Пьезометрический уровнемер

(5)5 6 О 123/ НИЕ ИЗОБРЕТЕН ОП ПАТЕНТ уровня жидких сред в емкостях, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением. Сущность изобретения: питающий воздух через дроссели поступает в трубки. На выходе трехмембранного элемента формируется давление, пропорциональное разности давлений в трубках 2, 3, которое прямо пропорционально плотности контролируемой среды, а в цепи пятимембранного элемента 9 выделяется разность давлений в трубках 2, 4, чем компенсируется влияние давления над уровнем, а на выходе делителя за счет дросселя получается сигнал, пропорциональный уровню контролируемой жидкости. 1 ил. ико-технологржин скогоенко, В.А.ГаС.Потапенко о-технологиСССР1983.РОВНЕМние отнотехникеи изме ся монии(1)сти контролируЬ Изобретение отнительной техники,ам для контролямкостях, находящизбыточным или вакием. Рвых =Поэтому иземой средыуровня нение иосприним ся как изменени Рвых, Р 9 ский уровнеометрические диненные чеитания возду, включающей внения, пневоричный приРв р(3 бЬ аким обр бЬ Ь= - и Ьлю относительному изменению плотности,Кромеэтого даже при р-.соэпдля перехода на другую жидкость необходима переградуировка уровнемера. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(71) Днепропетровский химческий институт им, Ф.Э.Дзе(73) Днепропетровский химческий институт(57) Использование: изобретк контрольно-измерительнойжет быть использовано и осится к области изме- в частности к устройстуровня жидкости в хся под атмосферным, уумметрическим давлеИзвестен пьезометриче мер, содержащий две пьез трубки различной длины, сое рез дроссели с источником и хом и с измерительной схемой пятимембранный элемент сра моповторитель со сдвигом и вт бор, . Известный пьезо мер имеет ряд недост Выходной сигнал от плотности р контр корения 9 свободного отношения:метрический уровнеатков.уровнемера зависит олируемой среды и успадения,согласносоом относительная погрешност мерения уровня равна по модДругим недостатком уровнемера явля. ется отсутствие защиты элементов и каналов измерительной схемы от попадания в них жидкости, уровень которой измеряется. Попадание жидкости может произойти при отключении давления питания, когда конт-. ролируемая жидкость будет передавливаться в измерительную схему, Третьим недостатком известного уровнемера является отсутствие регулировки чувствительности, за счет отрицательной обратной связи на выходе пятимембранного элемента сравнения.Второй недостаток устранен в пьезометрическом уровнемере за счет использования трехмембра нного элемента сравнения в канале измерения для его перекрытия при падении давления питания ниже предела, устанавливаемого задатчиком, что исключает попадание в измерительный канал контролируемой среды.Третий недостаток устранен в пьезометрическом уровнемере, в котором для регулировки величины пневматического сигнала на выходе пятимембранного эле-. мента, в обратную связь последнего включен делитель в виде постоянного и переменного дросселей. Таким образом, если К 1 - коэффициент передачи по давлению (или по разности давлений) пятимембранного элемента, а К 2 - коэффициент передачи по давлению делителя, то давление на выходе элемента сравнения определяется соот- ношением Рех = Р - Р 2 Рвых = у" (1) где Р 1 = 9 РЬ + Р, - давление в трубке, погруженной в жидкость;Р 2 = Р, - избыточное, вакуумметрическое или атмосферное давление в емкости;Рвых ф(Ь) - градуировочная характе. ристика уровнемера.Коэффициент передачи делителя где а.1 - коэффициент сопротивления переменного дросселя;а 2 - коэффициент сопротивления постоянного дросселя,Подставляя (7) в (5), получим соотношение, показывающее, как за счет величины а 1 можно менять чувствительность уровнемера К а 1 а 1)вых = вх а Из полученного соотношения видно, что регулировочная характеристика чувствительности есть гиперболическая функцияГр ( - ), что является недостатком линейноа 2Х15Наиболее близким из известных к предлагаемому является пьезометрическийуровнемер, содержащий две пьезометрические трубки, одна из которых погружена вконтролируемую жидкость и соединена через дроссель с источником питания, а нижний конец второй короткой трубкирасположен в надуровневом газовом пространстве, выходы трубок соединены с пятимембранным элементом сравнения посхеме вычитания со сдвигом на 0,20 кгс/смот повторителя, при этом выход устройствачерез усилитель мощности соединен со вторичным прибором,Так как указанные выше недостатки,первый, второй и третий именует и прототип,причем второй и третий могут быть устранены известными методами, рассмотрим подробно недостаток прототипа, состоящий вотсутствии компенсации влияния плотностиконтролируемой среды.Разность сигналов трубок будет равна Р 1 - Р 2=9 Р и+ Ри - Ри =9 Р " (9) 40На выходе пятимембранного элемента сравнения этот сигнал при наличии обратной связи будет иметь вид:(1+ Гх 2)а 1Рвых = 9 Ра - (10)1+ - (1+К 1)а 1 Из соотношения (10) видно, что для компенсации изменения плотности контролируемой среды нужно осуществить операцию деления на пневматический сигнал пропорциональный р, Операция деления на пнев моэлементах осуществляется достаточносложно и поэтому уровнемер будет иметь низкую надежность и точность, Применение электрических средств делает прибор не пригодным для установки в искропожароопасных помещениях, 1831658Целью изобретения является повышение точности и упрощение обслуживания при работе с изменяющейся плотностью контролируемой среды.Цель достигается тем, что известный 5 п ьезометрический уровнемер дополнительно снабжен третьей, подключенной через дроссель к источнику питания и погруженной в контролируемую среду. ,трубкой, трех- мембранным элементом сравнения, 10 включенным по схеме вычитания давлений в погруженных в жидкость трубках, а регулируемый дроссель делителя снабжен камерой управления по типу сопло с подпружиненной со стороны сопла заслон кой, причем выход трехмембранного элемента сравнения подключен к камере управления дросселем,Предложенное техническое решение компенсации влияния плотности реализует ся за счет управления коэффициентами управляемого дросселя типа сопла с подпружиненной заслонкой: покажем это, используя (1 О), Для компенсации влияния плотности, принимается, что а 1 =- 1 ( р), 25 тогда 30 35(12) а 1Х 21 9,С аЯвх = --- + двх+С- Рз=9Ль Режим (11) относительно аполучим Анализ (12) показывает, что это соотношение полностью идентично соотношению длясопла с подпружиненной заслонкой (со стороны сопла) вида где а, Ь, с, д - постоянные;х - перемещение заслонки.Причем х = К р, сигнал перемещения заслонки,выделяемый при вычитании сигналов трубок погруженных в жидкость где Л и - разность уровней погружения трубок,Таким образом, на управляемой сигналом плотности заслонкой, включенной вместе с соплом в делитель, выполняется операция деления, Подбор вторно дросселя делигеля обеспечивает заданную чувствительность,От известных технических решений пьезометрических уровнемеров предложениеотличается компенсацией влияния плотности контролируемой среды, во всем диапазоне ее изменения без применения деленияпневматических сигналов на пневматических решающих элементах.Предлагаемый пневматический, пьезометрический уровнемер изображен на чертеже,В емкости 1, содержащей контролируемую жидкость под вакуумметрическим илиизбыточным давлением, установлены трубки 2, 3 погруженные в жидкость на разныеглубины и трубка 4, сообщающаяся с надуровневым пространством в емкости. Дляотсечки контролируемой среды от измерительной схемы, в случае исчезновения давления в линиях питания трубок,предусмотрены пневматические трехмембранные реле 5. б, 7. Для выделения сигналапропорционального плотности, давления Р 1= 9 /э Ь 1. Р 2=9 р Ь 2 в трубках, погруженных в жидкость, вычитаются в трехмембранном элементе сравнения 8. Сигналпропорциональный контролируемому уровню и не зависящий от давления и плотностиконтролируемой жидкости вырабатываетсяна выходе пятимембранного элемента сравнения 9, Постоянные дроссели 10, 11, 12установлены влинии питания трубок, постоянный дроссель 13 установлен в делителе,постоянный дроссель 14 установлен в линиипитания повторителя со сдвигом, постоянный дроссель 15 установлен в линии питания задатчика.Элемент 16 представляет собой сопло сподпружиненной со стороны сопла заслонкой, установленной в корпусе на мембране,отделяющей от управляемого дросселя глухую камеру управления. Установление вели 5 чины давления отсечки осуществляетсязадатчиком 17. Сдвиг сигнала на 0,2 кгс/смосуществляется повторителем со сдвигом18. Усилитель мощности 19 усиливает помощности сигнал с пятимембранного элемента сравнения и подает на вторичныйпневматический прибор 20,Работа пьезометрического уровнемераосуществляется следующим образом.Питающий воздух через дроссели 10,11, 12 поступает в трубки 2, 3, 4. Давления втрубках 2, 3 зависят от высоты столба контролируемой жидкости, а в трубке 4 от избыточного или вакуумметрического давлениянад уровнем жидкости в емкости.Давление из трубки 4 через элемент сравнения 5 поступает на вход пятимембраннага элемента сравнения 9, а из трубок 2. 3 через элементы сравнения 6, 7 - на вход трехмембранного элемента сравнения 8, На 5 выходе элемента 8 формируется давление пропорциональное разности давлений в трубках 2, 3, которое при фиксированной разности погружения трубок прямо пропорционально плотности контролируемой сре ды. В прямой цепи элемента 9 выделяется разность между давлениями в трубках 2 и 4, чем компенсируется влияние давления над уровнем контролируемой жидкости. Из входного сигнала за счет делителя на дрос селях 13, 16 вычитается часть выходного сигнала. причем за счет дросселя 16 происходит деление выходного сигнала на плотность контролируемой жидкости, В результате получаем сигнал, зависящий от 20 контролируемого уровня. Например, плотность контролируемой жидкости растет, сигнал на выходе элемента 8 растет. заслонка дросселя 16 приближается к соплу, давление на выходе делителя растет, а 25 давление воздуха на выходе пятимембранного элемента сравнения уменьшается. Давление в камере управления дросселя 16 уравновешивается пружиной, установленной са стороны сопла. В повторителе 18 30 .выходное давление пятимембраннаго элемента соавнения 9 сдвигается на 0,2 кгс/см и после усиления по мощности в усилителе 19 измеряется вторичным прибором 20, проградуированным в единицах 35 контролируемого уровня жидкости, В случае исчезновения давления питания реле 5, 6, 7 закрываются под действием давления воздуха подаваемого с задатчика 17.40 Предложенный пьезометрический уровнемер может быть собран на стандартных элементах УСЭПА, как дискретных (реле 5, 6, 7, так и аналоговых (элементы 8, 9),Предложенное техническое решение выгодно отличается от известных решений наличием простой схемы компенсации влияния изменения плотности контролируемой жидкости.ф ар мула из о 6 рете ни яПьеэометрический уровнемер, содержащий первую и вторую пьезометрические трубки разной длины, соединенные через дроссели с источником питания, выходы трубок соединены с измерительной схемой, снабженной пятимембранным элементом сравнения, усилителем мощности и трех- мембранным элементом сравнения, делителем с дросселем, задатчиком давления и вторичным прибором, при этом выходы пьезометрических трубок через трехмембранный элемент сравнения, связанный с задатчиком, соединены с входами трехмембранного элемента сравнения, выход като- рого через усилитель мощности подключен к вторичному прибору, а вторая пьезометрическая трубка установлена в наджидкостном пространстве, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в него дополнительно введены третья пьеэометрическая трубка, три дополнительных трехмембранных элементов сравнения, входы двух из них подключены к выходам первой и третьей пьеэометрических трубок, а выходы через третий дополнительный трехмембранный элемент сравнения - к делителю, дроссель которого снабжен каме рой управления по типу сопла-заслонка,,Ф зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина Заказ 2549 Тираж ПодписноеВНИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5