УСТРОЙСТВО ГРАДУИРОВКИ РЕЗЕРВУАРОВ Российский патент 2001 года по МПК G01F25/00 G01F17/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для первичной и периодической поверки мер вместимости и градуировки горизонтальных и вертикальных резервуаров.

В настоящее время для градуировки резервуаров применяют устройства, обеспечивающие необходимую точность и достоверность результата только дозовым способом, являющимся достаточно трудоемким, длительным и не исключающим субъективного влияния оператора на результаты. При этом процесс не является цельным, а делится на два-три этапа: регистрация и сопоставление данных, обработка и формирование результата.

Известно устройство для градуировки резервуаров по А.С. 1807314, кл. G 01 F 25/00, публ. 1990 г., содержащее датчик уровня, размещенный в резервуаре, подводящий трубопровод которого снабжен электронасосом и счетчиком жидкости, многопозиционный переключатель с подвижным и неподвижным контактами, число которых равно числу градуировочных делений, блок коммутации и блок регистрации, к первому и второму входам которого подключены датчик уровня и счетчик жидкости соответственно.

Датчик уровня представляет собой штангу, оснащенную общим электродом, расположенным вдоль оси по длине штанги, и контактными пластинами, укрепленными на штанге поярусно и перпендикулярно общему электроду, с шагом, равным градуировочному делению, и с возможностью образования контактной пары при изменении уровня токопроводящей жидкости.

Недостатками устройства являются сложность реализации датчика уровня для измерения уровня наполнения с необходимой точностью, особенно в высоких резервуарах, обусловленную необходимостью размещения на штанге датчика уровня большого количество контактных пластин с малым расстоянием между ними, такое же количество позиций из подвижных и неподвижных контактов должно быть в многопозиционном переключателе, число связей датчика уровня равно числу контактных пар, применение только токопроводящей жидкости, необходимость подстройки под свойства жидкости, электролиз и, как следствие, быстрый износ контактов датчика уровня; невозможность применения устройства во взрывоопасных помещениях, получаемые результаты требуют дальнейшей обработки, в частности, необходимо учесть погрешность счетчика жидкости и линейное расширение материала резервуара от температуры заливаемой жидкости.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ градуировки резервуаров по А.С. 1328681, кл. G 01 F 25/00, публ. 1985 г., заключающийся в последовательном дискретном заполнении резервуара жидкостью через счетчик жидкости, причем заполнение каждой порции жидкости производят до определенного уровня резервуара, фиксируют объем данной порции и определяют зависимость между объемами порций жидкости, введенной в резервуар, и изменением уровня V = f(H). С целью повышения точности градуировки перед заполнением резервуара производят заполнение образцового мерника через счетчик жидкости порцией жидкости и определяют погрешность счетчика жидкости как разность между заданным и считанным со шкалы образцового мерника, действительным значениями прошедшей жидкости. Каждая порция (доза), заливаемая в резервуар, рассчитывается с учетом погрешности счетчика жидкости.

Недостатками способа, обусловленными примененным электромеханическим или механическим уровнемером, являются его трудоемкость, длительность процесса во времени, монотонность и цикличность выполняемых оператором операций (расчет дозы, задание дозы, выдержка времени для успокоения поверхности залитой жидкости, считывание и регистрация уровня и объема, расчет новой дозы для следующего значения уровня и т.д.). Получаемые результаты требуют дальнейшей обработки, в частности, необходимо учесть линейное расширение материала резервуара от температуры заливаемой жидкости, и формирования в законченный отчетный документ - градуировочную таблицу.

Сущность предложенного решения, заключающаяся в автоматизации и интенсификации процесса градуировки резервуаров, повышении точности результатов, исключении субъективного влияния оператора на результаты, достигается тем, что в устройстве применены ультразвуковой уровнемер с поплавком, размещенный в образцовом мернике, обеспечивающий автоматизированное вычисление поправки счетчика жидкости, однотипный ультразвуковой уровнемер для непрерывного измерения высоты жидкости в градируемом резервуаре и датчики температуры, размещенные внутри уровнемеров в нижнем, среднем и верхнем уровнях, при этом счетчик жидкости, электромагнитный клапан включения подачи жидкости, уровнемеры и датчики температуры сопряжены с компьютером, программное обеспечение которого позволяет с момента выдачи команды на подачу жидкости без участия оператора вести непрерывное наполнение резервуара, регистрируя и сопоставляя данные о поступившем объеме, уровне заполнения, расходе, температуре, осуществлять автоматическое выключение подачи жидкости при достижении номинального значения уровня, формирование градуировочной таблицы с учетом погрешности счетчика жидкости и линейного расширения материала резервуара от температуры заливаемой жидкости.

В известных технических решениях признаки, отличные от предложенного решения, не обнаружены, что позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает существенными отличиями.

Совокупность существенных признаков предлагаемого решения при их выполнении обеспечит достижение положительного эффекта - возможность автоматизации и интенсификации процесса градуировки резервуаров, повышение точности результатов, исключение субъективного влияния оператора на результаты.

Работа устройства градуировки резервуаров заключается в непрерывном заполнении резервуара жидкостью через счетчик жидкости до уровня, соответствующего номинальной вместимости резервуара, при этом циклически с циклом, соответствующим прохождению через счетчик определенного фиксированного объема жидкости, достаточно малого для получения нескольких измерений на одном дискрете градуировки, определяют уровень наполнения резервуара, соответствующий суммарному объему поступившей в него жидкости, реализуя зависимость H = f(V) - высота наполнения резервуара является функцией объема поступившей жидкости.

Для учета линейного расширения материала резервуара измеряют температуру заливаемой жидкости.

Перед градуировкой резервуара производят заполнение образцового мерника и определяют погрешность счетчика жидкости при каждой скорости (расходе) заполнения.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство для градуировки резервуаров содержит образцовый мерник 1, в котором размещен уровнемер 2, снабженный поплавком 3, градуируемый резервуар 4, в котором размещен уровнемер 5, снабженный поплавком 6, причем уровнемеры 2 и 5 снабжены датчиками температуры 7, распределенными по высоте уровнемеров, линию подачи 8, подключаемую с помощью переключателя подачи 9 к образцовому мернику или градуируемому резервуару и через счетчик жидкости 10 - к первому выходу трехходового электромагнитного клапана 11, вспомогательный резервуар 12, наполненный жидкостью, насос 13, к входу которого подключена всасывающая линия 14, помещенная во вспомогательный резервуар, напорную линию 15, подключенную к выходу насоса и через дроссель регулирования расхода жидкости 16 и смотровое устройство 17 - к входу трехходового электромагнитного клапана, обводную линию 18, подключенную к второму выходу трехходового электромагнитного клапана и к вспомогательному резервуару, блок связи 19, соединяющий управляющий вход трехходового электромагнитного клапана, выход счетчика жидкости и выходы уровнемеров с портом 20 компьютера 21, блок питания 22.

Блок связи 19 содержит одновибратор 23, вход которого подключен к порту компьютера, а выход соединен с реле 24, контакты которого соединены с управляющим входом трехходового электромагнитного клапана, преобразователь 25, вход которого соединен с выходом счетчика жидкости, а выход подключен к порту компьютера, коммутатор 26, к первому и второму входам которого подключены выходы уровнемеров 2 и 5 соответственно, а выход подключен к порту компьютера.

Компьютер 21 содержит клавиатуру 27, манипулятор типа "мышь" 28 и монитор 29, на экране которого с помощью графического пользовательского интерфейса изображена панель управления устройством 30, содержащая изображения элементов управления работой устройства и элементов, отображающих работу устройства.

Панель управления 30 содержит кнопку "Пуск" 31, кнопку "Стоп" 32, окно, отображающее "Наполнение номинальное" 33, окно, отображающее "Наполнение текущее" 34, окно, отображающее "Уровень номинальный" 35, окно, отображающее "Уровень текущий" 36, окно, отображающее "Расход" 37, окно "Температура" 38.

Выходы блока питания 22 соединены с входами по питанию уровнемеров 2 и 5, насоса 13, трехходового электромагнитного клапана 11, счетчика жидкости 10, блока связи 19, компьютера 21.

Уровнемеры 2 и 5 однотипны и в их качестве может быть применен ультразвуковой уровнемер "Струна - М" КШЮЕ2.834.008, который содержит немагнитную металлическую трубу, помещаемую вертикально в резервуар, с надетым на нее поплавком, поднимающимся под воздействием заливаемой в резервуар жидкости, датчики температуры, размещенные внутри трубы в нижнем, среднем и верхнем ее уровнях, подключенные к электронному блоку, присоединенному к верхней части трубы, который обеспечивает непрерывное измерение с помощью ультразвука расстояния от нижнего основания трубы до поплавка, т.е. определение уровня наполнения резервуара и с помощью подключенных датчиков - температуры заливаемой жидкости по уровням и среднюю температуру, подготовку к передаче и передачу измеренных данных по запросу от внешнего абонента, в данном случае по запросу от компьютера.

В качестве счетчика жидкости 10 может быть применен литромер марки СА-ЗМГ, выходной датчик которого при протекании через литромер жидкости вырабатывает модулированный сигнал, огибающая которого имеет форму синусоиды. Половина периода огибающей соответствует 0,1 литра прошедшей через счетчик жидкости.

Преобразователь 25 (если применен счетчик жидкости, аналогичный СА-ЗМГ) с помощью входящих в его состав детектора и дискриминатора преобразует поступивший ему на вход аналоговый сигнал от счетчика жидкости в импульсный сигнал ТТЛ уровня на его выходе.

Коммутатор 26, построенный, например, на базе аналогового ключа 590КН1, подключает к своему выходу один из подключенных к его входу уровнемеров (уровнемер, для которого пришел из компьютера запрос параметров).

Управление устройством осуществляется в интерактивном режиме работы, воздействуя (выбирая) через клавиатуру 27 и(или) "мышь" 28 на элементы 31... 38 панели управления 30, изображенной с помощью графического пользовательского интерфейса на мониторе 29 компьютера 21.

В цикле градуировки резервуара последовательно проводят режимы: подготовительный, определения погрешности счетчика жидкости и собственно градуировку резервуара.

В подготовительном режиме жидкость из вспомогательного резервуара 12 через всасывающую линию 14 посредством насоса 13 подают через напорную линию 15, дроссель 16, смотровое устройство 17, трехходовой электромагнитный клапан 11 и обводную линию 18 вновь во вспомогательный резервуар 12 (режим без измерения) до установления стабильного режима (без пузырей), что определяется через смотровое устройство 17.

В режиме определения погрешности счетчика жидкости устройство работает следующим образом:
линию подачи 8 подключают с помощью переключателя подачи 9 к образцовому мернику 1;
с клавиатуры 27 в компьютер 21 и окно 33 "Наполнение номинальное" на панели управления устройством 30 задают значение, равное номинальному объему образцового мерника;
на панели управления устройством 30 нажимают кнопку 31 "Пуск", инициируя программу компьютера 21 на выдачу через порт 20 в блок связи 19 сигнала на запуск одновибратора 23, который вырабатывает импульс, вызывающий срабатывание и поддержание на время действия импульса во включенном состоянии реле 24, которое переключает и поддерживает на время своего включенного состояния трехходовой электромагнитный клапан 11 в положении подачи жидкости в образцовый мерник 1, при этом для исключения ошибочных действий оператора клавиатура 27, "мышь" 28, панель управления 30, кроме кнопки 32 "Стоп", блокируются;
импульс, вырабатываемый одновибратором 23, имеет конечную длительность, но большую, чем цикл работы программы компьютера, соответственно, для поддержания реле 24 и клапана 11 во включенном состоянии, сигнал на запуск одновибратора через порт 20 подтверждается программой в каждом цикле своей работы и, если произойдет останов (отказ) компьютера, подтверждения запуска не произойдет, импульс, вырабатываемый одновибратором, закончится, реле 24 выключится и клапан 11 переключится на сброс жидкости через обводную линию 18 во вспомогательный резервуар 12, что исключает возникновение аварийной ситуации - перелив мерника;
сигналы с выхода счетчика 10 о количестве жидкости, прошедшей по линии подачи 8 в мерник 1, поступают через преобразователь 25 и порт 20 в виде импульсов в компьютер 21, где суммируются и отображаются в окне 34 "Наполнение текущее";
количество импульсов, поступившее в единицу времени, отображается в окне 37 "Расход";
дросселем 16 устанавливают необходимый расход;
при достижении счетчиком 34 "Наполнение текущее" значения, равного заданному в окне 33 "Наполнение номинальное", программно формируется команда 32 "Стоп", при этом снимается циклическая выдача через порт 20 в блок связи 19 сигнала на запуск одновибратора 23, выдается его обнуление, реле 24 отпускает, клапан 11 переключается на подачу жидкости по обводной линии 18 во вспомогательный резервуар 12, клавиатура 27, "мышь" 28, панель управления 30 разблокируются и становятся доступны оператору;
после прекращения поступления информации от счетчика жидкости 10 производится опрос уровнемера 2 и в компьютер вводится значение уровня наполнения образцового мерника, которое соответствует определенному значению фактического объема залитой в мерник жидкости;
разность заданного и фактического наполнений образцового мерника определяет погрешность счетчика жидкости при работе на резервуар, равный по объему образцовому мернику;
погрешность счетчика жидкости определяют для всех скоростей, на которых проводится градуировка резервуара, и для повышения точности не менее трех раз на каждой скорости;
исходные данные и полученные результаты режима автоматически запоминаются в компьютере.

В режиме "Градуировка резервуара" устройство работает следующим образом:
линию подачи 8 подключают с помощью переключателя подачи 9 к градуируемому резервуару 4;
с клавиатуры 27 в компьютер 21 и окно 35 "Уровень номинальный" задают значение, равное номинальному уровню (высоте) наполнения резервуара;
на панели управления устройством 30 нажимают кнопку 31 "Пуск", инициируя программу компьютера 21 на выдачу через порт 20 в блок связи 19 сигнала на запуск одновибратора 23, который вырабатывает импульс, вызывающий срабатывание и поддержание на время действия импульса во включенном состоянии реле 24, которое переключает и поддерживает на время своего включенного состояния трехходовой электромагнитный клапан 11 в положении подачи жидкости в градуируемый резервуар 4, при этом для исключения ошибочных действий оператора клавиатура 27, "мышь" 28, панель управления 30, кроме кнопки 32 "Стоп", блокируются;
импульс, вырабатываемый одновибратором 23, имеет конечную длительность, но большую, чем цикл работы программы компьютера, соответственно, для поддержания реле 24 и клапана 11 во включенном состоянии, сигнал на запуск одновибратора через порт 20 подтверждается программой в каждом цикле своей работы и, если произойдет останов (отказ) компьютера, подтверждения запуска не произойдет, импульс, вырабатываемый одновибратором, закончится, реле 24 выключится и клапан 11 переключится на сброс жидкости через обводную линию 18 во вспомогательный резервуар 12, что исключает возникновение аварийной ситуации - перелив резервуара 4;
сигналы с выхода счетчика 10 о количестве жидкости, прошедшей по линии подачи 8 в резервуар 4, поступают через преобразователь 25 и порт 20 в виде импульсов в компьютер 21, где суммируются и отображаются в окне 34 "Наполнение текущее";
количество импульсов, поступившее в единицу времени, отображается в окне 37 "Расход";
дросселем 16 устанавливают необходимый расход;
с циклом, соответствующим прохождению через счетчик определенного фиксированного объема жидкости, при поступлении очередного импульса, через порт 20, выдается запрос в уровнемер 5 и в компьютер вводится информация об уровне наполнения резервуара и информация от датчиков температуры 7, введенная информация отображается в соответствующих окнах 36 "Уровень текущий" и 38 "Температура"; значения параметров "Наполнение текущее", "Уровень текущий", "Расход", "Температура" в сопоставленном виде запоминаются в компьютере;
при достижении параметром "Уровень текущий" в окне 36 значения, равного значению, введенному в окно 35 "Уровень номинальный", программно формируется команда 32 "Стоп", при этом снимается циклическая выдача через порт 20 в блок связи 19 сигнала на запуск одновибратора 23, выдается его обнуление, реле 24 отпускает, клапан 11 переключается на подачу жидкости по обводной линии 18 во вспомогательный резервуар 12, клавиатура 27, "мышь" 28, панель управления 30 разблокируются и становятся доступны оператору;
автоматически формируется градуировочная таблица резервуара с учетом "сглаживания" волны, имевшей место при наполнении резервуара, например, методом наименьших квадратов и полинома второй степени, погрешности счетчика жидкости, линейного расширения материала резервуара от температуры заливаемой жидкости.

Результаты градуировки резервуара в необходимых формах, объеме и содержании, в частности градуировочная таблица резервуара, могут быть выведены на принтер для получения твердых копий или переданы по сети удаленному пользователю.

Использование предлагаемого технического решения по отношению к известному не требует участия оператора в подготовке данных и вычислении погрешности счетчика жидкости, измерении температуры заливаемой в резервуар жидкости, сопоставлении измеряемых данных в режиме градуировки, подготовке данных для формирования градуировочной таблицы и, собственно, в формировании градуировочной таблицы, т. е. исключает влияние субъективного фактора оператора на результаты градуировки резервуара.

Экономический эффект достигается за счет повышения точности и интенсификации процесса градуировки применением непрерывного способа наполнения резервуаров, автоматизацией проводимых измерений и обработки результатов.

Изобретение может быть использовано для градуировки, а также периодической поверки горизонтальных и вертикальных резервуаров. Устройство содержит два ультразвуковых уровнемера с поплавками и датчиками температуры, размещенных соответственно в образцовом мернике и градуируемом резервуаре, трехходовой электромагнитный клапан для включения подачи жидкости, всасывающую, напорную и обводную линии, счетчик жидкости и компьютер. Программное обеспечение компьютера позволяет вести непрерывное наполнение градуируемого резервуара через счетчик жидкости до уровня, соответствующего номинальной вместимости резервуара. В процессе заполнения, при прохождении через счетчик фиксированного объема V жидкости, измеряют уровень наполнения Н, реализуя зависимость H=(V). Перед градуировкой производят заполнение образцового мерника и определяют погрешность счетчика при каждой скорости заполнения. Компьютер автоматически формирует градуировочную таблицу резервуара с учетом погрешности счетчика и линейного расширения материала резервуара от температуры заливаемой жидкости. Изобретение обеспечивает повышение точности и полную автоматизацию процесса градуировки. 1 ил.

Устройство градуировки резервуаров, содержащее образцовый мерник, линию подачи, подключаемую с помощью переключателя подачи к образцовому мернику или градуируемому резервуару и через счетчик жидкости - к первому выходу трехходового электромагнитного клапана, вспомогательный резервуар, наполненный жидкостью, насос, к входу которого подключена всасывающая линия, помещенная во вспомогательный резервуар, напорную линию, подключенную к выходу насоса и через дроссель регулирования расхода жидкости и смотровое устройство - к входу трехходового электромагнитного клапана, обводную линию, подключенную к второму выходу трехходового электромагнитного клапана и к вспомогательному резервуару, блок связи, содержащий реле управления, контакты которого соединены с управляющим входом трехходового электромагнитного клапана, и компьютер, отличающееся тем, что содержит ультразвуковой уровнемер с поплавком, размещенный в образцовом мернике, однотипный ультразвуковой уровнемер для измерения высоты жидкости в градуируемом резервуаре и датчики температуры, размещенные внутри уровнемеров в нижнем, среднем и верхнем уровнях, в блок связи введены одновибратор, преобразователь и коммутатор, подключенные к компьютеру, выход одновибратора соединен с реле управления трехходовым электромагнитным клапаном, вход преобразователя соединен с выходом счетчика жидкости, а первый и второй входы коммутатора соединены с выходами уровнемеров образцового мерника и градуируемого резервуара соответственно.