ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ Российский патент 2007 года по МПК G01L11/02 G01L23/06 

Изобретение относится к области технической физики и, в частности, может служить для измерения давления нефтепродуктов в резервуарах нефтехранилищ.

Известны датчики давления жидкости - манометры, содержащие в качестве чувствительного элемента упругие трубчатые пружины, мембраны, мембранные коробки, сильфоны /1/. Деформация чувствительного элемента в них механически связывается с измерителем перемещения, в качестве которого, например, служит стрелка, движущаяся относительно отградуированной шкалы.

Эти датчики характеризуются рядом недостатков, связанных с деформацией и старением материала чувствительного элемента: ограниченным диапазоном, влиянием температуры, временной нестабильностью. Кроме того, как правило, чувствительный элемент непосредственно контактирует с жидкостью, что в случае агрессивной жидкости требует дополнительных конструктивных решений датчика.

Известны также датчики давления жидкости, в которых деформация чувствительного элемента преобразуется в световой и электрический сигналы, что отвечает современным требованиям дистанционного съема информации и автоматизации измерений. К их числу, в частности, относятся оптический датчик давления, в котором деформация чувствительного элемента преобразуется в световой сигнал с помощью световода /2/, и оптический датчик давления, в котором деформация чувствительного элемента преобразуется в интерференционную картину с помощью интерферометра Майкельсона /3/.

Им также присущи указанные выше недостатки.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является оптико-механический измеритель давления, содержащий герметичный корпус, одна сторона которого выполнена в виде мембраны с нанесенным на нее светоотражающим покрытием, служащим составной частью помещенного в корпус интерферометра Майкельсона /4/. При этом в качестве чувствительного элемента служит светоотражающее покрытие - зеркало, перемещаемое при деформации мембраны, а в качестве измерителя перемещений - интерферометр Майкельсона.

Прототипу также присущи указанные выше недостатки. Кроме того, он представляет собой сложный оптический прибор, требующий тщательной юстировки и настройки.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении указанных выше недостатков путем исключения из датчика каких-либо механических узлов, включая узлы, испытывающие деформации.

Для решения этой задачи в предлагаемом датчике давления жидкости в резервуаре, содержащем корпус и измеритель перемещения, отличающемся тем, что корпус посредством прозрачной перегородки разделен на два отсека - верхний герметичный и нижний открытый, заполняемый жидкостью при погружении в нее корпуса, над прозрачной перегородкой в верхнем герметичном отсеке установлен измеритель перемещения уровня жидкости в нижнем открытом отсеке, выполненный в виде телекамеры и кольцевого источника света. При этом нижний открытый отсек может быть выполнен в виде определенной геометрической фигуры постоянного или переменного сечения.

В предлагаемом датчике в сравнении с прототипом увеличен диапазон измерений и обеспечена независимость его метрологических характеристик от старения материалов, ввиду того, что его конструктивные элементы не подвергаются деформациям.

Изобретение поясняется схемой на чертеже, на которой изображены: резервуар 1, наполненный жидкостью 2, корпус 3, разделенный прозрачной перегородкой 4 на верхний герметичный 5 и нижний открытый 6 отсеки, и измеритель уровня жидкости 7, установленный в верхнем герметичном отсеке 5 и содержащий телекамеру 8 и кольцевой источник света 9.

Датчик давления жидкости работает следующим образом.

При погружении корпуса 3 в жидкость 2 нижний открытый отсек 6, выполненный, например, в виде цилиндра, частично заполняется жидкостью так, что ее уровень пропорционален измеряемому давлению, что и служит основанием для выполнения измерений.

Измерение уровня жидкости в нижнем открытом отсеке 6 производится на бесконтактной основе с помощью измерителя перемещения, в качестве которого служит телекамера 8 и кольцевой источник света 9.

Измерение уровня жидкости производится путем компьютерной обработки выходного видеосигнала ВС телекамеры 8 и вычисления диаметра изображения кольцевого источника света 9 в видеокадре. При изменении уровня жидкости он меняется пропорционально измеряемому давлению жидкости в резервуаре.

При этом, как следует из изложенного, измерение уровня жидкости в нижнем открытом отсеке 6 производится на бесконтактной основе - сквозь прозрачную перегородку 4.

В предлагаемом датчике давления жидкости в резервуаре роль чувствительного элемента играет не конструктивный элемент датчика, а уровень жидкости.

Если нижний открытый отсек 6 выполнить в виде геометрической фигуры с постоянным сечением, например, в виде цилиндра, то он будет обладать определенными чувствительностью и диапазоном измерений.

Если отсек выполнить в виде геометрической фигуры с переменным сечением, например, в виде сужающегося конуса, то чувствительность датчика увеличится, а диапазон измерений уменьшится в сравнении с цилиндрическим отсеком.

Если отсек выполнить в виде расширяющегося конуса, то чувствительность датчика уменьшится, а диапазон измерений увеличится в сравнении с цилиндрическим отсеком.

Следовательно, изменяя закономерность изменения сечения открытого отсека 6, можно задавать определенные метрологические характеристики датчика.

Предлагаемый датчик давления жидкости может устанавливаться в резервуарах с агрессивной, взрывоопасной, радиоактивной или иной жидкостью, например на нефтехранилищах, автозаправочных станциях, в химическом, пищевом и других производствах.

Результаты расчетов и экспериментальных исследований показали возможность выполнения измерений с помощью предлагаемого датчика давления жидкости в резервуаре с относительной погрешностью до 10^-4 и менее.

Источники информации

1. Измерения в промышленности. Справочник, т.2, под ред. проф. док. П. Профоса, М.: Металлургия, 1990, стр.249-261.

2. Патент США №5319978.

3. Патент РФ №2113697.

4. Патент РФ №2159925.

Датчик давления жидкости содержит корпус, разделенный посредством прозрачной перегородки на верхний герметичный и нижний открытый отсеки. Над прозрачной перегородкой в верхнем герметичном отсеке установлен измеритель перемещения уровня жидкости в нижнем открытом отсеке, заполняемом жидкостью при погружении в нее корпуса. Измеритель перемещения содержит телекамеру и кольцевой источник света. Датчик давления жидкости прост в изготовлении, обладает высокой точностью и может работать в агрессивных, взрывоопасных, радиоактивных и иных средах, например на нефтехранилищах, автозаправочных станциях, в химическом и других производствах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик давления жидкости в резервуаре, содержащий корпус и измеритель перемещения, отличающийся тем, что корпус посредством прозрачной перегородки разделен на отсеки - верхний герметичный и нижний открытый, заполняемый жидкостью при погружении в нее корпуса, над прозрачной перегородкой в верхнем герметичном отсеке установлен измеритель перемещения уровня жидкости в нижнем открытом отсеке, выполненный в виде телекамеры и кольцевого источника света.2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижний открытый отсек имеет переменное сечение.