Пьезометрический уровнемер
Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уровня жидких сред в емкостях, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением. Сущность изобретения: питающий воздух через дроссели поступает в трубки. На выходе трехмембранного элемента формируется давление, пропорциональное разности давлений в трубках 2,3, которое прямо пропорционально плотности контролируемой среды, а в цепи пятимембранного элемента 9 выделяется разность давлений в трубках 2, 4, чем компенсируется влияние давления над уровнем, а на выходе делителя за счет дросселя получается сигнал, пропорциональный уровню контролируемой жидкости. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5ц5 G О1 F 23/16
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Рвых, p g (2) бЬp g (3) сй б о (4) (21) 5014168/10 (22) 02,12.91 (46) 30.07.93. Бюл. М 28 (71) Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф.Э.Дзержинского (72) В.Я.Тришкин, Ю.К.Тараненко, В.А.гамза, Н.Д.Краснорудский, С.С.Потапенко и
В.И.цинкуш (73) Днепропетровский химико-технологический институт (56) Авторское свидетельство СССР
1Ф 1006922, кл. G 01 F 23/16, 1983. (54) ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР (57) Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для контроля уровня жидкости в емкостях, находящихся под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.
Известен пьезометрический уровнемер, содержащий две пьезометрические трубки различной длины, соединенные через дроссели с источником питания воздухом и с измерительной схемой, включающей пятимембранный элемент сравнения, пневмоповторитель со сдвигом и вторичный прибор..
Известный пьезометрический уровнемер имеет ряд недостатков.
Выходной сигнал уровнемера зависит от плотности р контролируемой среды и ускорения g свободного падения, согласно соотношения:
„„. Ж„, 1831658 АЗ уровня жидких сред в емкостях, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением. Сущность изобретения: питающий воздух через дроссели поступает в трубки. На выходе трехмембранного элемента формируется давление, пропорциональное разности давлений в трубках 2, 3, которое прямо пропорционально плотности контролируемой среды, а в цепи пятимембранного элемента 9 выделяется разность давлений в трубках 2, 4, чем компенсируется влияние давления над уровнем, а на выходе делителя за счет дросселя получается сигнал, пропорциональный уровню контролируемой жидкости. 1 ил.
Рвых = p 9 . и (1)
Поэтому изменение плотности контролируемой среды воспринимается как изменение уровня
Таким образом относительная погрешность
dh д1) = — измерения уровня равна по модуh лю относительному изменению плотности, Кромеэтого даже при р=соэмдля перехода на другую жидкость необходима переградуировка уровнемера.
1831658
1+— (8)
1 + — а2 . (1 + К1) а1
Рвых = Рвх К1
К1
PBblx = PBx 1 + K (5) (6) а2 а1 +а2 (7) Другим недостатком уровнемера является отсутствие защиты элементов и каналов измерительной схемы от попадания в них жидкости, уровень которой измеряется.
Попадание жидкости может произойти при отключении давления питания, когда конт-. ролируемая жидкость будет передавливаться в измерительную схему. Третьим недостатком известного уровнемера является отсутствие регулировки чувствительности, за счет отрицательной обратной связи на выходе пятимембранного элемента сравнения.
Второй недостаток устранен в пьезометрическом уровнемере за счет использования трехмембранного элемента сравнения в канале измерения для его перекрытия при падении давления питания ниже предела, устанавливаемого задатчиком, что исключает попадание в измерительный канал контролируемой среды.
4 Третий недостаток устранен в пьезометрическом уровнемере, в котором для регулировки величины пневматического сигнала на выходе пятимембранного эле-. мента, в обратную связь последнего включен делитель в виде постоянного и переменного дросселей. Таким образом, если К1 — коэффициент передачи по давлению (или по разности давлений) пятимембранного элемента, а К 2 — коэффициент передачи по давлению делителя, то давление на выходе элемента сравнения определяется соотношением
Рox = P1 P2 Рвых = ф (h) где Р1 = о р h+ P — давление в трубке, погруженной в жидкость;
Р2 = Р, — избыточное, вакуумметрическое или атмосферное давление в емкости;
Рвых Q (h) — градуировочная характеристика уровнемера.
Коэффициент передачи делителя где а.1 — коэффициент сопротивления переменного дросселя; а z — коэффициент сопротивления постоянного дросселя.
Подставляя (7) в (5), получим соотношение, показывающее, как за счет величины а 1можно менять чувствительность уровнемера
К (а1 - а1 } вых вх а +а
Из полученного соотношения видно, что регулировочная характеристика чувствительности есть гиперболическая функция
<р (— ), что является недостатком линейноЩ
Х
15 д
Наиболее близким из известных к предлагаемому является пьезометрический уровнемер, содержащий две пьезометрические трубки, одна из которых погружена в контролируемую жидкость и соединена через дроссель с источником питания, а нижний конец второй короткой трубки расположен в надуровневом газовом пространстве, выходы трубок соединены с пятимембранным элементом сравнения flo схеме вычитания со сдвигом на 0,20 кгс/см от повторителя, при этом выход устройства через усилитель мощности соединен со вторичным прибором, Так как указанные выше недостатки, первый, второй и третий именует и прототип, причем второй и третий могут быть устранены известными методами. рассмотрим подробно недостаток прототипа, состоящий в отсутствии компенсации влияния плотности контролируемой среды.
Разность сигналов трубок будет равна
P1 — Р2 =9P h+ P Ри = g P h (9) 40
На выходе пятимембранного элемента сравнения этот сигнал при наличии обратной связи будет иметь вид:.(1+ а2) а1
Рвых = g p и — (10)
1+ — (1+К1)
Из соотношения (10) видно, что для компенсации изменения плотности контролируемой среды нужно осуществить операцию деления на пневматический сигнал пропорциональный р, Операция деления на пнев55 моэлементах осуществляется достаточно сложно и поэтому уровнемер будет иметь низкую надежность и точность, Применение электрических средств делает прибор не пригодным для установки в искропожафоопасных помещениях.
1831658
Целью изобретения является повышение точности и упрощение обслуживания при работе с изменяющейся плотностью контролируемой среды.
Цель достигается тем. что известный 5 п ьезометрический уровнемер дополнительно снабжен третьей, подключенной через дроссель к источнику питания и погруженной в контролируемую среду.,трубкой, трехмембранным элементом сравнения. 10 включенным по схеме вычитания давлений в погруженных в жидкость трубках, а регулируемый дроссель делителя снабжен камерой управления по типу сопло с подпружиненной со стороны сопла заслон- 15 кой, причем выход трехмембрэнного элемента сравнения подключен к камере управления дросселем.
Предложенное техническое решение компенсации влияния плотности реализует- 20 ся за счет управления коэффициентами управляемого дросселя типа сопла с подпружиненной заслонкой; покажем это, используя (10). Для компенсации влияния плотности, принимается, что a 1* =- f (p), 25 тогда
К, . (1 + а2 ) гБ
1 + — "— „(1 + К, ) а1"
35 (12) а 1*
<2 р — 1
С а
Gвх*= — — — +d ех+ С
Режим (11) относительно а 1* получим
Анализ (12) показывает, что это соотношение полностью идентично соотношению для сопла с подпружиненной заслонкой (co стороны сопла) вида где а, Ь, с, d — постоянные: х — перемещение заслонки.
Причем х = К р, сигнал перемещения заслонки.выделяемый при вычитании сигналов трубок погруженных в жидкость где Л h — разность уровней погружения трубок, Таким образом, на управляемой сигналом плотности заслонкой, включенной вместе с соплом в делитель, выполняется операция деления, Подбор второго дро :с . ля делигеля обеспечивает заданную чувст вительность, От известных технических решений пьезометрических уровнемеров предложение отличается компенсацией влияния плотности контролируемой среды, во всем диапазоне ее изменения без применения деления пневматических сигналов на пневматических решающих элементах.
Предлагаемый пневматический, пьезометрический уровнемер изображен на чертеже, В емкости 1, содержащей контролируемую жидкость под вакуумметрическим или избыточным давлением, установлены трубки 2, 3 погруженные в жидкость на разные глубины и трубка 4, сообщающаяся с надуровневым пространством в емкости. Для отсечки контролируемой среды от измерительной схемы, в случае исчезновения давления в линиях питания трубок, предусмотрены пневматические трехмембранные реле 5. 6, 7. Для выделения сигнала пропорционального плотности, давления Р1
= g . р h>, Р2 = g . р h2 е трубках, погруженных в жидкость, вычитаются в трехмембранном элементе сравнения 8. Сигнал пропорциональный контролируемому уровню и не зависящий от давления и плотности контролируемой жидкости вырабатывается на выходе пятимембранного элемента сравнения 9, Постоянные дроссели 10, 11, 12 установлены влинии питания трубок, постоянный дроссель 13 установлен в делителе, постоянный дроссель 14 установлен в линии питания повторителя со сдвигом, постоянный дроссель 15 установлен в линии питания задатчика.
Элемент 16 представляет собой сопло с подпружиненной со стороны сопла заслонкой, установленной е корпусе на мембране, отделяющей от управляемого дросселя глухую камеру управления. Установление вели5 чины давления отсечки осуществляется задатчиком 17. Сдвиг сигнала на 0,2 кгс/см осуществляется повторителем со сдвигом
18. Усилитель мощности 19 усиливает по мощности сигнал с пятимембранного элемента сравнения и подает на вторичный пневматический прибор 20, Работа пьезометрического уровнемера осуществляется следующим образом.
Питающий воздух через дроссели 10.
11, 12 поступает в трубки 2, 3, 4. Давления в трубках 2, 3 зависят от высоты столба контролируемой жидкости, а в трубке 4 от избыточного или вакуумметрического давления над уровнем жидкости в емкости.
1831658
Давление из трубки 4 через элемент сравнения 5 поступает на вход пятимембраннага элемента сравнения 9, а из трубок
2. 3 через элементы сравнения 6, 7 — на вход трехмембранного элемента сравнения 8. На 5 выходе элемента 8 формируется давление пропорциональное разности давлений в трубках 2, 3, которое при фиксированной разности погружения трубок прямо пропорционально плотности контролируемой сре- 10 ды. В прямой цепи элемента 9 выделяется разность между давлениями в трубках 2 и 4, чем компенсируется влияние давления над уровнем контролируемой жидкости. Из входного сигнала за счет делителя на дрос- 15 селях 13, 16 вычитается часть выходного сигнала. причем за счет дросселя 16 происходит деление выходного сигнала на плотность контролируемой жидкости, В результате получаем сигнал, зависящий от 20 контролируемого уровня. Например, плотность контролируемой жидкости растет, сигнал на выходе элемента 8 растет. заслонка дросселя 16 приближается к саппу, давление на выходе делителя растет, а 25 давление воздуха на выходе пятимембранного элемента сравнения уменьшается.
Давление в камере управления дросселя 16 уравновешивается пружиной, установленной са стороны сопла. В повторителе 18 30 .выходное давление пятимембраннаго элемента соавнения Q сдвигается на 0,2 кгс/см2 и после усиления по мощности в усилителе 19 измеряется вторичным прибором 20, проградуированным в единицах 35 контролируемого уровня жидкости, В случае исчезновения давления питания реле 5, 6. 7 закрываются под действием давления воздуха подаваемого с задатчика 17.
Предложенный пьезометрический уровнемер может быть собран на стандартных элементах УСЭПА, как дискретных (реле 5.
6, 7), так и аналоговых (элементы 8, 9), Предложенное техническое решение выгодно отличается от известных решений наличием простой схемы компенсации влияния изменения плотности контролируемой жидкости.
Формула изобретения
Пьеэометрический уровнемер, содержащий первую и вторую пьезометрические трубки разной длины. соединенные через дроссели с источником питания, выходы трубок соединены с измерительной схемой, снабженной пятимембранным элементом сравнения, усилителем мощности и трехмембранным элементом сравнения, делителем с дросселем, задатчиком давления и вторичным прибором, при этом выходы пьезометрических трубок через трехмембранный элемент сравнения, связанный с задатчиком, соединены с входами трехмембранного элемента сравнения, выход каторого через усилитель мощности подключен к вторичному прибору, а вторая пьезометрическая трубка установлена в наджидкостном пространстве, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третья пьеэометрическая трубка, три дополнительных трехмембранных элементов сравнения, входы двух из них подключены к выходам первой и третьей пьеэометрических трубок, а выходы через третий дополнительный трехмембранный элемент сравнения — к делителю, дроссель которого снабжен камерой управления по типу сопла-заслонка.
1831858
Составитель Е.Балан
Техред М.Моргентал
Корректор Л. Филь
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2549 Тираж Подписное
ВНИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
