Уровнемер (датчик уровня жидкости) волоконно-оптический - RU2744316C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах.

Известны датчики уровня жидкости для бака транспортного средства, содержащие поплавок, установленный в нем магнит, нижний и верхний ограничители хода поплавка, вертикальную направляющую трубу, внутри которой расположены герконы, и электросоединитель.

Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ №2284481).

Однако такое устройство является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения. К недостаткам также можно отнести также дребезг контактов геркона, хрупкость стеклянного баллона и высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ №2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическому волокну к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает, и перепад фиксируется.

Однако такие датчики неработоспособны в непрозрачных средах и в вязких средах, например, в мазуте, в переохлажденном дизельном топливе, когда на сенсорной части подобных датчиков застывают пленки или формируются капли загустевшей жидкости.

Цель изобретения - создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных.

Это достигается тем, что в предлагаемом датчике световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены с элементом, имеющим отражающую поверхность, а в зазоре между световодами и отражающей поверхностью расположена шторка с возможностью перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен со шторкой.

Варианты исполнения:

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.

Вне емкости расположен пружинный элемент, связанный со шторкой.

Пары световодов, сопряженные со шторками, с возможностью их взаимного перемещения, распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.

Вся шторка или ее часть выполнена из ферромагнитного материала.

На Фиг. 1 показано размещение деталей одного из вариантов конструкции уровнемера, предельного датчика уровня.

На Фиг. 2 приведена оптическая схема предельного датчика уровня с использованием двух световодов.

Фиг.1. Датчик содержит поплавок 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. В торце поплавка закреплен магнит 2. За герметичной немагнитной перегородкой 3 расположен волоконно-оптический узел, включающий оптически сопряженные передающий 4 и приемный 5 световоды, оптически сопряженные с элементом 6, имеющим отражающую поверхность, а в зазоре между световодами и отражающей поверхностью расположена шторка 7 с возможностью перемещения, при этом магнит 8 вне емкости механически сопряжен со шторкой 7 и пружиной 9.

Предельный датчик уровня работает следующим образом: при подъеме уровня жидкости поплавок 1 всплывает, и магнит 2 взаимодействуя с магнитом 8, смещает его вместе со шторкой 7 относительно оптической оси, сжимая пружину 9. Оптический сигнал из торца световода 4, отраженный элементом 6 в световод 5, изменяется. При снижении уровня жидкости пружина 9 снова приводит шторку 7 в исходное положение.

Фиг. 2. Оптическая схема на базе двух световодов: излучатель 10 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 4, шторка 7, отражающий элемент 6, приемный световод 5, фотоприемник 11.

Рассмотренные аналоги работают только в режиме "да-нет", фиксируя либо контакт оптической поверхности с жидкостью, либо момент срабатывания геркона. В отличие от них, мощность оптического сигнала в предложенной схеме по мере приближения к отражателю всплывающего поплавка с магнитом изменяется, что является сверхэффектом, позволяющим путем простого умножения предложенной схемы превратить предельный датчик в уровнемер с постоянным съемом сигнала по мере изменения уровня жидкости.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить пожаробезопасность и надежность датчика уровня жидкости путем замены электрического сигнала на оптический - как в самой емкости с топливом, так и на всем пути до приемопередающего блока.

Реферат

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах. Уровнемер жидкости содержит поплавок и не менее чем два световода, при этом световоды, расположенные вне емкости с жидкостью, отделены от поплавка герметичной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торцы световодов оптически сопряжены с элементом, имеющим отражающую поверхность, а в зазоре между световодами и отражающей поверхностью расположена шторка с возможностью перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен со шторкой. При этом ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами либо с продольно расположенными полюсами. Техническим результатом является создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула