Гидростатический датчик уровня жидкости

( ) 10 .(2 ) 23.03,91. (4 ) 07.02.93, Б)ол. М 5 (7 ) Воронежское опытно-конструкторское б ро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" (7 ) Е,Ф.Шполянский, Г,Л,Заграй и М.И.Пыр н (5 ) Авторское свидетельство СССР М 779812, кл. 0 01 Р 23/18, 1978. (5 ) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УРОВН ЖИДКОСТИ (5 г Использование; системы конт оля и)та жидкого химического сырья и продукв различных отраслях промышленности,2Сущность изобретения, корпус состоит из наружной 1 и внутренней 2 герметизированных концентричных оболочек, в состав -которых входят вертикальные трубй 3 и 4 соответственно, внутренняя оболочка корпуса 2 содержит разделительные сильфоны 5 и б, подвижные торцы которых соединены с жестким центром 7 измерительной мембраны 8, наружный неподвижный бурт которой закреплен на наружной оболочке 1, ниже измерительной мембраны 8, содержит отверстия 10 для перехода контролируемой жидкости 11, при этом внутри внутренней оболочки 2 . размещен дифференциальный индуктивный преобразователь напряжения. 1 ил.Изобретение относится к приборостроению. а именнб к уровнемерам жидкости, и может найти применение в системах контроля и учета жидкого химического сырья и продуктов в разлицных отраслях промышленности.Известен гидростэтицеский датчик уровня жидкости, содержащий цувствительный элемент в виде сильфона, передаточный механизм, поплавковый компенсатор плотности жидкости и регистратор перемещений, Принцип действия этого датчика уровня заключается в преобразовании давления гидростатицеского столба измеряемой жидкости, действующего на сильфон, и в преобразовании перемещения подвижного дна сильфона в выходной сигнал. Поплавковый компенсатор плотности жидкости обеспечивает компенсацию температурного изменения плотности контролируемой жидкости.Недостатками этого известного датчика уровня является значительная сложность койетрукции и низкая точность измерений, обусловленная зависимостью деформации измерительного сильфона от изменения давления контролируемойжйдкостй и несовершенством компенсации от изменения плотности контролируемой жидкости.Наиболее близким по технической сущности к изобретениюявляется гидростатйческий датчик уровня жидкости, содержащий корпус, измерительный чувствительный элемент - сильфон, емкостный преобразователь перемещений, соединенный с подвижным дном измерительного сильфона и поплавковый компЕнсатор плотности жидкости - неметаллицеский поплавок, соединенный разделительными сильфонами с корпусом датчика уровня,Недостатками этого гидростатицеского датчика уровня жидкости являются знацительные погрешностй от изменения давления контролируемой среды (т.е; давление измеряемого столба жидкости и статического давления газа над слоем жидкости воздействуют только нэ внешнюю поверхность измерительного сильфона) и от изменения плотности контролируемой жидкости при изменении ее температуры (вследствие неравенства коэффициентов объемного расширения контролируемой жидкости и неметаллицеского компенсационного поплавка). Кроме того, существенным недостатком этого уровнемера является затрудненный переход на измерение уровня новой жидкости (с новым значением плотности), т,е, в этом случае необходима замена компенсационного поплавка на поплавок с новым объемом (большим или меньшим прежнего обьема), Указанные недостатки обусловливают низкую точностьизмерений известного уровнемера.Целью изобретения является повыше 5 ние точности измерений.Поставленная цель достигается тем, цтов гидростатицеском датчике уровня жидкости, содержащем корпус с разделительными сильфонами, упругий чувствительный10 элемент, преобразователь перемещений,механически соединенный с упругим чувствительным элементом и электрически соеди. ненный с блоком формирования выходногосигнала и компенсатор плотности жидкости,15 корпус выполнен в виде герметичной оболочки, содержащей две вертикальные трубы, чувствительный элемент выполнен ввиде мембраны, неподвижный бурт которойсоединен с наружной стенкой оболочки кор 20 пуса, а подвижный жесткий центр мембраны соединен с внутренней стенкой оболочкикорпуса посредством разделительных сильфонов, причем полость герметичной оболоцки заполнена компенсационной жидкостью.На чертеже представлена схема конструкции гйдростатицеского датцика уровняжидкости,Датчик уровня содержит корпус, состоящий из наружной 1 и внутренней 2 герме 30 тизированных концентрицных оболочек, всостав которых входят вертикальные трубы3 и 4 соответственно, Внутренняя оболоцкакорпуса 2 содержит разделительные сильфоны 5 и 6. Подвижные торцы этих сильфо 35 нов 5 и 6 соединень 1 с жестким центром 7измерительной мембраны О, наружный неподвижный бурт которой закреплен на наружной оболочке корпуса 1, Неподвижньйторец сильфона 6 герметизирован дном 9, а40 нижняя часть наружной оболочки 1 (нижеизмерительной мембраны 8) содержит отверстия 10 для прохода контролируемойжидкости 11. Внутри внутренней оболочки 2размещен дифференциальный индуктив 45 ный преобразователь напряжения, содержащий магнитопроводы 12 и 13, катушки 14и 15 и якорь 16. Якорь 16 соединен с жестким центром 7 измерительной мембраны 8штоком 17, который закреплен также на уп 50 ругих направляющих 18 и 19, закрепленныхнэ оболоцке 2, Полость между оболоцками 1и 2 заполнена компенсационной жидкостью20, в качестве которой использована сэмаконтролируемая жидкость 11. Высота стол 55 ба компенсационной жидкости 20 выбранатаким образом, цто при нормальной температуре (+20 С) она равна верхнему пределуизмерений, цто является базовым столбомжидкости Н 6 датчика уровня. Базовый столбкомпенсационной жидкости 20 отделен от+ А.1 (2 м + 21 + 22)(") где Нб - высота базового столба жи. Ни - высота измеряемого столба сто;Рб - ПлстНОСтЬ Ккости,ри - плотность косто;9 - ускорение силы тяжести;Лм - перемещение жесткого центра измерительной мембраны;Ям - эффективная площадь из ной мембраны;Я 1 и Я 2 - эффективные плащ лительных сильфонов7 м - жесткость измерительной мембраны;71 и 72 - жесткости разделительнь 1 х сильфонов,При равенстве плотностей комп онной и измеряемой жидкости (т,к. к дкости; жидкоомпенсационнои жиднтролируемой жидкомеритель 5ади раздеенсаци- омпен нэджидкостного пространства в корпусе 21 емкости с контролируемой жидкостью эластичной манжетной мембраной 22, закрепленной на трубах 3 и 4, Индукционный п еобразователь перемещений проводами 5 2 соединен с блоком формирования выходн го сигнала 24, закрепленным фланцем 25 н корпусе емкости 21,Гидростатический датчик уровня жидк сти работает следующим образом, 10По мере изменения уровня контролир емой жидкости изменяется разность у илий, действующих на измерительную м мбрану со стороны базового столба ж дкости Нб в компенсационной полости 15и измеряемого столба жидкости Ни. Эта разность усилий вызовет перемещение жесткого центра 7 измерительной мембраны 8. Это перемещение мембраны 8 передается штоку 17 и якорю 16. Перемещение якоря 20 1 относительно торцов магнитопроводов 1 и 13 изменяет выходное напряжение на к тушках 14 и 15, Это выходное напряжение преобразуется блоком формирования выходного сигнала 24 в стандартный выход н)й сигнал датчика уровня, например в . тдковый сигнал 0 - 20 мА. Таким образом, перемещение жесткого центра измерительной мембраны (а следовательно, и перемещение якоря индукционного преоб рзователя напряжения) является мерой уровня жидкости.Равновесие измерительной системы д тчика уровня выражается зависимостью35 Рб Нб (Эм Э 1)О =Ри Ни (Эм Э 2) Ц+сационная полость заполнена самой контролируемой жидкостью)(3 1= 2=Я ение (1) и Лна равосле преПодставив (2) и (3) и выражзаменив перемещение мембраныное ему перемещение якоря 4,образований получился Я (м - БсЦЪ - Нм) м+2 ЯсФормула (4) является основной аналитической зависимостью гидростатического датчика уровня жидкости, из которой видно, что для конкретной конструкции датчика, для которой эффективные площади и жесткости мембраны и сильфонов известны, при известной плотности контролируемой жидкости, перемещение якоря, а следовательно и выходной сигнал датчика прямо пропорциональны значению измеряемого уровня жидкости Нь т,к. высота базового столба жидкости Нб постоянна (вернее, постоянно гидростатическое давление базового столба жидкости),Высокую точность измерения обеспечивают следующие технические решения, реализованные в предлагаемом датчике уровня;1. Наличие базового столба компенсационной жидкости обеспечивает измерение уровня контролируемой жидкости относительно постоянной точки отсчета (постоянного "нуля") при любых значениях температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха, т,к, гидростатическое давление базового столба жидкости всегда постоянно,2, Заполнение компенсационной полости самой контролируел 1 ой жидкостью обеспечивает высокоточную температурную компенсацию датчика уровня в широком диапазоне температур, т, к, плотность жидкости в контролируемой емкогти и в компенсационной полости при изменении температуры изменяются по одинаковому закону,3, Разделение базового столба жидкости и наджидкостного пространства в емкости с контролируемой жидкостью эластичным разделителем обеспечивает неза1793247 15 Формула изобретения Составитель Е, ШполянскийТехред М.Моргентал Корректор А. Обручар Редактор Т. Федотов Заказ 495 Тираж : Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 висимость измерений от статического давления контролируемой жидкости, т.к. и на компенсационную, и на измеряемую жидкости всегда воздействует одинаковое статическое давление среды.4. Эластичный же разделитель исключает испарение компенсационной жидкости, а следовательно обеспечивает и постоянство давления ее столба,Таким образом, введение жидкостной компенсации плотности контролируемой жидкости вместо поплавковой (как это имеГидростатический датчик уровня жидкости,.содержащий корпус с разделительными сильфонами, упругий чувствительный элемент, преобразователь перемещений, механически соединенный с упругим чувствительным элементом и электрически - с блоком формирования выходного Сигнала, и компенсатор плотности жидкости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ло место в известных уровнемерах) обеспечивает значительную более высокую точность измерений (не менее чем в 2 раза), а .также улучшает эксплуатационные характе ристики предлагаемого датчика уровня жидкости, т.к. при переходе на измерение уровня новой контролируемой жидкости достаточно слить из компенсационной полости "старую" контролируемую жидкость и 10 заменить ее "новой" (в уровнемере-прототипе для этого пришлось.бы заменить компенсационный поплавок). повышения точностй, корпус выполнен в виде герметичной оболочки,содержащей две вертикальные трубы, чувствительный элемент выполнен в виде мембраны, неподвижный бурт которой соединен с наружной стенкой оболочки корпуса, а подвижный жесткий центр мембраны соединен с внутренней стенкой оболочки корпуса посредством разделительныхсильфонов, причем полость герметичной оболочки заполнена компенса-., ционной жидкостью,