ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРОБНИК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к области измерительных пробников, предназначенных для определения наличия в месте расположения пробника проводящего электричество материала в гранулах или в жидком виде.

Пробник может быть использован для формирования электрического сигнала, указывающего, что электропроводный материал в гранулах или в жидком виде присутствует по меньшей мере на уровне этого пробника. Такой сигнал может быть использован для определения количества гранулированного или жидкого материала, находящегося в контейнере, где расположен пробник, на заданной высоте в нижней части контейнера.

В заявленном измерительном пробнике для определения наличия в месте расположения пробника электропроводного материала в гранулах или в жидком виде содержится первый электрод и второй электрод, размещенный на некотором расстоянии от первого электрода, и средство для соединения первого и второго электродов для подачи электрической энергии, так, чтобы, когда промежуток между указанными электродами электрически замкнут посредством электропроводного материала, электрическая цепь пробника сформирована, согласно изобретению, указанный первый электрод отделен от упомянутого второго электрода размещенным в промежутке между ними электроизолирующим пористым газопроницаемым материалом и имеется средство для пропускания газа от пробника через указанный газопроницаемый материал между электродами.

В случае, когда объем насыпного материала, состоящего из проводящего электричество гранулированного вещества, опускается ниже уровня пробника, этот насыпной материал может остаться на электродах в виде ниток или крупинок прилипшего гранулированного вещества, что обеспечивает существование электропроводного остаточного мостика между электродами. Наличие такого остаточного мостика может привести к возникновению паразитных сигналов в электрической цепи, соединенной с электродами, и выдаче ложных показаний, что объем насыпного материала все еще достигает уровня пробника. Поток газа от пробника может быть достаточной силы, чтобы сдуть такого рода остаточные мостики, и, таким образом, пробник может быть самоочищающимся. В случае когда пробник используется для определения наличия или отсутствия электропроводной жидкости на уровне пробника, а уровень жидкости опустится ниже электродов, поток газа от пробника может сдуть или высушить любые остатки жидкости, в результате чего ликвидируется жидкостная проводящая дорожка между электродами.

В дальнейшем изобретение поясняется с помощью примеров со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает боковую проекцию (частичный разрез) измерительного пробника, с источником газа, показанным схематично, и электрической цепью, согласно изобретению; фиг. 2 модификацию пробника, показанного на фиг. 1, согласно изобретению; фиг. 3 возможный вариант выполнения и компоновки множества пробников, каждый из которых показан на фиг. 1 с источником газа и электронной индикаторной схемой.

Изготовленный из теплостойкого материала измерительный пробник 2 (фиг. 1) содержит электрод 4, который в свою очередь включает трубку 5, круглую в поперечном сечении, вокруг которой размещается концентрический цилиндрический электрод 6. Эти электроды 4 и 6 могут быть изготовлены из любого подходящего теплостойкого электропроводного материала, например из нержавеющей стали. Электрод 6 размещен, как перевернутая чашка, образованная в значительной степени плоским участком 8, от которого отходит кольцевая юбка 10. Два электрода 4 и 6 отделены один от другого теплостойкой не проводящей электричество прокладкой 12, которая обладает механической прочностью. Прокладка 12 может быть керамической. Возможным керамическим материалом для изолирующей прокладки 12 является SCHUMALITH SC (Торговый знак), Filter Candle, Марка 5, который поставляется Schumacher Filters Ltd. of Parkway Industrial Estate, Шеффилд, Англия.

Прокладка 12 имеет цилиндрическую форму, причем ее цилиндрическая поверхность 14 прикреплена к внутренней поверхности юбки 10 с помощью, например, теплостойкого адгезивного материала. Электрод 4 размещен в осевом отверстии 16 в прокладке 12 и прикреплен к нему также, например, с помощью теплостойкого адгезивного материала. Материал, из которого изготовлена прокладка 12, представляет собой пористое газопроницаемое вещество, состоящее из множества взаимосвязанных ячеек или полостей, образующих проходы, через которые поток газа проходит сквозь прокладку от одного конца 18 до противоположного 20. Торцевая поверхность прокладки 18 показана на одном уровне с концом 22 трубки 5, но такой вариант выполнения не единственный и нижний конец 24 юбки 10 изображен на одном уровне с торцевой поверхностью прокладки 20, но такой вариант выполнения также не обязателен. Торцевая поверхность 18 прокладки 12 находится на некотором расстоянии от внутренней поверхности крышки узла 8, так, чтобы внутри электрода 6 оставался узкий цилиндрический просвет 26. Электрод 4 включает далее тройник 28 и трубки 30 и 32. Концы 34, 36 и 38 этих трубок прикреплены к ветвям тройника с помощью газонепроницаемых соединений, включающих проводящие электричество olives, закрепленные на месте с помощью гаек 40, 42 и 44.

Трубка 5, электрод 6 и прокладка 12 могут быть в поперечном сечении не только круглыми.

Теплостойкий электрический кабель 46, например, RYROTENAX (торговый знак) проходит через трубку 5 и тройник 28 с хорошим изоляционным промежутком. Кабель 46 имеет теплостойкую внешнюю оболочку, например, из нержавеющей стали, закрепленную в газонепроницаемом теплостойком переходнике 48 в торце 50 трубки 32. Соединение 48 может представлять собой паяное соединение. Внутри электрода 6 находится жила 52 кабеля, она выходит из оболочки кабеля и припаивается твердым припоем в точке 54 участка 8 наконечника электрода. Между внешней оболочкой кабеля 46 и его проводящей жилой размещена минеральная изоляция, например, оксид магния.

Когда пробник 2 находится в работе, трубка 30 связана посредством трубопровода 56 с источником газа 58, из которого подается любой подходящий газ под давлением, превосходящим давление среды, окружающей электроды 6 и 4. Таким образом, газ от источника 58 течет вдоль трубки 30 и через тройник 28 и трубку 5 попадает в промежуток 26, из которого он проходит сквозь пористую прокладку 12, чтобы выйти из торцевой поверхности 20. Газ выходит из прокладки под давлением, производя эффект взрыва около торцевой поверхности 20. Давление газа в промежутке 26 может иметь значение, величина которого находится в заданных пределах и превышает давление окружающей среды вокруг электрода 6. Разница давлений в промежутке 26 и давлением окружающей среды вокруг электрода 6 может быть около 20 фунтов на квадратный дюйм (около 1,4 кг/см²). Чтобы обеспечить эту заданную разницу давлений, возникающую между промежутком 26 и окружающей атмосферой вокруг электрода 6, существует не только давление на выходе источника газа 58 в соответствии с заданной величиной давления, но могут быть предусмотрены специальные приспособления в пробнике 2, чтобы обеспечить заданную разницу давлений, например, в пробнике может быть помещено устройство, ограничивающее поток газа, чтобы обеспечить нужное падение давления с помощью ограничительного устройства.

На фиг. 1 ограничительное устройство изображено в виде пластинки 60 с диафрагмой 62 в трубке 30. На фиг. 2 ограничительное устройство выполнено в виде вентиля 63, регулирующего поток газа, помещенного между двумя частями трубки 30.

В качестве альтернативного средства, ограничивающего поток газа, например, вместо пластины 60 или вентиля 63 или же в дополнение к заявленным средствам может быть предложена газопроницаемая или пористая изолирующая прокладка 12, обеспечивающая заданную разницу давлений между торцевыми поверхностями 18 и 20 прокладки 12. Желательно, чтобы проницаемость изолирующей прокладки 12 была такой, чтобы поток газа, выходящий из ее торцевой поверхности 20, был однородным практически по всей поверхности 20.

В качестве источника газа 58 может быть использован, например, азот. Снабжение газом пробника 2 может быть непрерывным. Источник электрической энергии также подсоединен к пробнику 2. Этим источником может быть источник постоянного тока 64, когда один полюс соединен с проводником 52 кабеля 46, а другой полюс соединен с электродом 4. Этот вариант подключения к электроду 4 показан на трубе 30 в качестве примера.

Для определения наличия электропроводного материала в сыпучем гранулированном материале пробник размещается таким образом, чтобы гранулированный материал мог накапливаться а таком количестве, чтобы одновременно контактировать с частично погруженным в него электродом 6 и частично погруженным в него электродом 4. Когда это происходит, гранулированный материал образует проводящий мостик между электродом 6 и электродом 4, замыкая таким образом цепь 66, включающую устройство обнаружения, например вольтметр, который подает сигнал о том, что цепь замкнута. Это означает, что около пробника 2 есть столько гранулированного материала, что он достигает по меньшей мере уровня конца 24 электрода 6 над уровнем базовой линии, что служит критерием того, сколько гранулированного материала находится выше базовой линии. Если убрать часть сыпучего гранулированного материала, чтобы оставшееся количество занимало объем, соизмеримый с тем объемом, когда уровень вещества был ниже уровня конца электрода 24, то непрерывно поступающий через поверхность 20 прокладки 12 газ сдует любые частицы или ниточки прилипшего гранулированного материала, которые могут иметь тенденцию остаться и образовать мостик между электродом 6 и электродом 4. При этом цепь 66 разомкнется, а устройство обнаружения 68 зарегистрирует, что уровень гранулированного материала, который может еще оставаться поблизости от пробника 2, находится ниже конца электрода 24. Поскольку из пробника 2 непрерывно поступает газ, который действует как смывающая жидкость, то предотвращается подача пробником паразитного сигнала о том, что количество гранулированного материала рядом с пробником больше, чем оно есть на самом деле.

Если пробник 2 использовать для измерения уровня электропроводной жидкости, когда уровень жидкости опустится ниже уровня конца 24 электрода, то непрерывно поступающий газ сдует или высушит жидкость, оставшуюся на поверхности 20 прокладки, и таким образом ликвидирует причину существования токопроводящей дорожки между электродами 4 и 6.

Чтобы определить уровень гранулированного материала или жидкости, находящегося между вертикально расположенными верхним и нижним пределами, может быть использовано множество пробников 2, настроенных на различные вертикальные уровни на вертикальном отрезке между пределами.

В устройстве, изображенном на фиг. 3, ряд пробников 2 используется для измерения уровня обуглившегося вещества, скопившегося в нижней части 70 трубчатого устройства или гидрогенизатора 72, имеющего верхнюю часть, в которой мелкие кусочки угля гидрогенизируются или реагируют в водородной газовой среде с образованием метана, отработанный уголь падает в виде гранул обожженного вещества в направлении 1 и собирается в виде сыпучей массы гранул обожженного вещества в нижней части 70, откуда она удаляется через отверстие 74. В этом случае в качестве газа, поступающего в пробник из источника 58, может использоваться водород.

На фиг. 3 пробники обозначены цифрами 202, 302, 402, 502, 602 и 702. В гидрогенизаторе эти пробники находятся при высокой температуре, например несколько сот градусов по Цельсию. Трубки 30 пробников находятся в электрическом контакте с электропроводным материалом, образуя часть стенки 76 установки 72. Кабели 46 от соответствующих пробников 202, 302, 402, 502, 602 и 702 являются входами соответствующих усилителей 278, 378, 478, 578, 678 и 778. Все эти усилители по существу одинаковы. Источник энергии 64, например источник постоянного тока, подсоединен к усилителям, а также к проводящему материалу, образующему часть стенки 76, для образования электрической цепи, включающей пробники. Когда электропроводное обуглившееся вещество замыкает промежуток между двумя электродами 4 и 6 любого из пробников, электрический ток проходит через пробник, то есть электрический сигнал поступает на соответствующий провод 46, служащий входом соответствующего усилителя 278, 378, 478, 578, 678 и 778.

Четыре пробника 302, 402, 502 и 602 расположены так, чтобы измерять накопление обуглившегося вещества в нижней части 70 гидрогенизатора, и в зависимости от степени накопления уровень обуглившегося вещества будет находиться между верхним и нижним пределами II и III соответственно, один из этих четырех пробников всегда будет погружен в обуглившееся вещество, а иногда будет погружен один или более. Поскольку пробник 202 расположен ниже самого нижнего уровня обуглившегося вещества III, он всегда погружен в обуглившееся вещество, что образует постоянный проводящий мостик между электродами этого пробника. Таким образом, электрический сигнал на проводнике 46 из пробника 202 (который является опорным пробником наличия проводящего вещества) всегда имеет значение, соответствующее наличию обуглившегося вещества, определяемого пробником. Электрический сигнал из пробника 202 является входом в усилитель 278, где он усиливается и затем усиленный сигнал подается на вход провода 280 сравнивающего устройства 82. Сравнивающее устройство 82 может быть разностным усилителем. Генератор опорного сигнала 84 подает опорный сигнал заданного значения на вход 86 сравнивающего устройства 82. Сравнивающее устройство 82 сравнивает усиленный сигнал на входе 280 с опорным сигналом, и, если они различаются, сравнивающее устройство выдает на провод 88 регулируемый усиливающий сигнал, который является функцией разности сигналов на проводах 280 и 86. Усиление сигнала на проводе 88 изменяет усиление, производимое усилителем 278, чтобы сделать усиленный сигнал на проводе 280 равным опорному сигналу на проводе 86. При этом сигнал на проводе 88 изменяется на величину, которая больше не может изменить усиление усилителя 278. Усиление управляющего сигнала на проводе 88 также подается на усилители 378, 478, 578, 678 и 778 для управления величиной усиления, чтобы каждый из этих усилителей имел то же усиление, что и усилитель 278.

Если все усилители будут иметь одинаковое усиление, это гарантия того, что сигнал на проводе 46 от любого из пробников 302, 402, 502 или 602 распознан и свидетельствует о том, подан он вследствие отсутствия мостика из обуглившегося вещества между электродами пробника или вследствие того, что обуглившееся вещество одновременно контактирует с электродами. Обуглившееся вещество может обладать очень высоким электрическим сопротивлением и низкой проводимостью, такой, что даже если обуглившееся вещество одновременно контактирует с обоими электродами одного из пробников, электрический сигнал на соответствующем проводе 46 будет слабым и по нему трудно будет определить, когда электроды не связаны между собой мостиком из обуглившегося вещества. Однако известно, что пробник 202 всегда погружен в обуглившееся вещество, так что значение выходного усиленного сигнала на проводе 280 показывает величину сигнала, который указывает, что обуглившееся вещество находится на уровне пробника. Таким образом, когда усиленный сигнал на выходном проводе 380, 480, 580 или 680 в значительной степени равен усиленному сигналу на выходном проводе 280, это указывает, что обуглившееся вещество находится на уровне соответствующего пробника 302, 402, 502 или 602.

Пробники в гидрогенизаторе подвергаются воздействию высокой температуры. Это может вызвать некоторое уменьшение сопротивления изоляции между жилой кабеля 52 и электродом 4. Поэтому сигнал на проводе 46 от пробника 302, 402, 502 или 602 может быть в значительной степени ошибочным, он может указывать, что обуглившееся вещество находится на уровне пробника. Поскольку пробник 702 никогда не погружен в обуглившееся вещество, то, как уже отмечалось выше, любой сигнал на проводе 46 с этого пробника воспринимается как результат уменьшения сопротивления изоляции. Возможно, что будет аналогичное уменьшение сопротивления изоляции в пробниках 202, 302, 402, 502 и 602. Таким образом, если существует уменьшение сопротивления изоляции в пробнике 702 (который является пробником ошибки опорного сигнала), то сигнал на проводе 46 от этого пробника имеет электрическую величину, являющуюся компонентом электрической величины сигнала на указанном проводе 46 любого другого пробника. Чтобы устранить усиленную величину этого компонента, выход на проводе 780 из усилителя 778 вычитается в других усилителях из усиленной величины сигналов на проводах 46 из пробников 202, 302, 402, 502 и 602. При этом выходные сигналы на проводах 280, 380, 480, 580 и 680 показывают, находятся или нет соответствующие пробники в обуглившемся веществе, причем совершенно определенно известно, что пробник 202 в нем находится. Поэтому значение сигнала на проводе 780 из усилителя 778 задает опорный ноль или базовую точку при вычитании в других усилителях.

Если величина сигнала на проводе 380, 480, 580 или 680 существенно отличается от величины сигнала на проводе 280, например значительно меньше величины на проводе 280, то это показывает, что обуглившееся вещество не находится на уровне соответствующих пробников 302, 402, 502 или 602. С другой стороны, если величина сигнала на проводе 380, 480, 580 или 680 близка по значению к величине сигнала на проводе 280, то это показывает, что обуглившееся вещество достигло соответствующего пробника и сигнал может вызвать срабатывание индикаторов 390, 490, 590 или 690 соответственно, что показывает, что обуглившееся вещество находится по крайней мере на уровне соответствующего пробника 302, 402, 502 или 602. Индикаторами могут быть любые лампы, каждая из которых светится при воздействии, и/или индикаторы могут образовывать аналоговые или цифровые или какой-либо другой формы устройства или обеспечивать запись. При необходимости устройства определения уровня сигнала 392, 492, 592 и 692 могут быть установлены на выходе каждого провода 380, 480, 580 и 680 для блокировки срабатывания любого индикатора 390, 490, 590 или 690, если величина сигнала на проводе 380, 4890, 580 или 680 соответственно ниже заданной величины, например на 40% или 50% от величины значения опорного сигнала на проводе 86. Обеспечив гарантированное срабатывание одного индикатора из 390, 490, 590 или 690, обеспечив при этом на соответствующем проводе 380, 480, 580 или 680 сигнал выше заданной величины, можно уменьшить возможность ложной индикации, что уровень обуглившегося вещества находится по меньшей мере на уровне пробника 302, 402, 502 или 602, когда на самом деле этого нет.

Давление внутри гидрогенизатора 72 может быть Р кг/см² (где Р - любое подходящее значение). В этом случае газ, например водород или азот, который постоянно подается в пробники из источника 58, находится в промежутке 26 (фиг. 1) в каждом пробнике при давлении (Р+1,4) кг/см². Постоянный поток газа через пробники оказывает охлаждающее воздействие, особенно на кабели 46, что уменьшает возможность или смягчает степень уменьшения сопротивления изоляции.

Использование: определение наличия в месте расположения пробника проводящего материала в гранулах или в жидком виде. Сущность изобретения: измерительный пробник содержит первый электрод, отделенный от второго электрода электроизоляционным пористым газопроницаемым материалом, средство для проведения газа через газопроницаемый материал и средство для связи первого и второго электродов с источником электрической энергии, когда зазор между электродами электрически замкнут посредством электропроводного материала. 2 с. и 11 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Измерительный пробник для определения наличия в месте установки пробника электропроводного материала в гранулах или жидкой форме, содержащий первый электрод и второй электрод, окружающий первый электрод и размещенный с некоторым зазором по отношению к первому электроду, который проходит над первым концом второго электрода, средство для соединения первого и второго электрода с источником электрической энергии так, что при замыкании зазора между электродами посредством электропроводного материала, электрическая цепь через пробник замкнута, и средство для пропускания газа между первым и вторым электродами и выходом у первого конца второго электрода, отличающийся тем, что второй электрод содержит наконечник, накрывающий первый электрод, между первым и вторым электродами размещен керамический изолирующий материал, торец которого размещен у первого конца второго электрода, а керамический изолирующий материал является газопроницаемым пористым материалом, через который газ проходит между первым и вторым электродами и выходят с торца. 2. Пробник по п.1, отличающийся тем, что керамический газопроницаемый пористый изолирующий материал является теплостойким. 3. Пробник по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый и второй электроды изготовлены из теплостойкого материала. 4. Пробник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первый электрод содержит трубку, через которую газ поступает в пробник. 5. Пробник по п.4, отличающийся тем, что трубка открывается в полость пробника, и эта полость окружена по меньшей мере частично керамическим изолирующим материалом. 6. Пробник по п. 4 или 5, отличающийся тем, что электрический кабель, проходящий вдоль трубки, электрически связан со вторым электродом. 7. Пробник по п.6, отличающийся тем, что кабель является теплостойким. 8. Пробник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первый и второй электроды изготовлены из нержавеющей стали. 9. Устройство для измерения уровня электропроводного материала в гранулах или жидком виде, содержащее множество пробников для измерения уровня, подключенных к схеме измерения уровня материала, отличающееся тем, что каждый из множества пробников выполнен по любому из предшествующих пунктов и каждый из пробников для измерения уровня закреплен на различном уровне внутри контейнера для электропроводного материала, первый и второй электроды каждого из пробников для измерения уровня подключены к детекторной цепи схемы измерения для определения момента электрического замыкания промежутка между первым и вторым электродами любого из пробников посредством электропроводного материала, источник газа, подключенный к средству для подачи газа под давлением в область между первым и вторым электродами каждого из пробников для измерения уровня и выхода газа из торца газопроницаемого керамического материала пробника. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что пробники для измерения уровня закреплены над нижним базовым уровнем, ниже которого уровень проводящего материала в контейнере не опускается при нормальной работе пробника, при этом имеется опорный пробник проводящего материала, выполненный по любому из п.1 8, закрепленный в контейнере ниже базового уровня, так что при нормальной работе пробник всегда погружен в электропроводный материал, и первый и второй электроды опорного пробника связаны с детекторной цепью для определения момента электрического замыкания между первым и вторым электродами опорного пробника посредством электропроводного материала, источник газа, подключенный к средству для подачи газа под давлением в область между первым и вторым электродами опорного пробника и выхода газа из торца газопроницаемого керамического материала опорного пробника, причем каждый из пробников подключен к соответствующему усилителю, выходной сигнал из которого сравнивается с опорным сигналом в средстве сравнения для получения усиливающего управляющего сигнала, который является функцией разности между выходным сигналом и опорным сигналом, и усиливающий управляющий сигнал подается к каждому усилителю для изменения коэффициента усиления. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что пробник для измерения уровня материала закреплен ниже верхнего базового уровня, выше которого уровень материала в контейнере не поднимается при нормальной работе пробников, при этом имеется пробник, подающий опорный сигнал ошибки, выполненный по любому из пунктов 1 8 и закрепленный в контейнере над верхним базовым уровнем так, что при нормальной работе пробник, подающий опорный сигнал ошибки, никогда не погружен в электропроводный материал, и первый и второй электроды этого пробника, подающего опорный сигнал ошибки, подключены к детекторной цепи для определения момента замыкания промежутка между первым и вторым электродами пробника посредством электропроводного материала, источник газа, подключенный к средству для подачи газа под давлением в область между первым и вторым электродами пробника, подающего опорный сигнал ошибки, и выхода газа из торца газопроницаемого керамического материала этого пробника, при этом усиленный выходной сигнал, полученный из пробника, подающего опорный сигнал ошибки, используется для изменения каждого выходного сигнала каждого усилителя, к которому подключены пробники для измерения уровня проводящего материала и опорный пробник наличия проводящего материала. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что усиленный выходной сигнал, полученный из пробника опорного сигнала ошибки, вычитается из каждого усиленного сигнала, полученного из соответствующего пробника, измеряющего уровень электропроводного материала, для получения соответствующего выходного сигнала от каждого из усилителей, к которым подключены пробники, измеряющие уровень электропроводного материала. 13. Устройство по пп.9 12, отличающееся тем, что пробники закреплены в той части контейнера, которая заполняется гранулированным материалом в виде обуглившегося вещества, полученного в результате обработки угля в устройстве гидрогенизации.