Система для измерения уровняжидкости

(5)М. Кл, 6 01 Р 23/18 Гасударственный комнтет СССР по делам нэобретеннЙ н открытнй) Авторы изобретения Научно-исследовательский и проект по комплексной автоматизации нефтян и омы ленн т(54) СИСТЕМ ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯОСТИ 2 н н Изобретение относится к приборостроеию и предназначено для измерения уровжидкости, например воды в водохрвилищах,Известен уровнемер, содержащий источник пневмопитания, дроссель, пьеэометрическую трубку, подключенную черезклапаны к положительной камере дифманометра, измерительную схему, подключенную к выходу дифманометра и состоящуюиз вторичного прибора и счетчикаимпульсов, и автоматический переключательучастков измерений, При достижении вположительной камере дифманометра значения давления, соответствующегоконечному значению диапазона измерения,15закрывается первый клапан и открываетсявторой, через который осуществляетсявыравнивание давлений в обеих камерахцифманометра. Число срабатываний20клапана, которое соответствует числуквантов давления, равных диапазону измерения дифманометра, фиксируется счетчиком,Показание счетчика и текущее показвние дифманометра в сумме должно соответствовать измеряемому давлению ст 1.Недостатком данного уровнемера является низкая точность измерения, обусловленная практическим несовершенством клапанов, а именно утечкой газа через клапаны, что приводит придлительном измерении давления к аффекту самопроизвольного, выравнивания давлений в обеих камерах дифманометра, т.е. к изменению со временем показания уровнемера при неизменном уровне. Кроме того, к погрешности измерения приводит и то обстоятельство, что измеряемое давление подается в объем положительной камеры, а при проведении операции выравнивания давлений к объему положительной камеры присоединяется объем отрицательной камеры, Таким образом, присоединение дополнительного объема. приводит к тому, что значение давления, запоминаемое в отрицательной камере дтэфманометра, отличается от значения, при 1 котором начинается операция выравнива20 3 8219ния давлений, т;е, происходит накоплениеошибки при многократном повторенииэтой операции, что приводит к погрешности измерения уровня,Наиболее близким к предложенному5по технической сущности и достигаемому результату является устройство дляизмерения уровня, в котором весь дианазон значений гидростатического давления в емкости разбит на поддиапазоны с помощью нескольких пьезометрических трубок разной длины, погружаемые в жидкость концы которых расположены на известных расстояниях от днаемкости, По результату измерения давленияв погруженной трубке судят об уровнежидкости под погруженным концом, асуммирование полученного значения уровня с значением расстояния погруженногоконца трубки до дна дает значение уровня жидкости в емкости.В состав уровнемера входит также источник пневмопитания, проссели, клапаныи измерительные приборы манометры),связанные с каждой пьеэометрическойтрубкой Г 2,25 Недостатком данного уровнемера является необходимость в источнике повышенного давления, рассчитанного на превышение максимального гидростатического 30 давления, а также необходимость в нескол .- ких приборах с разными пределами измерения.Бель йэобретения - повышение быстродействия и точности измерения за счет использования одного цифрового манометра и соответствующего вычислительного устройства.Поставленная цель достигается тем, что вычислительное устройство выполкено в виде двух блоков регистрации: вврхнвй и нижней точек переключенияподдиапазонов измерения, соединенных с одной стороны с выходами манометра,а с другой - блок регистрации верхней45 точки переключения поддиапазонов измерения совдиквн с информационным входом первого триггвра и входом первого ключа, другой вход которого соединен с выходом первого триггера, выход блока регистрации достижения нижней точки переключения поддиапазонов измерениясоединен с информационным входом второго триггера и входом второго ключа, другой вход которого соединен с выходом второго триггера, а входы синхронизации обоих триггеров соединены с выходом генератора импульсов, соединенного также с третьими входами обоих ключей, выхо-37которых соединены у пепервого - с шинй сложениявычитания реверсивного счетчика пере-ключения поддиапазонов измерения.А также в вычислительное устройство введены два элементе И третийрет триггер и блок сигнализации, при этом выходы реверсивного счетчика переключателя поддиапазонов измерения соединены совходами вычислительного блока и первогоэлементе И, выход которо; о соединен счетвертым входом второго ключа, а информационный вход и выход второго триггере и выход первого элемента И объединены вторым элементом И, выход которого соединен с информационным входомтретьего триггера, вход синхронизации которого соедннен с выходом генератораимпульсов, а выход третьего триггересоединен с управляющим входом блока.сигнализации.На чертеже представлена блок-схема устройстваИзмерительный блок состоит из пьезометрическик трубок 1 - 3 разной длины (и общем случае их количество может быть равно и ) с ревноотстоящими погружаемыми в жидкость концами. Кажая из пьезометрических трубок через соответ- . ствующий дроссель блока 4 дросселей связана с источником 5 давления. Выходыпьезометрических трубок связаны такжес соответствующими пневмоклапанамиблоке 6 пневмоклепанов, выходы которыхобъединены обшил коллектором, связанным со входом автоматического шаровогоманометра 7. Управляющие входы пнввмоклепенов 6 соединены с выходом переключателя 8 поддиегазонов измерений,состоящего из дешифраторе 9 и реверсивного счетчика 10. Выходы триггеровсчетчика 10 соединены с первым элементом И 11 и входами вычислительного блока 12, вход которого также соединен синформационным выходом манометра 7.Выходы триггеров выходного регистрацжррового манометра 7 соединены с блоками регистрации достижения верхней 13и нижней 14 точек переключения поддиапазонов измерения. Выход блока 13 регистрации достижения верхней точки переключения поддиапезонов измерениясоединен с информационным входом первого триггера 15 и первымвходом первого ключа 16. Выход триггера 15 соединен со вторым входом ключа 16. Выход блока 14 регистрации достижениянижней точки переключения поддиапазочов измерения соединен с информацион821937 чение, принятое для осуществления переключения подцннпазона измерения, напри, меР, пои Р 4 1,1 Р -" РРд . На выходе блока 1 4 появляется сигнал, когда измеряемое давление Рх0,05-РуР Таким образом, если в пьезометрической трубке давление, передаваемое на вход цифрового манометра, находится в пределах Рп = 0,05 РРх Рп,1 Р 10сигналы на чыходах блоков 13 и ,14 отсутствуют, При этом обеспечивается установка триггеров 15, 17 и 20 в нулевое состояние за счет непрерывного поступления импульсов на их входы сии 5 хронизации от генератора 21, а в вычислительном блоке 12 уровень жидкости подсчитывается по формуле 20 25 50 ным входом второго триггера 17, первым входом второго ключа 18 и первымвходом второго элемента И 19. Выходтриггера 17 соединен со вторым входомключа 18 и элемента И 19, причем третий вход последнего соединен с выходомпервого элемента И 1 1, соединенноготакже с четвертым входом ключа 18. Выход элемента И 19 соединен с информационным входом третьего триггера 20,Входы синхронизации триггеров 15, 17,20, а также третьи входы ключей 16и 18 соединены с выходом генератора 21импульсов. Выход триггера 20 соединенсо входом блока 22 сигнализации. Выходключа 16 соединен с шиной сложения, авыход ключа 18 - с шиной вычитанияреверсивного счетчика 10 переключателя 8поддиапаэонов измерения.Уровнемер работает следующим образом.Весь диапазон измерения уровня разбит на поддиапазоны.с помощью пьезо.,метрических трубок, длина каждой из которых определяется из выраженияЬ =Н )1)УМксгде ь - длина-ной трубки;Н,ос- максимальный уровень жидкос ти; ЗоР - номинальный предел измерения манометра;Уос- максимальный удельныйвес жидкости,Таким образом, при Р= 1 кгс/см ии,Ьакс= 1,2,г/см шаг изменения длинытрубок (дискретность) равен 8,33 м,Давление на выходе источника 5 давления не превосходит (1,5-1,6) Р;, Тогда в зависичости от уровня жидкости 40барботаж осуществляется только черезте трубки, у которых гидростатическоедавление, воздействующее. на погруженныеконцы трубок, не превосходит питающегодавления. В трубках, находящихся надуровнем жидкости, давление равноатмосферному. Дроссели блока 4 дросселей ограничивают расход газа черезтрубки 1-3 измерительного блока. Давление в пьезометрических трубках подается через пневмоклапаны блока 6 навход автоматического цифрового манометра 7, выходы триггеров выходногорегистра которого соединены с блокамирегистрации достижения верхчей 13 и55.нижней 14 точек переключения поддиацазонов измерения. При этом на выходеблока 13 появляется сигнал, когда из-,меряемое давление Рх превосходит знан - (и- ) д+ - , т)РРгде и - номер подключенной труб+ки, считая от дна;ЬЬ: - шаг изменения длиныРммокс трубки;т - давление, измеренноев п -трубке;Р - удельный вес жидкости.В случае, если Р окажется больше Рп на выходе блока 13 появится сигнал и очередным после этого момента импуль ом от генератора 21 триггер 15 установится в состояние 1 . Выходные сигналы блока 13 триггера 15 подготавливают к работе ключ 16,и следующий импульс от генератора 21 проходит через ключ 16 по шине сложения на счетчик 10 переключателя 8 поддиапаэонов измерения. При этом показание счетчика 10 возрастет на единицу, а после дешифрации состояния счетчике 10 дешифратором 9 по его выходному сигналу произойдет подключе-ние через соответствующий пневмоклапан входа манометра к следующей менее погруженной трубке.Период поступления импульсов от генератора 21 должен быть не менее четверти длительности протекания переходного процесса в пневмолиниях при пере ключении манометра с трубки с давлением, тавным давлению пневмопитания, на трубку, давление рх в которой находится в пределах Рсл сР(Рп . Это повышает. быстродействие системы для измерения уровня. Процесс перебора трубок продолжается до тех пор, пока после подключе.ния к манометру менее погруженной трубки давление в ней Ие будет находиться в пределах 0(РхЪ, При этом сигнал на выходе блока 13 стает равным нулю7 821 и импульсом от генератора 21 триггер 15 устанавливается в нулевое состояние, а ключ 16 закрывается. Если давление в трубке уменьшается цо величины РхР , на выходе блока 14 появляется сигнал, по которому, слепуюшим эа этим моментом импульсом от генератора 21, триггер 17 перебрасывается в единичное состояние. Элемент И 11 фиксирует только нулевое состояние счетчика 10, и во всех других случаях на его выхоце имеется сигнал, разрешающий работу всей схемы, Выходными сигналами триггера 17, блока 14 и элемента И 11 (при ненулевом состоянии счеч чика 10) по цготавливается к работе ключ 18, через который импульс от генератора 21 проходит по шине вычитания на счетчик 10. После дешифрации, состояния счетчика 10 цешифратором 9, происходит переключение череэ соответствующий клапан блока 6 пневмоклапанов входа манометра на трубку большей длины. Процесс переключения происходит цо тех пор, пока цавление в трубке не будет находиться в определенных пределах. После чего сигнал на выходе блока 14 стает равным нулю, и импульсом от генератора 21 триггер 17 устанавливается в нулевое состояние, а. ключ 18 закрывается, Если при переключении на трубку наибольшей длины давление в ней Рь Р (например, при исчезновении питающего давления), то выходным сигналом элемента И 11 ключ 18 закрывается. При этом сигналами с выхода блока 14, триггера 17 и элемента И 11, объединенных элементами И 19, по импульсу от генератора 21 триггер 20 устанавливается в единичное состояние, включая блок сигнализации 22, Введенные элементы и узлы позволяют повысить быстродействие и точность измере-.ния при высокоцинамичных процессах изменения уровня жидкости (например, в процессе слива-налива в вертикальныхрезервуарах в нефтехимии). В случае изменения состояния счетчика при воздействии на него различного рода помехв системе осуществляется перебор трубок по вышеуказанному принципу и вновьвыбирается прежняя пьеэометрическаятрубка, При полном опорожнении сосуда или водохранилища, или исчезновении питающего давления система вырабатываетсоответствующий сигнал.В предложенной системе использован манометр, диапазон измерения которого по меньшей мере в несколько раэ меньше, максимального гидростатического давленйя,,а также то, что в системе применен ис-. точник давления, развивающий давлениев несколько раэ меньше максимальногогицростатического. Применение узкопрецельного манометра повышает почти напорядок точность измерения уровня ввоцохранилишах или резервуарах с большим циацаэоном изменения уровня жиц-О костие 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 Формула изобретения 1, Система для измерения уровня жидкости, содержащая измерительный блок в виде погружаемых в контролируемую жидкость пьезометрических трубок разной длины, подключенных через блок дросселей к источнику пневмоцавления и через блок пневмоклапанов - к манометру, причем управляющие входы пневмоклапанов соединены с выходами переклю-. чателя поддиапазонов измерения, выполненного в виде реверсивного счетчика и дешифратора, а выходы.упомянутого счетчика и информационный выход манометра соединены с вычислительным блоком вычислительного устройства,.о т л и ч аю ш а я с я тем что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, вычислительное устройство выполнено в вице двух блоковрегистрации - верхней и нижней точек переключения поцциапазонов измерения, соединенных с одной стороны с выходами манометра, а с другой- блок регистрации верхней точки переключения поцдиапазонов измерения соединен с информационным входом первого триггера и входом первого ключа, другой вход которого соединен с выходом первого триггера, выход блока регистрации достижения нижней точки переключения подциапа- зонов измерения соединен с информационным входом второго триггера и входом . второго ключа, другой вход которого соединен с выходом второго триггера, а входы синхронизации обоих триггеров соединены с, выходом генератора импульсов, соединенного также с третьими входами обоих ключей, выходы которых соединены - первого с шиной сложения, второго - с шиной вычитания реверсивного счетчика переключения поддиапазонов измерения.2. Система о п. 1; о т л и ч а ю - ш а я с я тем, что, с целью повышения надежности путем сигнализации об исчезновении пневмодавления на входе.входом третьего триггера, вход синхронизации которого соединен с выходомгенератора импульсов, а выход третьеготриггера соединен с управляющим входомблоке сигнализации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР491034 кл 6 01 Р 23/16,10 24. 12,73,2. Патент Великобритании % 1,449. 164,кл, 6 1 Н, 15.09.76 (прототип),9 8 системы, в вычислительное устройство введены два элемента И, третий триггер и блок сигнализации, при этом выходы реверсивного счетчика переключателя поддиапазонов измерения соединены со входами вычислительного блока и первого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом второго ключа, а информационный вход и выход второго триггера и выход первого элемента И объединены вторым элементом И, выход которого соединен с информационным Составитель Н, ВарнекРедактор М. Хома Техред М.Кспцтура Корректор С.Шек 798/62 Тираж 70 ВНИИПИ Государс по делам изобре 113035, МоскваЖ.Подписноеомитета СССРрытийя наб., д, 4/5 Заказ 1 венного ений и о , Раушс плиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная