Способ измерения уровня жидкости

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники. Сущность изобретения: способ основан на измерении давления, развиваемого весом столба жидкости. Для решения задачи выбирают соответствующие требуемому диапазону измерений упругий чувствительный элемент и измеритель перемещений, соединяют их между собой, к рабочей полости упругого чувствительного элемента герметично подсоединяют вертикальный сосуд постоянного сечения, порядка 1 -5см2, высотой , превышающей уровень верхнего преИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники, для реализации в уровнемерах жидкости, основанных на измерении давления гидростатического столба жидкости . Предложенный способ обеспечивает упрощение измерения уровня и повышение точности измерений за счет компенсации влияния плотности контролируемой жидкости столбом самой контролируемой жидкодела измерения, при нормальной температуре заполняют вертикальный сосуд контролируемой жидкостью до уровня верхнего предела измерений, погружают собранную систему в емкость с контролируемой жидкостью до совмещения оси упругого чувствительного элемента с уровнем нижнего предела измерений и при любых значениях давления и температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха измеряют пропорционально измеряемому уровню жидкости перемещение упругого чувствительного элемента. Уровень контролируемой жидкости определяют по формуле Н) Нв.п.- MJ, где Hi - уровень жидкости в измеряемойЧ-й точке диапазона измерений; Нв.п - верхний Предел измерения уровня жидкости; - перемещение , зарегистрированное измерите лем перемещения в i-й точке измерений; К - коэффициент, постоянный для данной системы измерений: К 2/(р S). где р - плотность контролируемой жидкости ; S - эффективная площадь упругого чувствительного элемента.-Z- жесткость упругого чувствительного элемента. Гил. w Ј сти, равным по высоте верхнему пределу измерений, При этом одновременно обеспечивается компенсация от изменения давления контролируемой среды и от изменения температуры, т.к. вся система измерений помещена в контролируемую среду. Предлагаемый способ поясняется примером его реализации и чертежом, на котором представлена схема измерения уровня жидкости. Выбирают измерительный упругий чувствительный , элемент, например, сильфом 1 00 Ы 2 ся о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 F 23/16

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4909479/10 (22) 11.02.91 (46) 30,07.93. Бюл. М 28 (71) Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" (72) Е,Ф.Шполянский (56) Авторское свидетельство СССР

М 779812, кл. G 01 F 23/18, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники. Сущность изобретения: способ основан на измерении давления, развиваемого весом столба жидкости. Для решения задачи выбирают соответствующие требуемому диапазону измерений упругий чувствительный элемент и измеритель перемещений, соединяют их между собой. к рабочей полости упругого чувствительного элемента герметично подсоединяют вертикальный сосуд постоянного сечения, порядка 1 -5 см, вы2 сотой, превышающей уровень верхнего преИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники, для реализации в уровнемерах жидкости, основанных на измерении давления гидростатического столба жидкости.

Предложенный способ обеспечивает упрощение измерения уровня и повышение точности измерений за счет компенсации влияния плотности контролируемой жидкости столбом самой контролируемой жидко,,« А ÄÄ 1830459 А1 дела измерения, при нормальной температуре заполняют вертикальный сосуд контролируемой жидкостью до уровня верхнего предела измерений, погружают собранную систему в емкость с контролируемой жидкостью до совмещения оси упругого чувствительного элемента с уровнем нижнего предела измерений и при любых значениях давления и температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха измеряют пропорционально измеряемому уровню жидкости перемещение упругого чувствительного элемента. Уровень контролируемой жидкости определяют по формуле Н = Нв.п.— Kk, где Hi — уровень жидкости в измеряемой i-й точке диапазона измерений; Нв. — верхний предел измерения уровня жидкости; 4 — перемещение, зарегистрированное измерите лем перемещения в i-й точке измерений; Ккоэффициент, постоянный для данной системы измерений: К =Z/(p S), где p — плотность контролируемой жидкости; $— эффективная площадь упругого чувствительного элемента;Š— жесткость упругого чувствительного элемента, 1 ил. сти, равным по высоте верхнему пределу . измерений. При этом одновременно о6еспечивается компенсация от изменения давления контролируемой среды и от изменения температуры, т.к. вся система измерений помещена в контролируемую среду.

Предлагаемый способ поясняется примером его реализации и чертежом, на котором представлена схема измерения уровня жидкости.

Выбирают измерительный упругий чувствительны элемент, например, сильфон 1

1830459 с известными характеристиками (эффективной площадью S и жесткостью Z). Подвижное дно сильфона 1 соединяют с входом измерителя перемещений 2 с помощью передаточного элемента 3. В качестве измерителя перемещений 2 может быть использован емкостный, индукционный или какай-нибудь другой преобразователь перемещений в выходной сигнал. Рабочая полость сильфона

1 соединителем 4 герметично подсоединяется к вертикальному сосуду 5, представляющему собой трубку постоянного сечения, причем сечение этой трубки должно быть незначительным (порядка 1 см ), а высота этой трубки должна превышать планируемый верхний предел измерения уровня жидкости. При нормальной температуре (20 С) заполняют внутреннюю полость вертикальной трубки 5и сильфона 1 компенсационной жидкостью 6, в качестве которой используют саму контролируемую жидкость 7, Погружают собранную систему измерений в емкость

8 с контролируемой жидкостью 7, выводят линию связи 9 измерителя перемещений 2 через уплотнитель 10. Совмещают продольную ось сильфана 1 с уровнем нижнего предела измерений. Система измерений готова.

Необходимо только согласовать "Нуль" измерителя перемещений 2 с положением подвижного дна сильфона 1 при значении уровня контролируемой жидкости, соответствующем нижнему пределу измерений. Теперь любому значению измеряемого уровня жидкости Н будет соответствовать совершенно определенное значение перемещения подвижногодна сильфона k, регистрируемое измерителем перемещений.

Равновесие в системе измерений выражается равенством рНвп S=p Н S+Z k.. (1)

Отсюда перемещение подвижного дна сильфона (она же перемещение k, регистрируемое измерителем перемещений) будет раоно (2)

О

Vi3 выражения (2) видно, что для данной конкретной системы измерений, когда известны эффективная площадь и жесткость упруГого чувствительного элемента, и плотность контролируемой жидкости р, перемещение

k прямо пропорционально разности столбов жидкости: базового столба He.n. и измеряемого Нь

Задавшись конкретными характеристиками упругого чувствительного элемента— сильфона (эффективной площадью $ и жесткостью Z) и контролируемой жидкости (плотностью р и коэффициентам объемного расширения ф, выполнив вычисления по формуле (2), легко убедиться, что при любых значениях температуры погрешность измерений составляет минимальную величину.

Например, при значениях р = 1,0 г/см, P= 0,001 С, $ = 10 см, и 2 = 150 кгс/см при любом диапазоне измерений от О до 1000 см погрешность от измерения температуры на

100 С составляет всего 1ь от номинально"5 го перемещения k, или 0,1 на 10 С (для краткости изложения расчеты здесь не приводятся). Это в 2,5 раза меньше температурной погрешности промышленногоуровнемера УВС-М, упоминавшегося выше.

Нетрудно убедиться, что на точность измерений по предлагаемому способу совершенно не влияет статическое давление контролируемой жидкости, т.к. одно и то же давление, установившееся в емкости 8, од25 навременна воздействует и на контролируемую жидкость 7 и на компенсационную жидкость б в вертикальной трубке 5, Точно так на измеряемую и компенсационную жидкости одинаково воздействуют температуры контролируемой жидкости и окружающей среды, т.к, вся система измерений находится внутри емкости 8.

Еще одним существенным преимуществом предлагаемого способа измерений явЗ5 ляется то положение, что измеряемый уровень жидкости автоматически приводится к нормальным условиям (к температуре

20 С), что облегчает использование результатов измерения уровня для учетно-расчет40 ных операций. Это приведение результатов измерения к 20 С обеспечивается заполнением вертикальной трубы компенсационной жидкостью при этой температуре (20ЯС) до требуемого верхнего предела измерений

45 He.n.. При изменении температуры в большую или меньшую сторону высота компенсационного (базового) столба жидкости в вертикальной трубе изменяется от определенного минимального до определенного

50 максимального значения, но вес этого столба жидкости, а следовательно, и развиваемое им давление на упругом чувствительном элементе остается практически неизменным, т.е. обеспечивается измерение уровня

55 жидкости Н относительно постоянной базы (точки отсчета)

Преобразовав уравнение (1), получим текущее (измеряемое) значение уровня контролируемой жидкости:

1&30459

Hl = Нв.п —.- А

2 (3) (4) К 2

p S (5) Н -Н. — К А, 2

p Б

Обозначив постоянные для данной системы величины через К получим:

Hi = Нвп — K k

Вычислив числовое значение и подставив его значение вместе со значением Н .п. в выражение (4), сводят процесс определения уровня жидкости к упрощенной до минимума операции: определяют в единицах длины перемещение 4, зарегистрированное измерителем перемещений, и по формуле (4) вычисляют измеренный уровень жидкости.

Формула изобретения

Способ измерения уровня жидкости, при котором погружают упругий чувствительный элемент, соединенный с преобразователем

его перемещений, в контролируемую среду на уровень нижнего предела измерений и фиксируют выходной сигнал преобразователя перемещений,отличающийсятем, что, с целью повышения точности, предварительно подсоединяют герметично к внутренней полости. чувствительного элемента перпендикулярно к его продольной оси вер5 тикальный сосуд постоянного сечения 1 — 5 см с высотой больше расстояния до уровня верхнего предела измерения и заполняют его при нормальной температуре контролируемой жидкостью до уровня верхнего пре10 дела измерений, а уровень контролируемой жидкости Hi определяют по формуле:

15 где Hs.n — верхний предел измерений;

k — перемещение чувствительного элемента, зафиксированное измерителем в I-й точке измерения;

К вЂ” коэффициент, постоянный для дан20 ной системы измерений

25 где р — плотность контролируемой жидкости;

Ф

$ — эффективная площадь упругого элемента, 2 — жесткость упругого чувствительного

30 элемента.

1830459 уровень ВлзОВого

Составитель Е. Шполянский редактор М, Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Заказ 2519 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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