Способ измерения уровня жидкости

СОЮЗ СОЦЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 830459 19 и 1 Г 23 16 ОСУДАРСТВЕНЮ ЕДОМСТбО ССС ОСПАТЕНТ СССР АТЕНТНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Воронежскоебюро автоматики Нго объединения "Хи%28опытно-конструкторскоеаучно-производственномавтоматика"ийетельство СГ 23/18, 198 СОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИ ользование: изобретение относится ительной технике и может быть исано для измерения уровня жидкостиотраслях науки и техники. Сущобретения: способ основан на изи давления, развиваемого весом идкости, Для решения задачи выбиответствующие требуемому диапамерений упругий чувствительный и измеритель перемещений, соедимежду собой, к рабочей полости чувствительного элемента гермеодсоединяют вертикальный сосуд ного сечения, порядка 1 -5 см, вы 2 ревышающей уровень верхнего прель- виИзобрет ной технике измерения у лях науки и т немерах жид давления гид сти. Предло упрощение и точности из влияния пло сти столбомиэмерительменениедля юбых отрасации в уроваизмерениилба жидконие относится к и может найти пр овня жидкости в ехники, для реали ости, основанных ростатического с(54) СПО КОСТИ (57) Исп к иэмер пол ьэов в любых ность из мерени столба ж рают со зону из элемент няют их упругого тично и постоян сотой, и женный способ обеспечивает змерения уровня и повышение мерений за счет компенсации тности контролируемой жидко самой контролируемой жидко 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,л. - М, где Н - уровень жидкости в измеряемой 1-й точке диапазона измерений; Н, - верхний г)редел измерения уровня жидкости; 4 - перемещение, зарегистрированное измерите лем перемещения в 1-й точке измерений; К- коэффициент, постоянный для данной системы измерений: К =2 фэ ), где Р - плотность контролируемой жидкости; Я - эффективная площадь упругого чувствите ного элемента;2 - жесткость упругого чувст тельного элемента, 1 ил,Ости, равным по высоте верхнему пределу Ф . измерений. При этом одновременно обес- (Л печивается компенсация от изменения дав ления 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)1 элемент, например, сильфон 1с известными характеристиками (эффективной площадью 3 и жесткостью Е). 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 какой-нибудь другой преобразователь перемещений в выходной сигнал. Рабочаяполость 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 5 и 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 сильфона 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 Ь, регистрируемое измерителем перемещений. Равновесие в системе измерений выражается равенством рН. Я=р Н Я+У Ь. (1)(2) видно, что для данной мы измерений, когда извеплощадь и жесткость упруого элемента, и плотность идкости р, перемещение онально разности столбов о столба Н.п. и измеряеЫэ выражени конкретной систе стны эффективна гого чувствительн контролируемой Ь прямо пропорц жидкости: базово мого Нь Отсюда перемещение подвижного дна сильфона (оно же перемещение Ь, регистрируемое измерителем перемещений) будет равно Задавшись конкретными характеристиками упругого чувствительного элемента - сильфона (эффективной площадью 5 и жесткостью Е) и контролируемой жидкости (плотностью р и коэффициентом объемного расширения Р), выполнив вычисления по формуле (2), легко убедиться, что при любых значениях температуры погрешность измерений составляет минимальную величин.Например, при значениях р = 1,0 г/см, Р=0,001 С, 8=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 1; от номинально- "5 го перемещения Ь, или 0,1 5 на 10 С (длякраткости 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, од новременно 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 явЗ 5 ляется то положение, что измеряемыйуровень жидкости автоматически приводится к нормальным условиям (к температуре 20 С), что облегчает использование результатов измерения уровня для учетно-расчет ных операций. Это приведение результатовизмерения к 20 С обеспечивается заполнением вертикальной трубы компенсационной жидкостью при этой температуре (20 ЯС) до требуемого верхнего предела измерений 45 Но.п., 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)П рео бра зова в ура в не н ие (1), получимтекущее (измеряемое) значение уровня контролируемой жидкости;(5)- К Ь,рБ Обозначив постоянные для данной системы величины через К получим: Н=Нвп - К АВычислив числовое значение и подставив его значение вместе со значением Нв.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 вер тикальный сосуд постоянного сечения 1 - 5см с высотой больше расстояния до уровня верхнего предела измерения и заполняют его при нормальной температуре контролируемой жидкостью до уровня верхнего пре дела измерений, а уровень контролируемойжидкости Н определяют по формуле: 15 где Нв,п - верхний предел измерений;А - перемещение чувствительного элемента, зафиксированное измерителем в 1-й точке измерения;К - коэффициент, постоянный для дан ной системы измерений 25 где р - плотность контролируемой жидкости;Я - эффективная площадь упругого элемента,Е - жесткость упругого чувствительного 30 элемента.1830459Ьовень вазовогоСоставитель Е. Шполянский Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши аказ 2519 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101