Способ определения уровня жидкости при заполнении ею резервуара

 

Изобретение относится к измерению уровня жидкости в сосудах и резервуарах и может использоваться в химической, нефтехимической промышленности и других областях народного хозяйства. Способ заключается в измерении параметров нестационарного температурного поля на поверхности сосуда, определения скорости распространения тепловой волны и вычислении по ним уровня жидкости в резервуаре . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 F 23/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 (21) 4803900/10 (22) 29.01.90 (46) 07.06.93. Бюл. й» 21 (75) В.И.Гарюнов и А.В.Клепов

Т= при Х вЂ” V г>0, Тж <Тос, ++. при Х вЂ” Ч т О, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (56) Заявка Е П В М 0123450, кл. G 01 F 23/28, 1984, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ

ЖИДКОСТИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕЮ РЕЗЕРВУАРА

Изобретение относится к. измерению уровня жидкости в сосудах и резервуарах и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности и других областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности в измерении уровня жидкости.

В основу способа положены термодинамические процессы, сопровождающие заполнение (слив) жидкостью резервуара.

Сущность этих процессов в следующем. В исходный момент времени до начала заполнения сосуда жидкостью температура его стенок равна температуре окружающей среды. С момента заполнения в стенке сосуда развиваются нестационарные процессы теплопроводности. т.е. в направлении повышения уровня распространяется температурная волна. На уровне "зеркала" жидкости и ниже температура стенки сосуда равна температуре жидкости, Такой процесс описывается дифференциальным уравнением второго порядка в частных производных с присоединенными граничными условиями

ЗТ ФТ дх2

= а — — 3(T — Toc ), (1) Я2 1820226 А1 (57) Изобретение относится к измерению уровня жидкости в сосудах и резервуарах и может использоваться в химической, нефтехимической промышленности и других областях народного хозяйства. Способ заключается в измерении параметров нестационарного температурного поля на поверхности сосуда, определения скорости распространения тепловой волны и вычислении по ним уровня жидкости в резервуаре. 1 ил.

Ф

Т(х,0) — Тос, Т(оо, Т ) — Toc, Т (V т, Т ) = Тж, где Т вЂ” температура стенки сосуда;

Тос, Тж соответственно температура окружающей среды и жидкости;. а — коэффициент температуропроводности материала сосуда;

/3 — приведенный коэффициент теплоотдачи от сосуда в окружающую сре- а ду ОО

V — скорость "подъема" уровня жидкости в резервуаре; х — координата, направленная вдоль образующей резервуара; Ы т- время. M с с

Решением дифференциального уравнения (1) является выражение (2) ос + (Тж — Тос } х

-yr- — (x -vr) Ч р(Х-Vr;r) e

2а (2

1820226 где

< «.„ Д(ю-чб1 К Vt

y(г- тМ*-е "Cc ec{c(4gf ) °

°,46"-" .,„„(., Л1)

erfc(9) - 1 - erf(Y), cry(y) - f e c dz — интеграл ошибок. о

Иэ выражения (2) следует, что параметры температурного поля на поверхности резервуара связаны с положением уровня жидкости, временем, скоростью измерения уровня и теплофизическими характеристиками материала резервуара. Если известны теплофизические характеристики, измеряя время заполнения резервуара и вычисляя скорость изменения уровня, имеется возможность для определения координаты

"зеркала" жидкости, т.е. ее уровня.

Определение уровня жидкости сводится к следующему.

С началом заполнения резервуара производят измерение времени и регистрируют температуру поверхности резервуара вдоль его образующей в точках, удаленных друг от друга на расстоянии не более величины погрешности измерения уровня. 3атем вычисляют скорость измерения уровня жидкости, для чего измеряют и фиксируют значение температуры в первой точке, лежащей выше уровня жидкости, а также измеряют температуру во второй точке, удаленной по высоте резервуара от первой на расстоянии, не превышающем максимальной погрешности измерения уровня, и измеряют интервал времени, в течение которого температура во второй точке станет равной зафиксированному значению температуры первой точки. Скорость подъема уровня определяют как отношения расстОяния между указанными точками и полученным интервалом времени, Вполне возможно, что заполнение жидкости может происходить с переменной скоростью, тем не менее этот параметр можно использовать для определения координаты уровня, дважды проводя численное интегрирование производной скорости по времени. Однако в этом случае точность может оказаться недостаточной при решении наиболее ответственных технологических операций.

Поэтому этот параметр используется в совокупности с другими — теплофизическими для вычисления уровня с привлечением уравнения(2).

Алгоритм определения текущей скорости изменения уровня поясняется на фиг.1.

На ней в координатахуровень(х)-температура (Т) изображено распределение темпе20

V--(Хз- Хг)/(тг -. й) (3) Окончательным шагом в определении уровня жидкости является вычисление его координаты по формуле

25 х=хт + õ(FT Лх) (4) 30

«v

А=а. 2а где Хт,„- координата крайней точки, где температура равна температуре жидкости;

40 Х(Етх, ЬХ) — координата точки, .где дифференциал равен чувствительности тер-. мочувствительных приборов; а — коэффициент тем пературоп роводности материала сосуда;

45 V — скорость подъема уровня жидкости;

Р- приведенный коэффициент теплоотдачи от сосуда в окружающую среду;

r- значение текущего времени; .

Ь Х вЂ” максимальная погрешность изме50 рения уровня

Определение уровня жидкости можно пояснить, используя график распределения температуры, изображенный на фиг. 2.

Пусть для некоторОго момента времени

55 распределения температур вдоль образую- . щей резервуара характеризуется кривой, изображенной на фиг. 2, Термочувствительные приборы расположены вдоль образующей резервуара соответственно в точках Х1, Хг. Хз и т,д. Пусть термочувствительный приратуры вдоль образующей резервуара для различных моментов времени.

Пусть в момент времени т1 температур ная волна на поверхности резервуара характеризуется кривой 1. Для этого момента времени уровень жидкости соответствует координате Õ1. Этому же моменту времени температура в точках с координатами Хг и

Хз соответственно равна Тг и Тз. Зафиксиру10 ем значение температуры Тг и будем измерять интервал, в течение которого температура в точке с координатой станет равной Тг, этот интервал равен разности тгт1. К этому моменту температурная волна

"5 будет характеризоваться кривой 2. Полученные параметры позволяют вычислить текущую скорость измерения уровня по формуле

182022 б бор, расположенный в точке Xi, находится ниже уровня жидкости. Истинный уровень жидкости соответствует координате Х . Для определения уровня жидкости с помощью предлагаемого способа проводится следую- 5 щая процедура.

В ычисля ется координата h

= X(FT ЛХ), где производная Ет,„от выражения (2) по координате Х в момент времени г, умноженная на величину расстояния ЛХ между термочувствительными приборами, равна их чувствительности дТ. Производная от выражения (2) приближенно равна отношению ЛТ/д Х. Скорость 15 изменения уровня жидкости вычисляется так, как описано выше. Тогда измерительный уровень жидкости будет определяться как сумма

Хо =Х1+ К т.е. измерительный уровень будет соответствовать Хр, при этом погрешность измере1 ния будет существенно меньше, чем в прототипе, где погрешность измерения. уровня равна расстоянию между термочувствительными приборами, Для измерения температуры поверхности резервуара рекомендуется использовать сканиру|ощий радиометр. В этом случае шаг измерения температуры может быть выбран любой и ограничен с "низу" только угловой разрешающей способностью радиометра. Отсутствие непосредственного контакта с объектом и высокая чувствительность радиометра делает спо-. соб достаточно точным.

Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известных позволяет измерять уровень жидкости в резервуаре с большей точностью. Он проще реализуется, так как не требует непосредственного контакта измерительных средств с объектом контроля, Регистрировать измеряемые параметры можно на значительном удалении от объекта. что повышает безопасность обслуживающего персонала.

С учетом изложенного заявляемый способ отражает более высокий уровень развития техники, позволяет повысить точность измерения уровня жидкости в резервуаре и повысить безопасность обслуживающего персонала.

Формула изобретения

Способ определения уровня жидкости при заполнении ею резервуара, при Мотором размещают по высоте резервуара термочувствительные приборы, производят заполнение резервуара жидкостью, регистрируют полученные с термочувствительных приборов электрические сигналы и обрабатывают результаты измерений, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно размещают на стенке резервуара локационный термоиэмерительный прибор, одновременно с регистрацией электрических сигналов с термочувствительных приборов определяют распределение температурного поля по вертикальной образующей резервуара и учитывают его при обработке результатов измерений.

1820226

Составитель В.Гарюнов

Техред М.Моргентал Корректор C Пекарь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5