Индикатор предельного уровня несмачивающей жидкости в закрытых сосудах

(51)5 С 01 ЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(71) Институт теплофизики СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРф 393602, кл. С. 01 Р 23/16, 1971.Патент Великобритании Ф 2133546,кл. С 01 Р 23/16, 1984.(54) ИНДИКАТОР ПРЕДЕЛЬНОГО УРОВНЯНЕСМАЧИВАЮ 11 ЕЙ ЖИДКОСТИ В ЗАКРЫТЫХСОСУДАХ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отрасляхпромышленности и научных исследованиях для определения предельногоуровня жидкостей при заполнении емкостей. Изобретение позволяет .повысить точность фиксации достижениянесмачивающей жидкостью предельного 8015362 уровня, задаваемого нижним срезоминдикаторной трубки, введенной вовнутрь заполняемой емкости. При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 чувствительный дифференциальный датчик давления 2, квыходу которого подсоединена индикаторная трубка 1, становится неуравновешенным. При дальнейшем небольшом определенном превышении уровнянесмачивающей жидкости над уровнемнижнего среза индикаторной трубки 1происходит сжатие воздуха в газовойполости заполняемой емкости, фиксируемое датчиком 2, вход которогосоединен с газовой полостью этой емкости дополнительной трубкой 7. Емкость заполнена несмачивающей жидкостью по предельному уровню нижнегосреза индикаторной трубки с определенным превышением 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и научных исследований для5определения предельного уровня жидкостей при заполнении емкостей.Целью изобретения является повышение точности измеренияНа чертеже схематически приведенопредлагаемое устройство.Индикаторная трубка 1, верхнийконец которой подсоединен к выходуВ чувствительного дифференциальногодатчика 2 давления, герметично введена вовнутрь закрытой емкости 3,при этом глубина ее погружения в емкости 3 может регулироваться без нарушения герметичности ввода, например, с помощью сальникового уплотнения. Трубка 4, опущенная до днаемкости 3, служащая для заполненияэтой емкости жидкостью иэ резервуара 5, снабженного вентилем 6, такжегерметично вводится вовнутрь емкости, 253. Дополнительная трубка 7, верхнийконец которой подсоединен к входу Ачувствительного дифференциальногодатчика 2 давления, также герметичновведена вовнутрь закрытой емкости3, причем нижний срез этой трубкинаходится выше нижнего среза индикаторной трубки 1 на высоту, большую,чем глубина капиллярного опусканияжидкости в индикаторной трубке 1Вентили 8 и 9 сообщают индикаторную 35трубку 1 с атмосферой и с чувствительным дифференциальным датчиком2 давления соответственно. Байпасныйвентиль 10 соединяет вход А и выходВ дифференциального датчика 2 давления,Устройство работает следующимобразом,Открывается вентиль 6 резервуара5, и жидкость начинает заполнять45емкость 3, при этом к резервуару 5может быть подключен источник избыточного давления газа для заполнениязакрытой емкости 3 жидкостью под давлением. , 50Рассмотрим случай, при котором на чертеже вентиль 8 открыт, Вентиль 9 и байпасный вентиль 10 закрыты.При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1, верхний конец которой сообщен с атмосферой, газовая полость 11 заполняемой емкости 3 становится закрытой, при этом не происходит никаких скачкообразных изменений давления. При дальнейшем небольшом превышении ДХ уровня несмачивающей жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1 создается избыточное давление ДР, величину которого можно рассчитать по ФормулеДР =удДХ,где у - плотность жидкости;я - ускорение силы тяжести земного притяжения;ДХ - величина превышения уровнянесмачивающей жидкости надуровнем нижнего среза индикаторной трубки 1.Воздух в закрытой газовой полости 11 и дополнительной трубке 7 сжимается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к входу А которого подсоединен верхний конец трубки 7, Фиксирует повышение давления ХР,р . Вентиль 6 закрывается, емкость 3 заполнена несмачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 с превышением.Величина избыточного давления ФР, Фиксируемого чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, может быть рассчитана по ФормулеЮЧ4 Р, = ДР , (2)Р 7 Чгде ДР - величина избыточного давления, создаваемого повышением уровня жидкости на величину йХ, определяемая по Формуле (1);87 - величина изменения объема жидкости при превышении ею уровня нижнего среза индикаторной трубки на величину ДХ, равная Ч=Б ЛХ, причем Я - площадь внутреннего сечения емкости 3 в районе нижнего среза индикаторной трубки 1;Ч - суммарный внутренний объем закрытой газовой полости 11 и дополнительной трубки 7 вплоть до чувствительного элемента дифференциального датчика 2 давления и запорного элемента байпасного вентиля 10,Таким образом, величина избыточного давления Р , фиксируемого чувствительным дифференциальным датчиком давления, определяется следующим образом:15362 11 6ется из формулы (1). Воздух в закрытой газовой полости 11 емкости3 и дополнительной трубке 7 сжимается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к входу Акоторого подсоединен верхний конецтрубки 7, фиксирует повьппение разбаланса давления дР т между индикартторной трубкой 1 и дополнительнойтрубкой 7. Вентиль 6 закрывается,закрытая емкость 3 заполнена несмачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 с превьппением,п Х.Величина разбаланса избыточногодавления 1 Р , фиксируемая чувсттР 7 фвительным дифференциальным датчиком2 давления, может быть рассчитанапо формуле (3),Поскольку несмачивающая жидкостьначинает проникать в индикаторнуютрубку 1 лишь при определенном превьппении уровня жидкости над уровнемнижнего среза .индикаторной трубки 1,равном глубине капиллярного опускания ЬЬ несмачивающей жидкости в индикаторной трубке 1, то максимальная величина разбаланса давления/Г тр между индикаторной трубкой 1 итртдополнительной трубкой 7, Фиксируемая чувствительным дифференциальнымГдатчиком 2 давления, является ограниченной. Этот максимальный разбаланс давления /Р определяетсявеличиной капиллярного опускания Д Ьнесмачивающей жидкости в индикаторной трубке 1,и может быть вычисленпо Формуле 40 26ЬЬ = --- 1рог(5) где 6 - коэффициент поверхностного натяжения несмачивающей жидкости г - внутренний радиус индикаторной трубки; РйзСз)Поскольку плотность жидкостип ер терпевает существенное изменение 59лишь в критической области параметров жидкости, то величина скачка давления РРя РР,р , фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, при нормальных условиях.практически не зависит от величины температуры и давления жидкости.Таким образом, возможные колебанияпараметров среды не влияют на величину сигнала 1 чувствительного дифференциального датчика 2 давления иточность Фиксации момента достижениянесмачивающей жидкостью предельногоуровня нижнего среза индикаторнойтрубки 1 с заданным превьппением ЛХпо сравнению с прототипом возрастает.Формула (3) связывает величину избыточного давления УР , Фиксиру -мого чувствительным дифференциальнымдатчиком 2 давления с квадратом превышения уровня несмачивающей жидкости дХ над уровнем нижнего срезагиндикаторной трубки 1, при этом физические характеристики жщкости,параметры индикатора и заполняемой 30емкости предполагаются известными.После окончания заполнения несмачивающей жидкостью емкости 3 байпасный вентиль 10 открывается, и чувствительный дифференциальный датчик 2давления приводится в нулевое положение.Рассмотрим случай, при которомна чертеже вентиль 8 закрыт. Вентиль9 открыт, байпасный вентиль 10 закрыт. В данном случае закрытая емкость 3 может заполняться жидкостьюпод давлением, причем источник избыточного давления газа может подключаться к резервуару 5, 45При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к выходу В которого подсоединен 5 Оверхний конец индикаторной трубки 1,становится неуравновешенным, приэтом не происходит никаких скачкообразных изменений давления. Придальнейшем небольшом превьппении ЛХуровня несмачивающей жидкости надуровнем нижнего среза индикаторнойтрубки 1 создается избыточное давление ЬР, величина которого определя-,Р тр =М 1 ф (4) где р - плотность несмачивающейжидкостия - ускорение силы тяжестиземного притяжения;Дп - величина капиллярного опус-.кания.Величина капиллярного опускания ЬЪ. несмачивающей жидкости в индикаторной трубке 1 может быть определена по Формуле1536211 После окончания заполнения несмачивающей жидкостью емкости 3 байпасный вентиль 10 открывается, и чувствительный диФференциальный датчик 2 давления приводится в нулевое положение. Формула изобретения Составитель И,РачковТехред И.Дидык Корректор И.Кучерявая Редактор И,Бандура Заказ 101 Тираж 530 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 у - плотность несмачивающей жидкости;В - ускорение силы тяжести земного притяжения.Поскольку плотность жидкости у и5 коэффициент поверхностного натяжения 6 претерпевают существенное изменение лишь в критической области параметров жидкости, то и величина разбаланса давления РР , фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, и величина максимального разбаланса давления оРРт практически не зависят от значений температуры и давления жидкости. При этом предполагается, что величина избыточного давления, подключение которого возможно к резервуару 5 нри заполнении несмачивающей жидкости закрытой емкости 3, и температура этой жидкости далеки от критических параметров этой жидкости, Таким образом, возможные колебания параметров среды не влияют на величину сиг нала 1 чувствительного дифференциального датчика 2 давления, и точность фиксации момента достижения несмачивающей жидкостью нижнего среза индикаторной трубки 1 с заданным превышением ЬХ по сравнению с прототипом возрастает. Индикатор предельного уровня несмачивающей жидкости в закрытых сосудах, содержащий две индикаторные трубки, установленные в контролируемом резервуаре, верхние концы которых подсоединены к дифференциальному измерителю давления, а нижние размещены соответственно на отметке предельного уровня жидкости и в газовой полости резервуара, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены вентили, один из которых соединяет вход и выход дифференциального измерителя, а два других связывают индикаторную трубку, установленную. на отметке предельного уровня, с атмосферой и дифференциальным измерителем соответственно, при этом индикаторная трубка, установленная на отметке предельного уровня жидкости, выполнена капиллярной.