Способ определения уровня жидкости при заполнении ею резервуара

.(ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕНИ(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 не- стационарного температурного поля на поверхности сосуда, определения скорости . распространения тепловой волны и вычислении по ним уровня жидкости в резервуаре. 1 ил., Т(со Т х,0 г л де Т - температу Тос, Тж - со окружающей сре а - коэффици сти материала со р - приведе оотдачи от сос дуЧ - скорость сти в резервуаре х - координат разующей резерв т- время.(75) В.И.Гарюнов и А.В.Клепо 56) Заявка ЕПВ М 0123450, кл.601 Р 23/1984,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЖИДКОСТИ 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 ди циальным уравнением второго поря стных производных с присоедин граничными условиямидт дТдт дх 2,т) =Т Т(Ч х, т) =Тра стенки сосуда;ответственно температурды и жидкости;ент температуропроводнсуда нный коэффициент тепуда в окружающую сре"подъема" уровня жидкоРешением дифференциальнония (1) является выражение (2)гдеебД(-Сб К-чфИГс сеЛ-е "(е ее 1 с(е/Г )е с ееГсясе ецего(д) - 1 - ег 1(у),оглу)о е бк - интеграл ошибок.0Иэ 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. Затем 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 расстбяния 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 темпе 20(3) Ч (Хз- Х 2)/(т 2- т 1) Окончательным шагом в определенииуровня жидкости является вычисление егокоординаты по формуле25 Х = Хт: ч Х ( Рт,Л Х ) (4) 30 ч А а. 2 агде Хт,- координата крайней точки, гдетемпература равна температуре жидкости;40 Х(Ртж ЬХ) - координата точки, гдедифференциал равен чувствительности тер-.мочувствительных приборов;а-козффициенттемпературопроводности материала сосуда;45 Ч - скорость подъема уровня жидкости;р- приведенный коэффициент теплоотдачи от сосуда в окружающую среду;т- значение текущего времени;Ь Х - максимальная погрешность изме рения уровня.Определение уровня жидкости можнопояснить, используя график распределениятемпературы, 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 Х 1,Х 2, ХЗ и т,д. Пуоть тЕрмОчувСтвитЕльный приратуры вдоль образующей резервуара для различных моментов времени.Пусть в момент времени т 1 температур ная волна на поверхности резервуара характеризуется кривой 1, Для этого момента времени уровень жидкости соответствует координате Х 1. Этому же моменту времени температура в точках с координатами Х 2 и Хз соответственно равна Т 2 и Тз. Зафиксиру ем значение температуры Т 2 и будем измерять интервал, в течение которого температура в точке с координатой станет равной Т 2, этот интервал равен разности 6- т 1. К этому моменту температурная волна15 будет характеризоваться кривой 2. Полученные параметры позволяют вычислить текущую скорость измерения уровня по формулебор, расположенный в точке Х 1, находится ниже уровня жидкости, Истинный уровень жидкости соответствует координате Х 0. Для определения уровня жидкости с помощью предлагаемого способа проводится следую щая процедура.Вычисляется координата й = Х(Гтж ЬХ), где производная Ет от выражения (2) по координате Х в момент времени г, умноженная на величину расстояния ЬХ между термочувствительными приборами, равна их чувствительности дТ, Производная от выражения (2) приближенно равна отношению ЬТ/д Х. Скорость изменения уровня жидкости вычисляется так, как описано выше. Тогда измерительный уровень жидкости будет определяться как суммаХ 01= Х 1+ Кт.е. измерительный уровень будет соответствовать Х 0, при этом погрешность измерения будет существенно меньше, чем в прототипе, где погрешность измерения. уровня равна расстоянию между термочувствительными приборами,Для измерения температуры поверхности резервуара рекомендуется использовать сканируощий 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 ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно размещают на стенке резервуара локационный термоиэмерительныйприбор, 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 С.Пекарь дакто зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 2023 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035. Москва,Ж, Раушская наб., 4/5