ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ РАЗДЕЛА СРЕД Российский патент 1995 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для индикации наличия или отсутствия жидкости, а также для дискретного измерения уровня жидкости, в том числе в условиях высоких рабочих температур, давлений и коррозионной активности среды. Областями применения могут быть атомная, химическая, пищевая промышленность, а также другие, где требуются измерения в замкнутых и недоступных другому наблюдению объемах.

Известны термоэлектрические уровнемеры, содержащие термопары, нагревательные элементы, соответствующие электропроводники и электроизоляцию, заключенные в чехлы, прочно-плотно закрытые с одного конца и соединенные другим концом с корпусом уровнемера, причем последний установлен в емкости, где производятся измерения уровня (см. например, патент Великобритании N 2143950, кл. G 01 F 23/24, опубликованный 20.02.85 г. и США N 3280627, Н. кл. 73-295, опубликованный 25.10.66 г.).

Недостатками указанных уровнемеров являются сложность конструкции, изготовления, большая инерционность действия, сложность обеспечения брызгозащищенности, которая влияет на достоверность показаний.

Известен термоэлектрический уровнемер [1] содержащий чувствительные элементы в чехлах из труб с размещенными в них термопарами и нагревателями, причем каждый элемент имеет на конце дополнительный кольцевой негерметичный чехол для защиты от брызг, а все вместе элементы установлены в общий чехол, сообщенный со средой.

Недостатками являются сложность конструкции и изготовления, инерционность действия, которую сложно повысить вследствие необходимости размещения в цилиндрическом чехле малого диаметра термопары, нагреватель, изоляцию, причем для обеспечения надежности и требуемого ресурса необходима достаточная толщина стенки чехла, особенно для коррозионно-активных или опасных для жизни сред. Из-за малых габаритов ограничен выбор конструкционных материалов. Технологические трудности усугубляются при значительной длине уровнемера (десятки метров) и жестких требованиях к инерционности действия. По наибольшему количеству совпадающих признаков термоэлектрический уровнемер [1] принят за прототип.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, увеличение надежности, уменьшение инерционности действия.

Цель достигается тем, что чехлы установлены в корпусе с обеспечением сквозного прохода по ним сред, а термопары и нагреватели установлены на наружных стенках чехлов.

Термоэлектрический уровнемер содержит корпус, который выполнен в виде трубы, а чехлы выполнены в виде С-образных трубок. Корпус разделен на несколько параллельно расположенных прочностных частей, герметично отделенных от среды и друг от друга, а нагреватели термопар выполнены с возможностью отключения всех, кроме одного, на каждом уровне замера. Корпус уровнемера выполнен из нескольких частей, соединенных прочно-плотно по высоте, причем каждая часть содержит не менее двух чехлов, расположенных на ее противоположных концах.

На фиг. 1 показан предлагаемый уровнемер, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 место I на фиг. 3.

Термоэлектрический уровнемер состоит из труб 1, раздельно вваренных в общий фланец и раздельно выведенных из корпуса 2 емкости, содержащей среду, уровень которой требуется измерять. Внутри труб в несколько рядов по высоте размещены чехлы, выполненные в виде С-образно изогнутых трубочек 3, концы которых вварены в корпусные трубы 1. Снаружи корпусных труб 1 и внутри С-образных трубочек 3 находится среда, уровень которой требуется измерять, а внутри корпусных труб неэлектропроводная среда, например атмосферный воздух. На наружных стенках С-образных трубочек 3 установлены термопары 4 и через электроизоляцию 5 электронагреватель 6, выполненный, например, в виде спирально навитой вокруг трубочки 3 проволоки. Для уменьшения потерь тепла и снижения температур внутри корпуса установлена теплоизоляция 7. Все провода от всех термопар и нагревателей выведены наружу. Каждая труба 1 корпуса выполнена из секций 8, вблизи верхнего и нижнего торцов которых встроены трубочки 3, при этом облегчаются как работы по установке самих трубочек, так и установка на них термопар, нагревателей, изоляции и размещение электропроводников.

Все это значительно уменьшает трудоемкость изготовления предлагаемого уровнемера по сравнению с прототипом, значительно облегчает контроль качества и расширяет номенклатуру конструкционных материалов, которые можно применять для данного уровнемера. Значительно лучше брызгозащищенность, причем не надо дополнительных чехлов.

Уровнемер работает следующим образом. При прохождении тока через нагреватель 6 стенки трубочки 3 нагреваются. При подъеме уровня жидкость попадает внутрь трубочки 3 и охлаждает стенку. При понижении уровня жидкость уходит из трубочки 3, перестает охлаждать ее, так как теплоемкость газа много меньше теплоемкости жидкости. Изменение температуры вызовет соответствующее изменение сигнала термопары.

Данная конструкция позволяет использовать разные схемы получения сигнала, или от абсолютного изменения температуры, или от разности температур, при дифференциальном включении подогреваемой и неподогреваемой термопар, расположенных на одном уровне по высоте в разных корпусах 1. Тогда при числе труб 1 три и больше одна или больше трубочек 3 на одном уровне по высоте резервируются, при этом увеличивается общая надежность уровнемера. Сравнивая чувствительный элемент прототипа, когда термопара и нагреватель размещены внутри трубочки, видно, что он более инерционен, чем предлагаемый, так как толщина слоев материалов, составляющих элемент прототипа, всегда больше, чем толщина стенки трубочки чехла, тогда как в предлагаемом уровнемера термопара и нагреватель устанавливаются непосредственно на стенку трубочки, что и обеспечивает меньшую инерционность и, соответственно, большее быстродействие, которое важно в измерительных системах, обеспечивающих безопасность эксплуатации. Кроме того, уменьшается потребление энергии, что также немаловажно. В то же время установка термопары и нагревателя снаружи чехла несравненно проще в изготовлении, чем размещение внутри длинной, тонкой трубы. Поэтому же (вследствие доступности) легче подобрать конструкционные материалы для изготовления. Поэтому предлагаемый уровнемер превосходит прототип как по быстродействию, так и по простоте изготовления, особенно для больших длин уровнемера, при больших колебаниях уровня измеряемой жидкости по высоте.

Сущность изобретения: устройство содержит герметичный корпус, соединенный с прочноплотными чехлами, установленными в корпусе по его высоте с обеспечением сквозного прохода по ним сред. Термопары и нагреватели с электропроводниками установлены на наружных стенках чехлов. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащий герметичный корпус, соединенный с прочноплотными чехлами, установленными по высоте корпуса, термопары и нагреватели с электропроводниками, отличающийся тем, что чехлы установлены в корпусе с обеспечением сквозного прохода по ним сред, а термопары и нагреватели установлены на наружных стенках чехлов. 2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде трубы, а чехлы в виде С-образных трубок. 3. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что корпус разделен на несколько параллельно расположенных прочноплотных частей, герметично отделенных от среды и одна от другой, а нагреватели термопар выполнены с возможностью отключения всех, кроме одного, на каждом уровне замера. 4. Уровнемер по п. 3, отличающийся тем, что корпус уровнемера выполнен из нескольких частей, соединенных прочноплотно по высоте, причем каждая часть содержит не менее двух чехлов, расположенных на ее противоположных концах.