УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ПЛОТНОСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01F23/30 G01F23/36 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам измерения уровня и плотности жидкости.

Известен поплавковый уровнемер с пружинным уравновешиванием. В нем поплавок (чувствительный элемент), перемещающийся вместе с уровнем жидкости, через мерную перфорированную ленту, намотанную на накопительный шкив и подтянутую пружинным двигателем постоянного момента, приводит в движение мерный шкив, вращение которого передается отсчетному устройству.

Однако известный уровнемер имеет ряд недостатков.

Сцепление без проскальзывания мерного шкива с мерной лентой обеспечивается перфорацией мерной ленты и запрессовкой штырей на мерном шкиве; в процессе эксплуатации штыри разбивают перфоотверстия, что приводит к искажению показаний прибора.

Двойная длина (относительно высоты резервуара) мерной ленты из-за установки уровнемера у основания резервуара, а не на крышке; как следствие значительные температурные перепады для той части мерной ленты, которая находится в защитной трубе вне резервуара. Температурная девиация показаний прибора может достигать 10-20 мм. Система угловых роликов, гидрозатвор, несколько пар подшипниковых опор в самом датчике значительно снижают эксплуатационную надежность уровнемера. Ограниченные функциональные возможности (отсутствие возможности измерения плотности). Низкая точность измерения.

Известен также уровнемер КОР-ВОЛ, действующий на принципе сопровождающего регулирования, посредством электрической вспомогательной энергии. В нем поплавок, следящий за уровнем жидкости, через измерительную нить смещает рычаг с флажком дифференциального трансформатора; сигнал рассогласования с последнего, усиленный усилителем, приводит в движение реверсивный двигатель, который вращает мерный шкив с измерительной нитью в ту или иную сторону до компенсации рассогласования.

В этом приборе имеется ряд недостатков. Узкие функциональные возможности отсутствует возможность измерения плотности. Высокая сложность: сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности. Как следствие прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность. Значительная потребляемая электрическая мощность прибора требует взрывопроницаемого исполнения при использовании его во взрывоопасных средах, что ведет к большой его стоимости.

Наиболее близким к заявляемому является датчик удельного веса жидкости. Измеритель уровня в этом приборе использует принцип сопровождающего регулирования посредством электрической вспомогательной энергии. Измеритель удельного веса жидкости работает на аналогичном принципе (следящее регулирование). Чувствительным элементом удельного веса жидкости является буек, выполненный в форме шарнирного четырехзвенника, расположенного в вертикальной плоскости, при этом буек распределен по всей высоте столба жидкости.

Недостатками известного решения являются: сложность прибора: сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности. Отсюда: прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность. Прибор требует значительных дополнительных затрат для его взрывонепроницаемости, например при использовании во взрывоопасных средах. Значительное энергопотребление прибора за счет использования двигателя, двух усилителей мощности, дифтрансформатора, элементов электромагнитной силовой обратной связи.

Задачей изобретения является создание датчика со смещением центра тяжести проблемы преобразования сигнала на вторичных интеллектуально-измерительный преобразователь микропроцессорный контроллер. Одновременно с этим решалась задача упрощения механической части преобразователя снижение точностных, технологических и других требований к его узлам и деталям. Задачей изобретения являлось также совмещение функций измерения уровня и плотности.

Для этого в датчике уровня и плотности, состоящего из датчика уровня, в который входит поплавок, передающий элемент, мерный шкив, двигатель постоянного момента, счетчик; и датчика плотности, включающего многозвенный шарнирный буек, передающий элемент, новым является то, что у датчика уровня двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом, а счетчик в виде диска, например, перфорированного, передающего сигнал движения через датчик перемещения, например, оптический микропроцессорному контроллеру, а датчик плотности дополнительно содержит мерный шкив, двигатель постоянного момента, выполненный в виде шкива с противовесом, а также счетчик в виде диска, например, перфорированного, передающего сигнал движения через датчик, например, оптически микропроцессорному контроллеру, а многозвенный шарнирный буек имеет в верхней своей части форму цилиндра, при этом датчик уровня и плотности выполнены с возможностью взаимодействия буйка и поплавка.

Совокупность существенных признаков позволила значительно упростить первичный преобразователь и качественно изменить потребительские свойства прибора в целом за счет возможности проведения контроля значимости и допускового контроля полученных результатов; возможности автоматической коррекции систематических погрешностей первичного преобразователя (нелинейность, дрейф параметров) и дестабилизированных факторов (температура, плотность); возможности усреднения полученных результатов; возможности проведения косвенных измерений и расчета различных производных величин (объема, расхода, массы, уставок, предельных уровней и т.д.); возможности программирования параметров и режима работы с центрального устройства управления; возможности передачи полученной информации на внешние устройства в цифровой форме по заданному протоколу обмена с одновременным контролем достоверности передаваемых данных; возможности самоконтроля прибора в целом в автоматическом режиме.

Значительными преимуществами первичного преобразователя датчика уровня и плотности являются простая кинематическая схема устройства, содержащая всего по одной паре подшипниковых опор, что позволяет снизить трение в системе и повысить точность измерения, практическое отсутствие потребления электроэнергии за исключением маломощных цепей датчиков перемещения; датчик имеет один из простых и дешевых вариантов обеспечения взрывозащиты искробезопасную цепь; датчик прост в изготовлении, монтаже и эксплуатации.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Датчик уровня и плотности состоит из двух основных конструкций: датчика уровня и датчика плотности, информация с которых объединяется в микропроцессорном контроллере 1. Датчик уровня состоит из поплавка 2, перемещающегося по направляющим струнам 3, который связан передающим элементом 4, выполненным в виде мерной ленты с мерным накопительным шкивом 5, на оси которого крепится шкив противовеса 6, связанный тросом 7 с противовесом 8. К торцу мерного шкива крепится диск 9 с перфорированными отверстиями, который взаимодействует с датчиком 10 перемещения; сигнал с последнего поступает на микропроцессорный контроллер. Внутри поплавка находится отверстие, в котором вертикально перемещается цилиндрическая часть многозвенного шарнирного буйка 11. Буек связан передающим элементом 12, выполненным в виде мерной ленты с мерным накопительным шкивом 13, на оси которого крепится шкив противовеса 14, связанный тросом 15 с противовесом 16. К торцу мерного шкива крепится диск 17 с перфорированными отверстиями, при этом он взаимодействует с датчиком 18 перемещения, сигнал с которого поступает на микропроцессорный контроллер.

Работа датчика основана на следящем принципе действия поплавка и буйка, плавающих на поверхности жидкости и перемещающихся вместе с ее уровнем. В процессе определения уровня жидкости поплавок 2, подвешенный на мерной ленте 4, при изменении уровня скользит вдоль направляющих струн 3. Мерная лента 4 приводит в движение мерный накопительный шкив 5, на которой она намотана. Натяжение мерной ленты 4 обеспечивается двигателем постоянного момента, выполненным из шкива противовеса 6, связанного тросом 7 с противовесом 8, при этом создается движущий момент постоянной величины в направлении, показанной стрелкой. Когда поплавок 2 находится в верхнем положении, мерная лента намотана на накопительный мерный шкив 5, при этом трос противовеса 7 почти весь смотан с шкива 6.

При понижении уровня жидкости вес поплавка преодолевает момент трения в подвижной системе датчика и момент, создаваемый противовесом 8 через шкив противовеса 6. Поплавок начинает перемещаться вниз, мерная лента, вращая мерный накопительный шкив 5 и одновременно наматывая трос противовеса 7 на шкив противовеса 6, поднимает противовес и накапливает тем самым энергию. При повышении уровня жидкости вес поплавка компенсируется выталкивающей силой жидкости, натяжение мерной ленты 4 уменьшается, при этом шкив противовеса 6 и противовес 8 наматывают мерную ленту 4 на мерный накопительный шкив 5, движение которого передается диску 9 с перфорированными отверстиями, взаимодействующему с датчиком 10 перемещения, который определяет величину и направление перемещения диска 9 и передает полученные при этом сигналы микропроцессорному контроллеру 1, который накапливает в своей памяти инкрементно-декрементным путем показания кода датчика, основываясь на котором, производится вычисление уровня жидкости. Для определения плотности жидкости буек 11 своим нижним шарниром прикрепляется к днищу резервуара, а цилиндрической частью пронизывает плоскость поплавка через отверстие в нем. При неизменной плотности жидкости в резервуаре цилиндрическая часть буйка синхронно перемещается с поплавком 2 при изменении уровня жидкости и через мерную ленту 12 приводит в движение мерный накопительный шкив 13. При помощи противовеса 16 и шкива 14 происходит фиксированное натяжение мерной ленты 12. Движение накопительного шкива 13 передается перфорированному диску 17, который через датчик 18 перемещения передает информацию микропроцессорному контроллеру 1. При изменении плотности жидкости в резервуаре происходит вертикальное смещение цилиндрической части буйка относительно плоскости поплавка, что приводит в конечном итоге к изменению разницы накапливаемых показаний кода уровня и кода плотности, основываясь на которых производится вычисление плотности жидкости.

Сущность изобретения: устройство содержит многопроцессорный контроллер 1, мерные шкивы 5 и 13, шкивы 6 и 14 с противовесом, счетчики в виде перфорированных дисков 9 и 17, оптические датчики 10 и 18 перемещения, многозвенный шарнирный буек 11. Поплавок выполнен с отверстием, в котором установлена с возможностью перемещения верхняя часть буйка. Буек и поплавок связаны с соответствующими мерным шкивом через передающий элемент, а микропроцессорный контроллер подключен к оптическим датчикам перемещения, установленным на соответственном счетчике. Каждый счетчик установлен на соответствующем мерном шкиве. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ПЛОТНОСТИ, содержащее поплавок, связанный с первым мерным шкивом через передающий элемент, многозвенный шарнирный буек, связанный с вторым мерным шкивом через передающий элемент, первый двигатель постоянного момента и блок преобразования с индикатором, отличающееся тем, что многозвенный шарнирный поплавок выполнен с цилиндрической верхней частью, а в устройство дополнительно введен второй двигатель постоянного момента, причем блок преобразования с индикатором выполнен в виде первого и второго счетчиков, первого и второго оптических датчиков перемещения, установленных соответственно на первом и втором счетчиках, и микропроцессорного контроллера, соединенного с оптическими датчиками перемещения, при этом каждый двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом и установлен соосно с соответствующим мерным шкивом, причем на каждом из мерных шкивов установлен соответствующий счетчик, выполненный в виде перфорированного диска, поплавок выполнен с отверстием, в котором установлена с возможностью перемещения верхняя цилиндрическая часть многозвенного шарнирного буйка.