УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК G01F23/16 

Заявляемое изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в емкостях, например в резервуарах, цистернах и колодцах.

Известен уровнемер, содержащий метрошток с чашеобразными элементами по всей его длине (патент РФ №2227274, МПК 7 G 01 F 23/04, 2004 г.). Для достижения точности замеров в 1-3 мм необходимо установить на метроштоке множество чашеобразных элементов, это усложняет конструкцию уровнемера. Неудобен также слив жидкости из чашек после замера уровня - необходимо наклонить метрошток на 90°.

Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по своему техническому решению является трубчатый щуп с направляющей рейкой (стр.104 книги: Василевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. - М.: Недра, 1983. - 310 с.). В книге описано только одно назначение устройства - отбор представительной пробы жидкости от уровня до дна емкости. Трубчатый щуп служил бы одновременно и уровнемером для бесцветных легкоиспаряющихся жидкостей, если замерить объем жидкости, отобранный в щуп (метрошток), и результат поделить на площадь проходного сечения щупа. Во время слива пробы в тарированную емкость часть жидкости может испариться и внесет погрешность в конечный результат, поэтому эту процедуру необходимо исключить.

Целью изобретения является повышение точности замеров уровня жидкости с полым метроштоком объемным методом при одновременном упрощении процедуры замера.

Поставленная цель достигается тем, что известный уровнемер, состоящий из полого метроштока, в своей верхней части дополнен герметичной крышкой, ручкой и соединен с газовым счетчиком через трубку и трехходовой кран, причем длина трубки регулируется таким образом, чтобы газовый счетчик и трехходовой кран оставались на поверхности емкости, а метрошток имеет по всей высоте постоянное внутреннее сечение, диаметр которого определяется из следующего равенства: , где D - внутренний диаметр метроштока, ΔV - разрешающая способность газового счетчика, Δh - необходимая точность уровнемера.

Назначение газового счетчика - замерять объем газа, вытесняемый из метроштока жидкостью при погружении уровнемера в исследуемую жидкость. Очевидно то, что вытесняемый газ будет иметь тот же объем, что и вошедшая в метрошток жидкость, так как в газовой фазе давление будет неизменным и равным атмосферному, а температура постоянной.

На чертеже дан общий вид уровнемера. Устройство состоит из метроштока 1, крышки 2, трехходового крана 3, ручки 4, соединительной трубки 5 и газового счетчика 6. Метрошток 1 должен иметь по всей высоте постоянное внутреннее сечение и в оптимальном варианте представляет собой полую цилиндрическую трубку, внутренний диаметр которой отвечает двум требованиям. Во-первых заполнение метроштока жидкостью должно быть свободным, без капиллярного эффекта. Во-вторых, необходимая точность уровнемера Δh, разрешающая способность газового счетчика ΔV и диаметр метроштока D связаны равенством: ΔV=Δh·πD²/4, откуда находим .

К примеру, для = 10 см³ внутренний диаметр метроштока должен быть не менее 36 мм. При таком диаметре выполняется и первое условие - для отсутствия капиллярного эффекта достаточно того, чтобы внутренний D метроштока был не менее 10 мм.

Крышка 2 служит для герметизации верней части метроштока 1, запорный трехходовой кран 3 - для разгерметизации. Газовый счетчик 6 и кран 3 соединены с метроштоком 1 трубкой 5, которая может иметь необходимую длину. Когда счетчик 6 крепится непосредственно к метроштоку, трубка 5 имеет минимальную длину в несколько сантиметров. Если исследуемая емкость имеет большую глубину, например колодец с водой, то можно газовый счетчик 6 с трехходовым краном расположить на поверхности земли, а метрошток опускать в емкость на шнуре, при этом трубка 5 будет гибкой и иметь длину в несколько метров.

Уровнемер для жидкости работает следующим образом. Трехходовой кран 3 устанавливается в положение «А», при котором отверстие в атмосферу закрыто, а трубка 5 соединена со счетчиком 6. Фиксируется показание счетчика V₁ и метрошток 1 опускается за ручку 4 под собственным весом в исследуемую жидкость до соприкосновения нижней части метроштока с дном емкости. Фиксируется новое показание счетчика V₂. Трехходовой кран 3 переводится в положение «В», при котором вход в счетчик закрыт, а трубка 5 соединяется с отверстием в атмосферу. Такое положение крана обеспечит свободный подъем метроштока из жидкости - давление в оставшейся полости метроштока все время будет равным атмосферному. После выхода метроштока из жидкости трехходовой кран 3 переводится в первоначальное положение «А» для проведения нового замера.

Высота уровня жидкости от дна емкости определяется по формуле: H=ΔV/S=(V₂-V₁)/S, где S - площадь сечения полости метроштока, остающаяся неизменной по всей высоте метроштока.

В заявленном уровнемере информация об объеме жидкости, поступившей в метрошток, поступает потребителю через газовую фазу и счетчик газа. Это дает несколько положительных результатов:

1. Повышается срок эксплуатации уровнемера, так как счетчик работает в менее агрессивной среде - газовоздушной фазе, чем технологические жидкости и вода в водоемах.

2. Исключаются потери в замере объема жидкости ΔV, которые возникают при использовании прототипа, т.е. при сливе пробы из метроштока.

3. Появляется возможность многократного определения уровня жидкости в глубинных емкостях с уровнями вблизи дна (РВС, колодцы) без полного извлечения метроштока за счет дистанционного расположения газового счетчика от метроштока. В качестве носителя информации используется газовоздушная смесь с постоянным давлением в одну атмосферу.

В настоящей заявке расчетами было показано то, что разрешающая способность уровнемера зависит в первую очередь от разрешающей способности (цены деления) газового счетчика и может достигнуть одного сантиметра, что вполне приемлимо для определения уровня воды в реках и колодцах, а также для внутреннего учета технологических жидкостей на производстве и в различных хранилищах.

Технико-экономическая эффективность использования уровнемера образуется от сокращения времени и повышения точности замеров, продления сроков эксплуатации измерительных приборов данного типа.

Устройство предназначено для замера уровня жидкости от дна емкостей и водоемов. Действие уровнемера основано на свойстве газов занимать при данном давлении и температуре известный и неизменный объем: PV/T=Const. Сущность: уровнемер для жидкости состоит из полого метроштока с ручкой и герметичной крышкой. Метрошток соединен гибкой трубкой с газовым счетчиком через трехходовой кран. Во время замера метрошток заполняется жидкостью до его уровня в исследуемой емкости. Вошедшая в метрошток жидкость имеет определенный объем, который равен объему газовоздушной смеси, прошедший через газовый счетчик. Для удобства эксплуатации его составные части - газовый счетчик и трехходовой кран остаются на поверхности емкости (водоема) рядом с исследователем, а метрошток имеет по всей высоте постоянное внутреннее сечение, диаметр которого определяется из следующего соотношения , где D - внутренний диаметр метроштока, ΔV - разрешающая способность газового счетчика, Δh - необходимая точность уровнемера. Два положения трехходового крана позволяют в нужный момент соединить полость метроштока с газовым счетчиком или с атмосферным воздухом. Технический результат: кнструкция уровнемера позволяет исключить потери легкоиспаряющихся жидкостей при замере их объема в метроштоке традиционным способом. Достигнуто сокращение времени одного замера и увеличение срока эксплуатации уровнемера. 1 ил.

Уровнемер для жидкости, состоящий из полого метроштока, отличающийся тем, что верхняя часть метроштока закрыта герметичной крышкой, имеет ручку и соединена с газовым счетчиком трубкой через трехходовой кран, причем длина трубки регулируется таким образом, чтобы газовый счетчик и трехходовой кран оставались на поверхности емкости, а метрошток имеет по всей высоте постоянное внутреннее сечение, диаметр которого определяется из следующего соотношения , где D - внутренний диаметр метроштока, ΔV - разрешающая способность газового счетчика, Δh - необходимая точность уровнемера.