второго рода, причем ось шарнира параллельна оси намагничивания магнитов и осям герконов, уменьшает габариты, упрощает устройство и, одновременно с этим, дополнительно повышает надежность сигнализатора уровня по сравнению с прототипом, поскольку подвижным элементом в конструкции остается один поплавок, а магнитная связь сохраняется только между поплавком и герконами.

При повороте поплавка силы трения существуют только между поплавком и осью, благодаря малому диаметру которой, их тормозящий момент незначителен по сравнению с вращающим моментом, что повышает, по сравнению с прототипом, точность сигнализации уровня.

Функциональные возможности сигнализатора уровня расширены также благодаря наличию жесткой связи магнитов с концом рычага, допускающей возможность включения геркона при подходе к нему этого плеча рычага как снизу, так и сверху, и обеспечивающей сигнализацию как при заданной заправке, так и при расходе жидкости, и одновременно благодаря установке герконов с возможностью поочередного вхождения поплавка во взаимодействие с ними, одновременного взаимодействия по крайней мере с двумя герконами, а также при вхождении поплавка в контакт с ограничителем, продолжения его взаимодействия по крайней мере с одним герконом, что позволяет использовать один рычаг в сигнализаторе уровня жидкости для выдачи нескольких сигналов.

Для более полного раскрытия сущности изобретения на Фиг.1 представлено сечение предлагаемого сигнализатора уровня по вертикальной оси, на Фиг.2 - вертикальное сечение поворотного поплавка, на Фиг.3 - непрерывная зона взаимодействия поплавка с герконом. Пример выдачи трех сигналов приведен: на Фиг.4а - двумя герконами и на Фиг.4б - тремя.

В соответствии с Фиг.1 сигнализатор уровня жидкости содержит поворотный поплавок, установленные на нем магниты 2, рычаг, с которым объединен в один элемент конструкции поплавок 1 и который выполнен с возможностью поворота вокруг горизонтального шарнира 3, кожух 4, служащий ограничителем хода поплавка 1, и герконы 5, установленные с возможностью включения от магнитов 2, не менее двух из которых связаны с рычагом, намагничены в одном направлении, равноудалены от оси шарнира 3 и установлены с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка 1 с герконом 5. В качестве рычага использован рычаг второго рода. Ось шарнира 3 параллельна оси намагничивания, например, стержневых магнитов 2, жестко связанных с концом рычага, и осям герконов 5, установленных с возможностью поочередного вхождения поплавка 1 во взаимодействие с ними, одновременного взаимодействия по крайней мере с двумя герконами 5, а также, при вхождении поплавка 1 в контакт с ограничителем, продолжения его взаимодействия по крайней мере с одним герконом 5. Шарнир 3 крепится к кожуху 4, соединенному с корпусом 6 сигнализатора, герметично устанавливаемым на боковую стенку 7 бака. Внутри корпуса 6 расположено, например, два геркона 5, которые могут быть или разнесены по высоте для раздельной выдачи двух сигналов, или, при близком их расположении, составлять единый контактный узел, с взаимным соединением, для повышения надежности работы, по параллельной схеме. Герконы 5 подключены к контактам электросоединителя 8. Внутренняя горизонтальная плоскость кожуха 4 обеспечивает фиксацию поплавка 1 в горизонтальном положении, а выступ 9 кожуха 4 предназначен для фиксации поплавка 1 в крайнем отведенном положении под углом, обеспечивающем сохранение его плавучести. Благодаря объединению поплавка в один элемент конструкции с рычагом, он является единственным подвижным элементом в конструкции сигнализатора уровня, а магнитная связь имеется только между поплавком и герконами.

На Фиг.1а приведено устройство, предназначенное для сигнализации при заправке, а на Фиг.1б - при расходе жидкости.

На Фиг.2 приведено вертикальное сечение поворотного поплавка 1 в горизонтальном положении, где показано, что точки приложения выталкивающей силы F и силы тяжести Р расположены по одну сторону от неподвижной опоры - оси шарнира 3, таким образом поплавок в данном случае является рычагом второго рода. Сила тяжести Р смещена относительно силы F к концу рычага (приложена к его более длинному плечу), ввиду относительно большого удельного веса магнитов 2, жестко связанных с концом рычага. При этом поплавок 1 выполнен с таким преобладанием силы F, чтобы ее вращающий момент обеспечивал положительную плавучесть поплавка.

На Фиг.3 показаны:

- на графике «а» - зависимость напряженности магнитного поля Н в рабочем зазоре геркона от угла поворота поплавка с одним магнитом и угол выдачи сигнала ( выкл- вкл), зависящий от напряженностей включения Нвкл и выключения Нвыкл геркона;

- на графике «б» - две аналогичные зависимости для каждого из двух магнитов, установленных с угловым смещением относительно друг друга;

- на графике «в» - результат суммирования напряженности двух магнитов, намагниченных в одном направлении, из которого очевидно, что угол выдачи сигнала благодаря применению двух магнитов в поплавке, расширяется более чем в два раза; при этом указанные на графике обозначения углов Н, Г, В соответствуют углу отклонения от вертикали нижнего, горизонтального и верхнего положений поплавка.

Сигнализатор уровня жидкости, приведенный на Фиг.1а, работает следующим образом. Жидкость в исходном состоянии отсутствует, а поплавок 1 сигнализатора находится в крайнем нижнем положении. При этом поплавок 1 опирается на выступ 9 кожуха 4 и находится вне зоны взаимодействия с герконами 5, которые, в указанном примере, рассматриваются как единый контактный узел, и в данный момент находятся в выключенном состоянии. Это положение поплавка соответствует предельно нижнему углу отклонения его от вертикали Н на графике Фиг.3,в, при котором напряженность магнитного поля Н в рабочем зазоре герконов стремится к нулю. При подъеме уровня жидкости и ее контакте с поплавком 1 выталкивающая сила F, приложенная к точке поплавка 1, указанной на Фиг.2, и направленная вертикально вверх, начинает расти от нуля и когда ее вращающий момент превысит момент силы тяжести Р, поплавок 1 отойдет от выступа 9 и начнет поворачиваться вокруг шарнира 3 по направлению к корпусу 6. По мере подхода к нему ближайший из магнитов 2 последовательно входит во взаимодействие с герконами 5, при достижении угла вкл включается тот геркон 5, в зазоре которого напряженность магнитного поля достигла величины Нвкл , и в результате сигнализатор выдает сигнал. При дальнейшем повороте поплавка 1 и нарастании напряженности наряду с первым герконом 5 включается второй, повышая этим надежность выдачи сигнала. Дальнейшее повышение уровня жидкости и поворот поплавка 1 вплоть до горизонтального положения не изменяет включенного состояния герконов 5, так как, в соответствии с Фиг.3,в, в процессе поворота и при угле Г напряженность Н остается выше величины Н вкл. Выдача сигнала сохраняется и при дальнейшем подъеме уровня жидкости, так как поплавок 1 фиксируется в горизонтальном положении внутренней плоскостью кожуха 4. При работе сигнализатора в баке транспортного средства и возможном отрыве поплавка 1 от этой плоскости под воздействием механических нагрузок вероятность ложного выключения сигнала близка к нулю благодаря применению двух магнитов 2, намагниченных в одном направлении, равноудаленных от оси шарнира 3 и установленных с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка 1 с каждым из герконов 5, и значительному по величине углу ( Г- выкл) обратного поворота в жидкости, который бы пришлось поплавку 1 совершить до момента выключения сигнала.

Работа сигнализатора, изображенного на Фиг.1б также в положении, соответствующем пустому баку, в случае расхода жидкости происходит аналогично. При полном баке выталкивающая сила F, см. Фиг.2, максимальна и превышает силу тяжести Р, а поплавок 1 упирается на выступ 9, см. Фиг.1, что соответствует предельно верхнему углу В на графике Фиг.3,в. При опускании уровня жидкости до поплавка, начиная с определенного момента времени, сила F начинает уменьшаться и, когда ее вращающий момент станет меньше момента силы Р, поплавок 1 выйдет из контакта с выступом 9 и начнет поворачиваться вокруг шарнира 3 по направлению к корпусу 6. Начиная с угла положения поплавка включаются герконы 5 и производится выдача сигнала сигнализатором, которая сохраняется при достижении горизонтального - предельно низкого положения поплавка, под углом Г, а также дальнейшем понижении уровня жидкости. При пустом баке транспортного средства и кратковременном отрыве поплавка 1 от внутренней плоскости кожуха 4 под влиянием механических нагрузок, вероятность ложного выключения сигнала близка к нулю, благодаря значительному по величине углу обратного поворота, который бы пришлось совершить поплавку до момента выключения.

При расчете высоты установки сигнализатора уровня на боковой стенке 7 бака руководствуются положением линии плавучести на поплавке 1 при достижении им угла вкл при заправке или угла при расходе, которая будет соответствовать заданному уровню выдачи сигнала.

Для выдачи нескольких, например, двух сигналов от независимых герконов 5 на различных уровнях, поплавок 1 в процессе поворота по направлению к горизонтальному положению поочередно входит во взаимодействие с герконами 5, далее одновременно взаимодействует с двумя герконами, а при вхождении в контакт с кожухом 4, выполняющим роль ограничителя, продолжает взаимодействовать по крайней мере с одним герконом. В результате, образуются две зоны выдачи сигнала при заданных углах положения поплавка 1, 2, показанные на Фиг.4а, например, для режима заправки. По окончании полной заправки включенным остается только геркон 5, ближайший к горизонтальной оси сигнализатора. В этом случае выдача на участке 2- 3 двух сигналов одновременно используется как дополнительный сигнал об уровне жидкости и, таким образом, обеспечивается выдача трех сигналов двумя герконами.

Выдача всех сигналов с заданным условием их сохранения при дальнейшем перемещении уровня жидкости за пределы ограничителя обеспечивается благодаря достигнутому увеличению более чем вдвое угла взаимодействия поплавка с герконом, показанному на Фиг.3. В этом случае образуются зоны выдачи сигнала, например, тремя герконами при углах положения поплавка 1, 2, 3, показанные на Фиг.4б, например, для режима расхода.

По сравнению с прототипом возможность работы предлагаемого сигнализатора как при заправке, так и при расходе жидкости, а также выдачи нескольких сигналов расширяет его функциональные возможности. Сокращение числа магнитных связей, а также подвижных элементов в конструкции повышает надежность сигнализатора. Установка в поплавке не менее двух магнитов, намагниченных в одном направлении, с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную увеличенную зону взаимодействия поплавка с герконами, понижает вероятность ложных включений и выключений сигнала в условиях механических нагрузок при работе в баке транспортного средства, например вибрационных с ускорением до 98,1 м/с2 и ударных до 117,6 м/с2, повышает надежность и расширяет область применения сигнализатора уровня жидкости.

Благодаря использованию рычага второго рода в качестве рычага, а также выполнению поплавка поворотным и объединению его с рычагом в один элемент конструкции, упрощено устройство и уменьшены габариты сигнализатора уровня жидкости. При этом сохраняется трение только на оси поплавка, что не препятствует его свободному вращению и обеспечивает точность сигнализации в соответствии с нормами для поплавковых сигнализаторов. Изготовленные и испытанные образцы сигнализатора имеют габариты не более (80×50×50) мм 3, длину внебаковой части по горизонтальной оси - не более 30 мм, а погрешность сигнализации уровня жидкости, не превышающую ±4 мм.

Применение данного сигнализатора не требует сложного аппаратного и программного обеспечения.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Сигнализатор уровня жидкости, содержащий поплавок, установленный на нем магнит, рычаг, выполненный с возможностью поворота вокруг горизонтального шарнира, ограничитель хода поплавка и геркон, установленный с возможностью включения от магнита, связанного с рычагом, отличающийся тем, что с рычагом связано не менее двух магнитов, намагниченных в одном направлении, равноудаленных от оси шарнира и установленных с угловым смещением относительно друг друга, обеспечивающим непрерывную зону взаимодействия поплавка с герконом, поплавок выполнен поворотным и объединен в один элемент конструкции с рычагом, в качестве которого использован рычаг второго рода, причем ось шарнира параллельна оси намагничивания магнитов, жестко связанных с концом рычага, и осям герконов, установленных с возможностью поочередного вхождения поплавка во взаимодействие с ними, одновременного взаимодействия, по крайней мере, с двумя герконами, а также при вхождении поплавка в контакт с ограничителем, продолжения его взаимодействия, по крайней мере, с одним герконом.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru