Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мои изобретения
.pdf
51
поплавков 7÷12 с убывающим значением объемной плотности ρ, т. е.
ρ
> ρ8 > ρ9 > ρ10 > ρ11 > ρ
7
, то получим шкалу допускового контроля
12
плотности исследуемых жидкостей. Для учета изменения плотности
исследуемой жидкости при изменении температуры в емкость 1 для
жидкости помещен термометр 13. Передняя панель устройства выполнена прозрачной.
Устройство работает следующим образом.
В емкость 1 для жидкости через входное отверстие 2 заливается
исследуемая жидкость. Те поплавки, у которых объемная плотность
меньше плотности исследуемой жидкости, всплывут и окажутся у
верхних упоров 5, а те поплавки, у которых объемная плотность
больше плотности исследуемой жидкости, окажутся у нижних упоров 6. По указателю, которым является вертикальная перегородка 3
между смежными затонувшим и всплывшим поплавками, определяют
значение плотности исследуемой жидкости с полем допуска, равным
разности объемных плотностей затонувшего и всплывшего поплавков. Так, для случая, имеющего место на чертеже, плотность жидкости ρ определяется из выражения ρ
> ρ > ρ
9
10
.
Наличие верхних 5 и нижних 6 упоров и полное погружение поплавков 7÷12 в исследуемую жидкость устраняют погрешности из-за
поверхностных эффектов на границе раздела сред.
Определение плотности исследуемой жидкости предлагаемым
устройством позволяет увеличить производительность операции контроля и повысить чувствительность прибора, т. к. высота емкости 1
может быть выбрана большой. Так, например, если в качестве исследуемой жидкости взять автомобильное топливо, то по значению
плотности топлива легко определить марку автомобильного топлива.
Так как автомобильное топливо имеет ограниченную номенклатуру,
то количество калиброванных поплавков тоже будет ограничено, при
этом каждый из них может быть откалиброван маркой автомобильно-
52
го топлива. Для практических целей достаточно 5÷10 поплавков, чтобы точно определить марку топлива.
Формула изобретения
1. Устройство допускового контроля плотности жидкости, содер-
жащее емкость для жидкости с входным отверстием и размещенный в
ней поплавок, отличающееся тем, что емкость для жидкости разделена вертикальными перегородками на сообщающиеся полости, имеющие верхние и нижние упоры, причем в каждой полости размещены
поплавки с различными калиброванными значениями объемной плотности так, что разность объемных плотностей двух соседних поплавков равна полю допуска плотности исследуемой жидкости, которые
образуют шкалу допускового контроля плотности исследуемой жидкости, а указателем является вертикальная перегородка между смежными затонувшим и всплывшим поплавками, передняя панель устройства выполнена прозрачной.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит
термометр.
№ 2196966. Датчик для измерения уровня жидкости
МПК G01F 23/26. Заявка: 2001108624/28, 30.03.2001.
Опубликовано 20.01.2003. Бюллетень № 2.
Авторы: В. А. Мишин, Г. В. Медведев и В. Н. Шивринский
Патентообладатель: Ульяновский государственный технический уни-
верситет (RU)
Изобретение относится к области измерения уровня жидкости и
может быть использовано на транспорте для измерения количества
топлива в баках, а также глубины погружения тела в жидкость.
Известен датчик для измерения уровня проводящей жидкости,
содержащий остеклованный электрод и дополнительный электрод без
изоляции (см. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. – Л.:
Энергоатомиздат, 1983. – 320 с., стр. 142, рис. 7.9, б).
53
Изменение емкости датчика пропорционально глубине погружения остеклованного электрода в жидкость.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного датчика, относится возможность измерения уровня только электропроводящих
жидкостей и отсутствие экранирования остеклованного электрода.
Наиболее близким датчиком того же назначения к заявленному
датчику по совокупности признаков является датчик для измерения
топлива в баке, содержащий цилиндрический конденсатор с внутренним электродом, покрытым изоляционным слоем, и наружным электродом, в зазоре между которым находится исследуемая жидкость
(см. Боднер В. А. Авиационные приборы. – М.: Машиностроение,
1969. – 467 с., стр. 246, рис. 10.8) и принятый за прототип.
При изменении уровня жидкости изменяется емкость цилиндрического конденсатора, погруженного в жидкость.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного датчика, принятого за прототип, относятся низкие эксплуатационные свойства при измерении
жидкостей, трудности при измерении уровня движущейся жидкости,
уровня жидкости в труднодоступных местах и на поверхности твердого тела.
Технический результат – расширение функциональных возможностей (измерение уровня жидкости в труднодоступных местах, на
поверхности твердого тела, движущейся жидкости) и повышение эксплуатационных свойств при измерении уровня загрязненных жидкостей, не требующих высококвалифицированного технического
обслуживания.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известный датчик для измерения уровня
жидкости содержит электроды и изоляционный слой.
54
Особенностью является то, что электроды расположены внутри
изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и образуют параллельно соединенные конденсаторы, причем толщина электродов меньше их ширины, а отношение зазора между
электродами к ширине электродов составляет 3÷5.
Кроме этого, особенностью является то, что на одной из сторон
изоляционного слоя имеется защитный экран, причем отношение
толщины изоляционного слоя между электродами и защитным экраном к ширине электродов составляет 3÷5.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез датчика, на фиг. 2 – поперечный разрез,
на фиг. 3 – поперечный разрез датчика с защитным экраном.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
55
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Датчик содержит электроды 1 и 2 (фиг. 1, 2) расположенные внутри изоляционного слоя 3, заполняющего все межэлектродное пространство. Электроды 1 и 2 образуют плоский конденсатор.
Емкость C0 плоского конденсатора без учета краевых эффектов
определяется как
C0 = 0·д·h·t/d, (1)
где 0 – диэлектрическая постоянная, д – диэлектрическая проницаемость изоляционного слоя, h – длина электродов, t – толщина электродов, d – расстояние между электродами.
Рассматриваемый конденсатор обладает увеличенным неоднородным электрическим полем вблизи внешней поверхности. При помещении такого конденсатора в исследуемую жидкость изменяется
емкость на величину Cх, образованная площадью w·h, где w – ширина электродов, зазорами 2b
+ d и 2b2 + d, где b
1
, b2 – толщина изоля-
1
ционного слоя между электродами 1, 2 (с одной и другой стороны) и
жидкостью (фиг. 2), и зависящая от диэлектрической проницаемости
исследуемой жидкости ж. Это изменение Cх пропорционально измеряемой глубине погружения в жидкость Х. Общая емкость такого
конденсатора C равна сумме C
+ C
0
.
х
Для увеличения абсолютного значения Cх в датчике имеется несколько электродов 1, 2, образующих параллельно соединенные конденсаторы. Чувствительность датчика определяется отношением
C
/ C
. Для повышения чувствительности необходимо уменьшать
х
0
значение C0, что достигается за счет того, что уменьшается толщина
электродов t и увеличивается расстояние между ними d (см. уравнение 1). С целью уменьшения собственной емкости датчика толщина
электродов выбирается меньше их ширины.
56
При учете краевых эффектов собственная емкость такого конденсатора зависит от размеров электродов и их взаимного положения.
Если выбрать d/w = 3÷5, то собственная емкость значительно уменьшится (см. Савельев А. Я., Овчинников В. А. Конструирование ЭВМ
и систем. – М.: Высш. шк., 1989. – 312 с., стр. 130÷131, рис. 5, 6, кривая 1). Если предлагаемое изобретение крепится на поверхности металлического тела, то на одну из внешних сторон изоляционного слоя
наносится защитный экран 5 (см. фиг. 3), в данном случае со стороны
слоя b2, то b2 выбирается из условия b2/w = 3÷5 (см. там же, кривая 4).
Если исследуемая жидкость находится с обеих сторон, как указано на фиг. 2, то можно выбрать b
= b
1
.
2
Датчик работает следующим образом.
При подаче на электроды 1, 2 напряжения вокруг них образуется
неоднородное электрическое поле. Напряженность поля зависит от
дипольного момента (обусловленного электрическим зарядом на
электродах 1, 2 и расстоянием между ними d), диэлектрической проницаемости изоляционного слоя 3 и исследуемой жидкости, а также
глубины погружения Х электродов 1, 2 в жидкость. Изменение глубины погружения Х приводит к изменению напряженности поля и связанной с ней емкостью конденсатора, образованного электродами 1, 2, изоляционным слоем 3 и погруженной в жидкость на величину Х частью электродов 1, 2.
Таким образом, изменение емкости Cх пропорционально изменению уровня жидкости Х, так как диэлектрические проницаемости
жидкости и воздуха различны, а диэлектрическая проницаемость изоляционного слоя остается постоянной.
В то же время благодаря чередованию электродов 1, 2 и их подключению (обычно электроды 1 выполняют роль экранов и подключены к общей точке измерительной схемы) а также тому, что электроды 1 и 2 образуют дипольное электрическое поле, которое убывает
57
пропорционально кубу расстояния от электродов, действие дальних
предметов незначительно. Так как зазор между электродами 1 и 2 не
заполняется исследуемой жидкостью, то он остается постоянным и не
засоряется при измерении уровня загрязненных жидкостей. Техническое обслуживание при этом не требует, как в прототипе, разборки
датчика и последующей его градуировки.
Предлагаемый датчик выполняется, например, из стеклотекстолита марки СТЭФ со стабильными диэлектрическими свойствами
(tg = 0,03÷0,05; = 1011÷1012 Ом·м) с располагаемыми внутри медными электродами толщиной 0,05÷0,1 мм. Все техническое обслуживание в этом случае сводится к очищению наружной поверхности от
загрязнений. Так как d = (3÷5)w, то явления на поверхности датчика
мало оказывают влияние на емкость, а ближайшее объемное окружение исследуемой жидкости оказывает большое влияние на выходной
сигнал датчика.
Такой датчик может найти применение на транспорте для измерения количества топлива в баках, а также для измерения уровня движущейся жидкости в каналах, трубопроводах, на поверхности
различных тел.
Формула изобретения
1. Датчик для измерения уровня жидкости, содержащий электроды и изоляционный слой, отличающийся тем, что электроды расположены внутри изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и образуют параллельно соединенные конденсаторы, причем толщина электродов меньше их ширины, а отношение за-
зора между электродами к ширине электродов составляет 35.
2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что на одной из сторон изоляционного слоя имеется защитный экран, причем отношение толщины изоляционного слоя между электродами и защитным экраном к
ширине электродов составляет 35.
58
№ 2204824. Датчик диэлькометрического анализатора
качества моторного топлива
МПК G01N 27/22. Заявка: 2001126098/28, 25.09.2001.
Опубликовано 20.05.2003. Бюллетень № 14.
Авторы: В. А. Мишин, Г. В. Медведев и В. Н. Шивринский
Патентообладатель: Ульяновский государственный технический
университет (RU)
Изобретение относится к области анализа качества моторного топлива и может быть использовано в промышленности в технологических процессах при изготовлении топлива, в автомобильном транспорте, в частности для определения марки топлива.
Известно устройство для анализа состава бинарных или псевдобинарных смесей газов и жидкостей, содержащее камеру, в которой
размещен алюминиевый стержень, по поверхности которого сделана
нарезка и нанесен оксид алюминия, в нарезку уложена никелевая
проволока (см. Фарзане Н. Г., Ильясов И. В., Азим-Заде А. Ю. Технологические измерения и приборы. М., Высш. шк., 1989. – 456 с., стр.
311, рис. 11.6, а). Алюминиевый стержень с оксидом алюминия и никелевая проволока образуют электрический конденсатор, емкость которого увеличивается при сорбции воды оксидом алюминия.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится возможность контроля таким датчиком лишь наличия воды в
топливе.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является датчик емкостного преобразователя, содержащий цилиндрический внешний и внутренний электроды, помещенные в исследуемое топливо, изоляционную прокладку (см. Левшина Е. С., Новицкий П. В Электрические
измерения физических величин. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.,
стр. 142, рис. 7-9, а.) и принятое за прототип.
59
При изменении диэлектрической проницаемости топлива изменяется электрическая емкость цилиндрического конденсатора, полностью погруженного в топливо.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что такое устройство не различает типы топлива,
например бензин и дизельное топливо, а также влияние на выходной
сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых
поверхностей.
Технический результат – автоматическое смещение градуировочной характеристики датчика диэлькометрического анализатора качества моторного топлива при смене типа топлива и защита от влияния
на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его
торцевых поверхностей.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство содержит цилиндрические внешний и первый внутренний электроды с дренажными отверстиями и
изоляционную прокладку.
Особенностью является то, что первый цилиндрический внутренний электрод выполнен полым, а датчик снабжен вторым цилиндрическим внутренним полым электродом, который механически соединен с первым цилиндрическим внутренним полым электродом и электрически от него изолирован изоляционной втулкой; металлическим
поплавком с калиброванным значением объемной плотности, причем
его объемная плотность равна граничному значению плотности анализируемых моторных топлив, и размещенным в полостях цилиндрических внутренних электродов и изоляционной втулки с возможностью его перемещения между цилиндрическими первым и вторым
внутренними полыми электродами или внутри одного из них от верхнего до нижнего упора; экраном, установленным сверху изоляцион-
60
ной прокладки, и донышком, при этом второй цилиндрический внутренний электрод, экран и донышко электрически соединены с цилиндрическим внешним электродом.
На фиг. 1 и 2 представлена схема датчика диэлектрического анализатора качества моторного топлива, причем на фиг. 1 поплавок находится на нижнем упоре; на фиг. 2 – поплавок находится у верхнего
упора.
Фиг.1 Фиг.2
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Датчик содержит цилиндрический внешний электрод 1, являющийся корпусом цилиндрического конденсатора, первый цилиндрический внутренний полый электрод 2, изоляционную прокладку 3,
второй цилиндрический внутренний полый электрод 4, механически
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]