Тепловой уровнемер

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик и 742715 4 Г4Опубликовано 25.06,80. Бюллетень Рй 23 Дата опубликования описания 30,06.80(72) Авторы изобретения Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище имени Н, Э, Баумана(54) ТЕПЛОВОЙ УРОВНЕМЕР Изобретение огносится к тепловымуровнемерам и может бьггь примененодпя измерения уровня жидких, сыпучих,гранулированных и кусковых сред в различных ограслях промышленности.Известен уровнемер жидкостей содержащий корпус, источник нагрева, чувствительный элемент и вторичный прибор,снабженный тепловой трубой с тепловымэкраном, опущенной в измеряемую среду,тОпричем на зоне конденсации тепловойтрубы, расположенной вне емкости, установлен чувствительный элемент 11,Недостатком этого устройства является низкая точность измерений.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является тепловойизмеритель уровня жидких сред, содержащий измерительный датчик, проходящийчерез границу раздела жидкой и паровойсред, два компенсационных датчика, размещенных соответственно в жидкой и паровой средах, и дифференциально-мостовую измерительную схему, к которой подключены датчики, при этом измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде терморезисторов 2. Недостаток известного уровнемера заключается в том, что для его работы необходимо обеспечить питание датчиков и выполнить условие обязательного равенства пропускаемых через них токов, что усложняет схемное решение и снижает точность измерения иэ-за дополнительного нагрева датчиков.Белью изобретения явпяегся повыше ние надежности и точности измерения уровня, а также расширение диапазона измерения и примененияЭто достигается тем, что тепловой уровнемер снабжен двумя распочоженными снарунси емкости камерами, сообцен-ными с парогазовым пространством емкости, а измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде тепловых труб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубы установлены горизонтально так, что их3 74271 зоны испарения расположены соответственно в измеряемой и парогазовой средах, а эоны изоляции - в упомянутых каморах, Кроме того, измерительная схема имеет два блока сравнения, множительноделитедьное устройство и усилитель, причем датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубы подключен к первому и второму блокам сравнения, на . вторые входы которых соответственно под- О ключены датчики теплового потока измерительной и второй компенсационной труб, а выходы блоков сравнения соединены с множительно;-делительным устройством, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору. Тепловой уровнемер снабжен также аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней, соединенными с датчиками тепдовых потоков компенсационных труб и термэчувствительным элементом, установленным в контролируемой среде.Сущность изобретения поясняется , чертежом, на.котором представлена схема теплового уровнемера. 25В емкости 1 с нагретой измеряемой средой 2 размещена измерительная тепловая труба 3. Труба 3 установлена вертикально по оси емкости так, что ее зо:на испарения 4 длиной, равнсй зо : разнице между максимальным уровнемН и минимапьным уровнем НсреЮСЖды 2, погружена в среду. Зона изоляции 5 длиной 6 находится в парогазс- вом пространстве емкости 1, а зона конденсации 6 расположена снаружи емкости 1. Выше уровня Н.,очв парогазовомпространстве емкости установлена компенсационная тепловая труба 7. Ниже уровня Нпн установлена вторая ком- Опенсационная тепловая труба 8. Зонаиспарения трубы 7 расположена в парогазовом пространстве емкости 1, а зонаиспарения трубы 8 - в измеряемой среде 2, Зоны изоляции труб 7 и 8 расположены ссютветственно в камерах 9 и10, сообщенных с парогазовым пространством емкости 1 Зоны конденсациитруб 7 и 8 расположены снаружи камер 9 и 10. На зонах конденсации труб3,7 и 8 установлены датчики теплового потока 11, 12 и 13 соответственно. Ниже трубы 8 установлен термачувствитепьный элемент 14. Выход датчика 12 подключен к блокам сравнепия 5515 и 16, на вторые входы которыхсоответственно подключены датчики 11 и 13, ч выходы блоков сравнения сое 5 фдинены с множительпо-делительным устройством 17, выход которого через усилитель 18 связан со вторичным прибором, например показывающим устройством 19 и регистрирующим устройством 20. Кроме того, выход термочувствительного датчика соединен с аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней 21 и 22, вторые входы которых подключены к выходам датчиков 12 и 13. Тепловые трубы 3,7 и 8 имеют одинаковую геометрию, выполнены из одного материала, заполнены одинаковым тенпоноситедем и снабжены одинаковыми подсасывающими системами фитильной структуры.Уровнемер работает следующим образом. При уменьшении уровня нагретой среды 2 в емкости 1 от Н,до Н , уменьшается величина теплового потока О ив, воспринимаемого тепловой трубой 3, так как коэффициент теплопередачи при контакте трубы с измеряемой средой существенно больше коэффициента теплопередачи для случая контакта трубы с парогазовой фазой, при этом температура измеряемой среды практически всегда больше температуры упомянутой фазы.Воспринимаемый трубой 3 тепловой поток передается по трубе в зону конденсации 6. Установленный в зоне 6 датчик теплового потока 11 преобразует величину воспринятого трубой 3 теплового потока О ир, в соответствующую величину термоэлектродвижущей силы О , . В то. же время тепловые потоки, воспринимаемые трубами 7 и 8, при данных температурах среды и парогазовой фазы "остаются постоянными и равными 3, и Ясоответственно. ,Это обеспечивается за счет одинаковых параметров труб , 3, 7 и 8, и за счет расположения труб в емкости, Датчики 12 и 13 преобразуют соответственно тепловые потоки 3 пк но, нх в значения напряжений Опи О . Сигнал с выхода датчика 12 поступает на второй вход блока сравнения 1 5 и на первый вход блока сравнения 16. На первый вход блока сравнения 15 поступает сигнал с датчика 11, а на второй вход блока сравнения 16 поступает сигнал с датчика 13, В блоке 15 происходит сравнение сигнала измерительной тепловой трубы 30 и и сигнала парогазовой компенсационной трубы 7 0 к, а в блоке 16 - сравнение сигнала компенсационной трубы 80 срк и сигнала парогазовой компенсационной трубы 7 Овс . С выхо 742715аа блоков 15 и 16 результирующие сигналы в виде сигналов рассогласованияуказанных напряжений подаются на соответствующие входы множитепьно-двлительного устройства 17. Результат деления сигнала с блока 15 на сигнал с блока 16 на выходе устройства 17 преобразуется путем умножения в соответствующее значение напряжения, которое подается на вход усилителя 18 и с его выхода 1 Она показывающее 19 и регистрирующее20 устройства.При уменьшении уровня среды 2 ситнад рассогласования на выходе блока 15уменьшается, а сигнал рассогласования 35на выходе блока 16 остается неизменным при постоянстве температур среды2 и парогазовой фазы, В результатевыходное напряжение уменьшается и становится равным 0 при достижении минимального уровня Нц. При увеличенииуровня среды до Н 1, сигнал рассогласования на выходе блока 15 увеличивается, соответственно увеличивается и выходное напряжение и становится 25максимальным при достижении максимального уровня НИнвариантность измерения уровня среды 2 при переменности ее температурыи температуры ее парогазовой фазы вьгекает из рассмотрения зависимости теплсвого потока, воспринимаемого тепловойтрубой 3 от изменения уровня средыэ врезультате которого определяется отношение- Циъм пк35срк пк-текущее значение уровнягде 6 - среды,40Ь=И.-И -диапазон измерения, равный длине зоны испарения,Анализ соотношения показывает, чтотакое соотношение между измеряемымивеличинами обеспечивает полную инва 45риантность измерения уровня при изменении температур среды и ее парогазовой фазы. Необходимо отметить, чтоуказанное выражение получено без учета тепловых потоков через торцы труб,50расположенные в соответствующих средах,Это услови е В ыполня етс 51 при достаточ -ной тепловой изоляции упомянутых торцов,Кроме того, в данном устройстве55предусмотрена аварийная сигнализацияна случай превышения максимально до,пустимого уровня ипн уменьшения уровня ниже минимально допустимого, При повышении уровня измеряемая среда достигает участка испарения трубы 7, в которой резко увеличивается величина теплового потока и, следсватепьцо, величина выходного напряжения датчика 12, что фиксируется сигнализатором 21. В случае понижении уровня тепловая труба 8 оказывается в парогазовой фазе, что приводит к резкому уменьшению теплового потока в трубе 8 и, следовательно, выходного напряжения датчика 13, что фиксируется сигнализатором 22. Обеспечение инвариантности сигнализации при изменении температуры среды 2 осущест вляется с помощью термочувствительного элемента 16, подключенного своим выходом к входам сдгнапизаторов.Йаицое техническое решение повышает надежность и точность измерений при переменных температуре и давлении среды, позволяет измерять уровень как злектропроводных, так и диэлектрических сред, находящихся в жидком, сыпучем, граеупированном и кусковом состоянии, т.е.практически любьг;, сред в широком диапазоне: температур от 50 С до +2500 оС.оформула изобретения1. Тепловой уровнемер, содержащийизмерительный датчик, установленныйвертикально в емкости с контролируемойжидкостью, два компенсационных датчика, размещенных соответственно в измеряемой и парогазовой средах, измерительную схему и вторичный прибор, о т л ич ающи йс ятем, что, с целью повышения надежности и точности измеренияуровня, расширения диапазона измеренияи применения, он снабжен двумя расположенными снаружи емкости камерами, сообщенными с парогазовым пространствомемкости, а измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде тепловыхтруб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубыустановлены горизонтально так, чу ихзоны испарения расположены соответственно в измеряемой и парогазовой средах,а зоны изоляции - в упомянутых камерах,2, Тепловой уровнемер по и. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что измерительная схема имеет два блока сравнения, множительно-делительное устройствои усилитель, причем датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубыподключен к первому и второму блокамсравнения, на вторые входы которых соответственно подключены датчики теплового потока измерительной и второй компенсационной труб, а выходы блоков срав нИнйя соединены с множительно-делительнымустройством, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору.3. Тепловой уровнемер по пп. 1 и 2 о т л и ч а ю щ и й с я.тем, что он снабжен аварийными сигнапизаторами верхнего и нижнего уровней, соединенны ми с датчиками тепловых потоков компен 2715 8сационных труб и введенным термочувствительным элементом, установленным вконтролируемой среде.Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство по заявке