УРОВНЕМЕР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В БАРАБАНЕ ПАРОВОГО КОТЛА ПРИ ЛЮБЫХ РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ЭТИМ УРОВНЕМЕРОМ Российский патент 2011 года по МПК G01F23/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области измерения уровня жидкости, в частности к уровнемеру для жидкости, предназначенному для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых рабочих условиях и к способу для определения уровня жидкости посредством данного уровнемера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В условиях высокой температуры и высокого давления воды и пара в барабане парового котла, а также с учетом сложных законов изменения рабочих условий измерение уровня жидкости в барабане всегда представляло сложности. В настоящее время наиболее распространенным является способ измерений уровня жидкости в барабанах паровых котлов с помощью уравнительного сосуда, выполняющего регулировочную и защитную функцию, несмотря на то, что на результаты измерений в паровом барабане с помощью уравнительного сосуда влияют рабочие условия, результаты измерения часто бывают неточными, а сами измерения не могут выполняться при запуске и остановке котла. Кроме того, измерения не могут выполняться обычным образом в аномальных условиях, когда ставится под угрозу безопасное функционирование котла. Поскольку в аномальных условиях, а также при запуске и остановке котла измерение уровня жидкости с помощью электрических контактных уровнемеров не может выполняться непрерывно, то есть значения уровня жидкости могут быть получены только в виде диапазонов, такой способ не может использоваться для автоматического регулирования уровня воды и установления пределов значений безопасной эксплуатации и в целом не используется для осуществления защитной функции.

Давление в барабане парового котла составляет обычно от 2 МПа до 20 МПа в зависимости от его размеров, а температура насыщения воды и пара составляет от 212°C до 365°C. Диэлектрическая проницаемость для воды и пара при нормальной температуре составляет соответственно 80 и 1, а при 365°C соответственно 9,94 и 2,65, то есть диэлектрическая проницаемость воды изменяется приблизительно в 10 раз, тогда как обычный емкостный уровнемер может использоваться только в тех случаях, когда диэлектрическая проницаемость измеряемой среды относительно устойчива, а потому им также нельзя пользоваться для измерения уровня жидкости в барабанах паровых котлов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить такой уровнемер для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который позволяет вычислять значения уровня жидкости по показаниям диэлектрической проницаемости воды и пара, отслеживаемым в реальном времени. В каком бы состоянии ни находился котел, будь то запуск, остановка котла, его продувка и т.п., этот уровнемер непрерывно обеспечивает надежную и точную индикацию уровня жидкости во всех ситуациях, то есть поддерживает функцию непрерывного измерения уровня жидкости при любых условиях.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ вычисления уровня жидкости в барабане парового котла путем непрерывного измерения при любых рабочих условиях.

Задача настоящего изобретения решается следующим образом: предлагается уровнемер для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который содержит одну металлическую измерительную трубку и один преобразователь. На верхнем участке указанной металлической измерительной трубки установлена паропропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, а на нижнем участке указанной металлической измерительной трубки установлена водопропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла; внутри указанной металлической измерительной трубки имеется изолирующая трубка, внутри которой друг за другом снизу вверх установлены зонд №1, зонд №2 и зонд №3, которые отделены друг от друга, электрически развязаны и соединены с указанным преобразователем посредством соответствующих проводников.

Проводники указанных зондов представляют собой экранированные проводники, причем центральная жила экранированного проводника одним концом подсоединена к зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с экранирующим слоем к преобразователю.

Измерение емкости производится поочередно указанными тремя зондами, причем в тот момент, когда один из трех зондов производит замер, два других прекращают измерения.

Также предлагается способ вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, согласно которому:

Во время работы уровнемера параметры, установленные при его калибровке, используют при замере значений емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, причем зонд №1 и зонд №3 используют для измерения диэлектрической проницаемости соответственно воды и пара.

Сначала вычисляют dA и dB следующим методом.

A) При выполнении условия обновляют значение dA:

B) При выполнении условия обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются, используют значения dA и dB, полученные при последнем обновлении.

D) Сразу после включения уровнемера для жидкости используют уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости без учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом:

A) Если hx>E1+H1+H2, уровень жидкости находится в районе зонда №3:

B) Если условие A не выполняется и hx>E1+H1, уровень жидкости находится в районе зонда №2:

C) Если условие В также не выполняется, это означает, что уровень жидкости находится не выше зонда №1, и тогда нет необходимости изменять значение Hx, то есть

Здесь: H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные во время работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3.

L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки.

dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара.

hx: временная переменная уровня жидкости.

Hx: значение уровня жидкости.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается способ вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, согласно которому:

во время работы уровнемера параметры, установленные при его калибровке, используют при замере значений емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, причем зонд №1 и зонд №3 используют для измерения диэлектрической проницаемости соответственно воды и пара, и исходные значения Ce1, Ce2 и Ce3 емкости, а также значения Cm1, Ст2 и Cm3 емкости при заполнении средой используют для вычисления и определения преобразованных значений высоты зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2:

Сначала вычисляют dA и dB следующим методом.

A) При выполнении условия обновляют значение dA:

B) При выполнении условия обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются, используют значения dA и dB, полученные при последнем обновлении.

D) Сразу после включения уровнемера для жидкости используют уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости, ассоциируемое с преобразованными значениями высоты H12 и H32, без учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) Если hx>E1+H1+H2, уровень жидкости находится в районе зонда №3:

B) Если условие A не выполняется и hx>E1+H12, уровень жидкости находится в районе зонда №2:

C) Если условие В не выполняется и hx>E1, уровень жидкости находится в районе зонда №1:

D) Если условие C не выполняется, это означает, что уровень жидкости находится ниже зонда №1 или же остается на прежнем уровне нижнего конца зонда №1:

.

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно.

H12 и H32: преобразованные значения высоты соответственно зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: значения емкости при заполнении средой, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные в процессе работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3.

L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки парового котла.

dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара.

hx: временная переменная уровня жидкости.

Hx: значение уровня жидкости.

Положительный эффект от настоящего изобретения заключается в следующем. С учетом того, что изменения диэлектрической проницаемости воды и пара происходят только при запуске и остановке котла, его продувке и т.п., уровнемер для жидкости для барабана парового котла по данному изобретению, способный отслеживать показания диэлектрической проницаемости воды и пара в реальном времени, может непрерывно обеспечивать надежную и точную индикацию уровня жидкости во всех ситуациях, в том числе при запуске, остановке и продувке. Таким образом поддерживается функция непрерывного измерения уровня жидкости в любых условиях.

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

ПРИЛАГАЕМЫЙ ЧЕРТЕЖ

На чертеже схематически изображен предлагаемый уровнемер, предназначенный для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления изобретения

Уровнемер для жидкости для непрерывных измерений в барабане парового котла при любых условиях, в котором, как показано на чертеже, H1, H2 и H3 - геометрическая высота соответственно зонда №1, зонда №2 и зонда №3, E1 - расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла, Е2 и Е3 - промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3, L - длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной и паропропускной трубки. В данном варианте осуществления H1=100 мм, H2=400 мм, H3=150 мм, E1=0 и E2=E3=3 мм.

Указанный уровнемер для жидкости для барабана парового котла содержит одну металлическую измерительную трубку 4 и один преобразователь 11. К верхней части указанной металлической измерительной трубки присоединена паропропускная трубка 2, сообщающаяся с барабаном парового котла, а к нижней части указанной металлической измерительной трубки присоединена водопропускная трубка 1, сообщающаяся с барабаном парового котла; внутри указанной металлической измерительной трубки имеется изолирующая трубка 8; внутри указанной изолирующей трубки снизу вверх друг за другом установлены зонд №1 (на чертеже - позиция 5), зонд №2 (позиция 6) и зонд №3 (позиция 7), которые отделены друг от друга и электрически развязаны; при этом зонд №1 используется главным образом для отслеживания показаний диэлектрической проницаемости воды, зонд №3 предназначен главным образом для отслеживания показаний диэлектрической проницаемости пара, а зонд №2 - для осуществления основных измерений. Три указанных зонда соединены с преобразователем 11 посредством соответствующих проводников 10.

В данном варианте осуществления проводники 10 зондов представляют собой экранированные проводники, причем центральная жила экранированного проводника одним концом подсоединена к зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с экранирующим слоем к преобразователю.

В данном варианте осуществления с целью предотвращения взаимных помех от сигналов трех измерительных зондов эти три зонда выполняют измерения поочередно. Когда измерения выполняет зонд №1, зонды №2 и №3 прекращают измерения, когда измерения выполняет зонд №2, прекращают измерения зонды №1 и №3, а когда выполняет измерение зонд №3, прекращают измерения зонды №1 и №2.

В данном варианте осуществления внутри металлической измерительной трубки 4 имеется одна изолирующая трубка 8, причем металлическая измерительная трубка 4 изолирована как вверху, так и внизу. Внутри изолирующей трубки 8 установлены снизу вверх три измерительных зонда: зонд №1 (позиция 5), зонд №2 (позиция 6) и зонд №3 (позиция 7), которые взаимно изолированы и не подключены друг к другу. Центральная жила каждого из трех экранированных проводников одним концом подсоединена к соответствующему зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с экранирующим слоем к преобразователю 11, так что каждый из трех зондов образует с металлической измерительной трубкой емкостное сопротивление. С целью предотвращения взаимных помех от сигналов трех измерительных зондов эти три зонда выполняют измерения поочередно: когда зонд №1 выполняет измерения, зонды №2 и №3 прекращают измерения, и т.д. Изменения значений уровня жидкости и диэлектрической проницаемости воды и пара будут вызывать соответствующие изменения в величине емкости этих трех емкостных сопротивлений. Преобразователь 11 используется для измерения трех величин емкости, вычисления значений уровня жидкости и вывода значений уровня жидкости, преобразованных в токовые и цифровые сигналы. В преобразователь 11 встроены однокристальный микрокомпьютер, контур измерения емкости, контур преобразования по току и передачи токового сигнала, цифровой коммуникационный интерфейс и другие схемы. Микрокомпьютер выполняет обработку сигналов, используемых для измерения емкости, вычисление уровня жидкости, вывод величины тока, осуществляет цифровую коммуникацию, а также выполняет другие задачи. Преобразователь вычисляет уровень жидкости, измеряя три значения емкости между тремя зондами и металлической измерительной трубкой и через контур преобразования по току выводит значение уровня жидкости, преобразованное в токовый сигнал, который поступает в цифровой коммуникационный интерфейс для дальнейшей передачи на главный компьютер.

Из металлической измерительной трубки выходят две соединительные трубки, то есть паропропускная трубка 2 и водопропускная трубка 1, которые присоединены к барабану парового котла соответственно со стороны пара и со стороны воды, и используются для измерения уровня жидкости внутри измерительной трубки, который согласно принципу сообщающихся сосудов достоверно отображает уровень жидкости внутри барабана. В общем случае наружная поверхность измерительной трубки должна быть теплоизолирована, чтобы температуры воды и пара внутри измерительной трубки были приблизительно равными температуре воды и температуре пара внутри барабана, что позволит уменьшить погрешность уровня жидкости, создаваемую разницей в плотности.

Второй вариант осуществления изобретения

На чертеже проиллюстрирован вариант осуществления способа вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который предусматривает следующее.

Перед отгрузкой с завода в уровнемере для жидкости выполняется калибровка следующих параметров:

H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Уставка по dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

Уставка по dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара.

Уровнемер для жидкости, калиброванный по указанным параметрам, вычисляет значение уровня жидкости Hx, по мере того, как в процессе работы уровнемера выполняются измерения всей группы величин емкости (Cx1, Cx2 и Cx3).

Сначала вычисляют dA и dB следующим методом.

A) При выполнении условия обновляют значение dA:

B) При выполнении условия обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются, используют значения dA и dB, полученные при последнем обновлении.

D) Сразу после включения уровнемера для жидкости используют уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Нх.

1) Вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости без учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

А) Если hx>E1+H1+H2, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда №3, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом №1 и зондом №2, а также промежуток E3 между зондом №2 и зондом №3:

B) Если условие A не выполняется и hx>E1+H1, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда №2, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом №1 и зондом №2:

Hx=hx+E2

C) Если условие B не выполняется, это означает, что уровень жидкости находится не выше зонда №1, и тогда нет необходимости изменять Нх, то есть

Hx=hx

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно. В данном варианте осуществления H1=100 мм, H2=400 мм и H3=150 мм.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные в процессе работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном. Получают отрицательное значение, когда нижний конец зонда №1 находится ниже середины водопропускной трубки, и положительное значение, когда этот конец находится выше середины водопропускной трубки. В данном варианте осуществления расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном, равно 0, что позволяет выровнять нижний конец зонда №1 и осевую линию водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3, в общем случае составляющие 2-3 мм; в данном варианте осуществления промежуток между зондом №1 и зондом №2 и промежуток между зондом №2 и зондом №3 составляет 3 мм.

L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки.

dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара.

hx: временная переменная уровня жидкости.

Нх: значение уровня жидкости.

При калибровке: Ce1=100 пФ, Ce2=180 пФ, Ce3=120 пФ, H1=100 мм, H2=400 мм, H3=150 мм,

E1=0, E2=E3=3, уставка dA=0,2 и уставка dB=0.

В определенный момент измеряют емкость: Cx1=125 пФ, Cx2=228 пФ, Cx3=125 пФ.

Вычисление происходит следующим образом.

Сначала вычисляют dA и dB.

A)

При выполнении условия обновляют значение dA:

B)

При выполнении условия обновляют значение dB:

Вычисляют значение уровня жидкости Hx:

1) Вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости без учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) E1+H1+H2=500, то есть условие hx>E1+H1+H2 не соблюдается.

B) E1+H1=100, то есть условие hx>E1+H1 соблюдается, поэтому:

Hx=hx+E2=260,0+3=263,0 мм

Третий вариант осуществления изобретения

Поскольку определенные физические факторы (диаметры трех зондов, внутренний диаметр измерительной трубки, толщина изолирующей трубки и т.п.) в процессе изготовления уровнемера для жидкости для барабана парового котла обусловливают некоторую погрешность, при практическом применении уровнемера приращение емкости на единицу высоты, создаваемое между тремя зондами при заполнении средой, может давать неточный результат. Поэтому приходится вводить две величины H12 и H32, отражающие преобразованные значения высоты соответственно зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2, что позволяет компенсировать воздействие на значение уровня жидкости Hx погрешностей физической природы в зондах и измерительной трубке уровнемера для жидкости, благодаря чему уровнемер для жидкости для барабана парового котла может показывать более точные значения уровня жидкости Hx.

На чертеже проиллюстрирован вариант способа вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла в любых условиях, который предусматривает следующее.

Перед отгрузкой с завода в уровнемере для жидкости выполняют калибровку следующих параметров:

H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: Значения емкости при заполнении средой, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой. Обычно в качестве среды при калибровке используется вода.

H12 и H32: преобразованные значения высоты соответственно зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3 (эти параметры могут быть получены не при калибровке, а рассчитаны в ходе последующих вычислений).

Их вычисляют следующим образом:

Уставка по dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

Уставка по dB: Приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху.

Уровнемер для жидкости, калиброванный по указанным параметрам, вычисляет значение уровня жидкости Нх, по мере того, как в процессе его работы выполняются измерения всей группы величин емкости (Cx1, Cx2 и Cx3).

Сначала вычисляют dA и dB следующим методом.

A) При выполнении условия обновляют значение dA:

B) При выполнении условия обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются, используют значения dA и dB, полученные при последнем обновлении.

D) Сразу после включения уровнемера для жидкости используют уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости, ассоциируемое с преобразованными значениями высоты H12 и H32, без учета E2 и T3:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) Если hx>E1+H12+H2, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда №3, и в этом случае Hx представляет собой сумму высоты H1 зонда №1, высоты H2 зонда №2, а также E1, E2 и E3 и высота уровня жидкости на зонде №3, то есть

B) Если условие A не выполняется и hx>E1+H12, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда №2, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом №1 и зондом №2; при этом H12 должно быть вычтено из геометрической высоты H1:

Hx=hx+E2-H12+H1

C) Если условие В не выполняется и hx>E1, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда №1, и в этом случае уровень жидкости в районе зонда №1 вычисляют по геометрической высоте с учетом соотношения H12 и H1:

D) Если условие C не выполняется, это означает, что уровень жидкости находится ниже зонда №1 или же остается на прежнем уровне нижнего конца зонда №1:

Hx=E1.

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно. В данной реализации H1=100 мм, H2=400 мм и H3=150 мм.

H12 и H32: преобразованные значения высоты соответственно зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: значения емкости при заполнении средой, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой. Обычно в качестве среды при калибровке используется вода, и в данной реализации в качестве среды использовалась именно вода.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные в процессе работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном. Эта величина имеет отрицательное значение, когда нижний конец зонда №1 находится ниже середины водопропускной трубки, и положительное значение, когда этот конец находится выше середины водопропускной трубки. В данном варианте осуществления расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном, равно 0, то есть нижний конец зонда №1 находится на уровне осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3. В данном варианте осуществления оба промежутка как между зондом №1 и зондом №2, так и между зондом №2 и зондом №3 равны 3 мм.

L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки.

dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара.

hx: временная переменная уровня жидкости.

Hx: значение уровня жидкости.

При калибровке: Ce1=100 пФ, Ce2=180 пФ, Ce3=120 пФ,

Cm1=123 пФ, Cm2=270 пФ, Cm3=159 пФ,

H1=100 мм, H2=400 мм, H3=150 мм,

E1=0, E2=E3=3, уставка dA=0,2, уставка dB=0

В определенный момент измеряют емкость: Cx1=125 пФ, Cx2=228 пФ, Cx=125 пФ.

Вычисляют преобразованные значения высоты H12 и H32:

Сначала вычисляют dA и dB.

A)

При выполнении условия обновляют значение dA:

B)

При выполнении условия обновляют значение dB:

Вычисляют значение уровня жидкости Hx:

1) Вычисляют временную переменную hx:

2) Оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) E1+H12+H2=502,22 мм, то есть условие hx>E1+H12+H2 не соблюдается.

B) E1+H12=102,22 мм, то есть условие hx>E1+H12 соблюдается, поэтому:

Hx=hx+E2-H12+H1=271,3+3-102,22+100=272,1 мм

Изобретение относится к области измерения уровня, в частности для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла. Сущность изобретения: уровнемер содержит одну металлическую измерительную трубку и один преобразователь. На верхнем участке металлической измерительной трубки имеется паропропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, а на нижнем участке металлической измерительной трубки имеется водопропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла. Внутри металлической измерительной трубки имеется изолирующая трубка, внутри которой снизу вверх установлены зонд №1, зонд №2 и зонд №3, которые отделены друг от друга и электрически развязаны. Указанные зонды соответствующим образом соединены с преобразователем посредством проводников. Указанный уровнемер выполнен с возможностью отслеживания в реальном времени диэлектрической проницаемости воды и пара, что позволяет с его помощью производить непрерывные точные измерения уровня жидкости в барабане парового котла в любых рабочих условиях, даже при включении, остановке, продувке котла и т.д. Технический результат: возможность вычисления значения уровня жидкости по показаниям диэлектрической проницаемости воды и пара, отслеживаемым в реальном времени. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Уровнемер для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых рабочих условиях, отличающийся тем, что он содержит металлическую измерительную трубку и преобразователь, причем на верхнем участке металлической измерительной трубки установлена паропропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, а на нижнем участке этой металлической измерительной трубки установлена водопропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, причем внутри указанной металлической измерительной трубки предусмотрена изолирующая трубка, внутри которой друг за другом снизу вверх установлены зонд №1, зонд №2 и зонд №3, которые отделены друг от друга, электрически развязаны и соединены с указанным преобразователем посредством соответствующих проводников зондов.

2. Уровнемер по п.1, отличающийся тем, что указанные проводники зондов являются экранированными проводниками, причем центральная жила экранированного проводника одним концом подсоединена к зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с экранирующим слоем к преобразователю.

3. Уровнемер по п.1, отличающийся тем, что указанные три зонда измеряют емкость поочередно, причем в тот момент, когда один из трех зондов производит замер, два других зонда прекращают измерения.

4. Способ определения уровня жидкости посредством уровнемера по п.1, отличающийся тем, что согласно указанному способу: измеряют значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3 во время работы уровнемера, используют параметры, заданные при калибровке уровнемера и отслеживают показания диэлектрической проницаемости воды и пара с использованием зонда №1 и зонда №3, причем:
сначала вычисляют dA и dB следующим методом:
A) при выполнении условия обновляют значение
dA:

B) при выполнении условия обновляют значение dB:

C) если указанные условия не выполняются, используют значения dA или dB, полученные при последнем обновлении;
D) сразу после включения уровнемера используют уставки по dA и dB, а затем вычисляют значение уровня жидкости Нх следующим методом:
1) вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости без учета Е2 и Е3:

2) по вычисленному значению hx оценивают относительное положение уровня жидкости и вычисляют фактический уровень жидкости Нх следующим методом:
A) если hx>E1+H1+H2, уровень жидкости находится в районе зонда №3:
Нx=hx+Е2+Е3
B) если условие А не выполняется и hx>E1+H1, уровень жидкости находится в районе зонда №2:
Hx=hx+E2
C) если условие В не выполняется, уровень жидкости находится не выше зонда №1, и тогда нет необходимости изменять Нх, то есть:
Hx=hx, где:
H1, H2 и Н3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно;
Се1, Се2 и Се3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3, соответственно, находящихся в воздушной среде;
Сx1, Сx2 и Сx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные в процессе работы уровнемера;
Е1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном;
Е2 и Е3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3;
L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки;
dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды;
dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара;
hx: временная переменная уровня жидкости;
Нх: значение уровня жидкости.

5. Способ определения уровня жидкости посредством уровнемера по п.1, отличающийся тем, что согласно указанному способу: измеряют значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3 во время работы уровнемера, используют параметры, установленные при калибровке уровнемера для жидкости, отслеживают показания диэлектрической проницаемости воды и пара посредством соответственно зонда №1 и зонда №3, и вычисляют и определяют преобразованные значения высоты H12 и Н32 зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2 по исходным значениям Се1, Се2, Се3 емкости и значениям Cm1, Cm2, Cm3 емкости при заполнении средой для всех трех зондов:


причем сначала вычисляют dA и dB следующим методом:
A) при выполнении условия обновляют значение
dA:

B) при выполнении условия обновляют значение dB:

C) если условия не выполняются, используют значения dA или dB, полученные при последнем обновлении;
D) сразу после включения уровнемера для жидкости используют уставки по dA и dB;
затем вычисляют значение уровня жидкости Нх:
1) вычисляют значение временной переменной hx уровня жидкости, ассоциируемое с преобразованными значениями высоты Н12 и Н32, без учета Е2 и Е3:

2) оценивают относительное положение уровня жидкости по вычисленному значению hx и вычисляют фактический уровень жидкости Нх следующим методом:
A) если hx>E1+H12+H2, уровень жидкости находится в районе зонда №3:

B) если условие А не выполняется и hx>E1+H12, уровень жидкости находится в районе зонда №2:
Нх=hx+Е2-Н12+H1
C) если условие А не выполняется и hx>E1+H12, уровень жидкости находится в районе зонда №1:

D) если условие С не выполняется, уровень жидкости находится ниже зонда №1 или же остается на прежнем уровне нижнего конца зонда №1:
Нх=Е1, где:
H1, Н2 и Н3: геометрическая высота зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно;
Н12 и Н32: преобразованные значения высоты соответственно зонда №1 и зонда №3 относительно высоты зонда №2;
Ce1, Ce2 и Се3: исходные значения емкости, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3, соответственно, находящихся в воздушной среде;
Cm1, Cm2, и Cm3: значения емкости при заполнении средой, то есть измеренные значения емкости для зонда №1, зонда №2 и зонда №3 соответственно, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой;
Сx1, Сx2 и Сx3: значения емкости зонда №1, зонда №2 и зонда №3, измеренные во время работы уровнемера;
Е1: расстояние от нижнего конца зонда №1 до осевой линии водопропускной трубки;
Е2 и Е3: промежутки соответственно между зондом №1 и зондом №2 и между зондом №2 и зондом №3;
L: длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной трубки и паропропускной трубки;
dA: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды;
dB: приращение емкости между измерительными зондами и металлической измерительной трубкой на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение величины dB отражает изменение диэлектрической проницаемости пара;
hx: временная переменная уровня жидкости;
Нх: значение уровня жидкости.