СПОСОБ СБОРКИ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД Российский патент 2022 года по МПК G01F23/26 

[0001] ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Предложенное техническое решение относится к измерительной технике, предназначено для измерения уровней границ раздела сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

[0003] УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] Известен емкостной датчик уровня жидкостей, описанный в патенте US 3901079, опубликованном 26.08.1975 на 12 листах (Д1). Известный из Д1 емкостной датчик уровня жидкостей содержит корпус для размещения электронного вычислительного оборудования датчика, соединенный с корпусами для размещения электродных зондов датчика.

[0005] Недостатком известного из Д1 датчика является его низкая эксплуатационная надежность и высокая погрешность измерений, вызванные, главным образом, недостаточно эффективным и надежным конструктивным исполнением корпуса для размещения электродных зондов датчика.

[0006] РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является создание емкостного датчика уровня границы раздела сред, обладающего высокой эксплуатационной надежностью и высокой точностью измерений, способного измерять уровни границ раздела жидких сред с разной диэлектрической проницаемостью без необходимости осуществления дополнительной калибровки емкостного датчика.

[0008] Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является устранение недостатков прототипа, повышение надежности и технологичности конструкции, и, как следствие, повышение точности измерений уровня границы раздела сред, а также обеспечение возможности измерять уровни границ раздела жидких сред с разной диэлектрической проницаемостью без необходимости осуществления дополнительной калибровки емкостного датчика.

[0009] Технический результат достигается за счет того, что обеспечивается способ сборки емкостного датчика уровня границы раздела сред, заключающийся в выполнении этапов, на которых: А) соединяют основание емкостного датчика с закладными втулками, соединенными с металлическими стержнями; Б) устанавливают электронный вычислительный блок в нишу для электронного вычислительного блока на основании емкостного датчика и соединяют электронный вычислительный блок с упомянутыми металлическими стержнями; В) соединяют выходной кабель со входом упомянутого вычислительного блока; Г) устанавливают крышку, закрывающую нишу для упомянутого вычислительного блока и герметизируют ее компаундом через отверстие с резьбой для подсоединения выходного кабеля; Д) закручивают выходной кабель в упомянутое отверстие с резьбой; Е) предварительно калибруют емкостной датчик после перехода компаунда в твердое агрегатное состояние; Ж) навинчивают электроды на металлические стержни; 3) устанавливают корпус для электродов путем его нанизывания на электроды и жесткого закрепления корпуса для электродов в воротниковой части основания; причем емкостный датчик уровня границы раздела сред представляет собой емкостный датчик уровня границы раздела сред, содержащий: основание; чувствительный элемент датчика; причем основание содержит: первую часть, содержащую нишу с крышкой для герметичного размещения электронного вычислительного блока и отверстием для выходного кабеля электронного вычислительного блока; вторую часть, которая: преимущественно по центру в области первой части имеет отверстия для закладных втулок; на боковой поверхности имеет отверстия для крепежных элементов; на боковой поверхности имеет вентиляционные отверстия; причем чувствительный элемент датчика представляет собой корпус для электродов, представляющий собой металлический профиль, образованный соединением, нескольких трубок между собой, содержащий элемент жесткости, соединяющий граничащие упомянутые трубки профиля; при этом каждая трубка профиля содержит вентиляционное отверстие, размещаемое соосно с упомянутым соответствующим вентиляционным отверстием на боковой поверхности упомянутой воротниковой части; при этом корпус для электродов содержит жестко зафиксированные в каждой из трубок профиля электроды, представляющие собой металлические трубки, обладающие одинаковой погонной емкостью, но различающиеся по длине, причем основной электрод выполнен по длине, преимущественно равной длине корпуса для электродов, а каждый компенсационный электрод выполнен по длине, меньшей, чем длина основного электрода; причем чувствительный элемент датчика соединен с основанием через отверстия для крепежных элементов; причем основной электрод и каждый компенсационный электрод соединены с электронным вычислительным блоком посредством металлических стержней, соединенных с закладными втулками, которые соединены с отверстиями для закладных втулок.

[0010] КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения описываются далее подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые включены в данный документ посредством ссылки, и на которых:

[0012] На фиг. 1 представлен примерный общий вид предпочтительного варианта исполнения заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0013] На фиг. 2 представлен примерный общий вид компонентного состава для предпочтительного варианта исполнения заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0014] На фиг. 3 представлен примерный вид сечения корпуса для электродов для предпочтительного варианта исполнения заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0015] На фиг. 4 представлен примерный общий вид первого альтернативного варианта исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0016] На фиг. 5 представлен примерный вид сечения корпуса для электродов для примерного первого альтернативного варианта исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0017] На фиг. 6 представлен примерный общий вид второго альтернативного варианта исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0018] На фиг. 7 представлен примерный вид сечения корпуса для электродов для примерного второго альтернативного варианта исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0019] На фиг. 8-11 представлен примерный вид сечения корпуса для электродов для примерных других альтернативных вариантов исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0020] На фиг. 12-21 схематично представлены примерные иные варианты исполнения сечения корпуса для электродов для примерных других альтернативных вариантов исполнения емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0021] На фиг. 22 представлен примерный способ использования соединительной муфты для корпуса для электродов емкостного датчика.

[0022] На фиг. 23-24 представлена примерная принципиальная электрическая схема заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0023] На фиг. 25 представлена примерная общая схема системы мониторинга расхода жидкости.

[0024] На фиг. 26 представлено примерное наиболее типичное размещение заявленного емкостного датчика в емкости с измеряемой средой.

[0025] На фиг. 27 представлено примерное наиболее типичное размещение нескольких заявленных емкостных датчиков в емкости с измеряемой средой.

[0026] На фиг. 28 представлено наиболее типичное размещение нескольких заявленных емкостных датчиков в емкости с измеряемой средой, обладающей неравномерное геометрией.

[0027] На фиг. 29 представлено примерное наиболее типичное размещение заявленного емкостного датчика в вертикальной емкости с измеряемой средой.

[0028] На фиг. 30 представлена примерная схема осуществления способа сборки компонентов заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0029] На фиг. 31 представлена примерная схема осуществления способа предварительной калибровки заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0030] На фиг. 32 представлена примерная схема осуществления способа измерения уровня границы раздела сред при использовании заявленного емкостного датчика измерения уровня границы раздела сред.

[0031] ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] Далее приводятся варианты осуществления настоящего изобретения, раскрывающие примеры его реализации в частных исполнениях. Тем не менее, само описание не предназначено для ограничения объема прав, предоставляемых данным патентом. Скорее, следует исходить из того, что заявленное изобретение также может быть осуществлено другими способами таким образом, что будет включать в себя отличающиеся элементы и условия или комбинации элементов и условий, аналогичных элементам и условиям, описанным в данном документе, в сочетании с другими существующими и будущими технологиями.

[0033] На фиг. 1 в качестве примера, но не ограничения, представлен примерный предпочтительный вариант исполнения заявленного емкостного датчика уровня границы раздела сред 100 (датчика 100). Как видно из фиг. 1, заявленный датчик 100 в целом состоит из основания 1010 и корпуса 1020 для электродов датчика 100, который при размещении в нем электродов является чувствительным элементом датчика 100.

[0034] На фиг. 2 в качестве примера, но не ограничения, представлен примерный общий вид компонентного состава для одного из предпочтительных вариантов исполнения заявленного датчика 100. Как видно из фиг. 2, компонентный состав датчика 100 может определяться наличием следующих компонентов: основания 1010; корпуса 1020 для электродов 1031, 1032, необязательно с, по меньшей мере, одним элементом жесткости 1021 и необязательно с, по меньшей мере, одной соединительной муфтой 1028 (фиг. 22); электродов 1031, 1032, необязательно с распорными кольцами 1033; закладных втулок 1040, необязательно с уплотнительными кольцами 1041; металлических соединительных стержней 1050; электронного вычислительного блока 1060.

[0035] Основание 1010 предназначено для размещения в нем электронного вычислительного блока 1060, который будет описан далее подробно, и соединения электродов 1031, 1032 датчика с входом электронного вычислительного блока 1060. Основание 1010 наиболее типично выполнено в форме воротникового фланца, первая часть которого, например, не ограничиваясь, плоская часть 1011, может быть выполнена любой формы, например, не ограничиваясь в форме круга, эллипса или в форме многоугольника, а вторая часть которого, например, не ограничиваясь, воротниковая часть 1012, предпочтительно, но не ограничиваясь, выполняется в форме крепежной втулки, форма отверстия которой также может быть любой, например, не ограничиваясь, в форме круга, эллипса или в форме многоугольника. Как станет очевидно далее специалисту в данной области техники, форма крепежной втулки и, соответственно, отверстия воротниковой части 1012, главным образом, определяются формой сечения корпуса 1020 для электродов 1031, 1032 датчика и выбираются такими, чтобы обеспечить надежную фиксацию корпуса 1020 для электродов 1031, 1032 в воротниковой части 1012. Помимо этого, отличием от обычного воротникового фланца является то, что основание 1010 не содержит сквозного отверстия по центру воротниковой части 1012, а содержит несколько сквозных содержащих резьбу отверстий (на чертежах не показано) количество которых соответствует количеству электродов 1031, 1032 датчика. Упомянутые содержащие резьбу отверстия выполняются таким образом, чтобы обеспечить такое размещение корпуса 1020 для электродов 1031, 1032, чтобы монтажные отверстия трубок 1022, 1023 корпуса 1020 для электродов 1031, 1032 были размещены соосно с соответствующими упомянутыми содержащими резьбу отверстиями. Для крепления корпуса 1020 для электродов 1031, 1032 к воротниковой части 1012 в ней по бокам выполнены отверстия 10121 для крепежных элементов, которыми могут быть, не ограничиваясь, вытяжные заклепки. Кроме того, в воротниковой части 1012 предпочтительно, хотя и необязательно, также с противоположных сторон выполнены предпочтительно ассиметрично по близости к плоской части 1011 вентиляционные отверстия 10122, предназначенные для поступления газа (смеси газов) внутрь корпуса 1020 для электродов 1031, 1032 и обеспечения равного уровня измеряемой среды в сообщающихся сосудах, один из которых является упомянутым корпусом 1020, а другой - емкостью для измеряемой среды. Помимо этого, со стороны, обратной стороне, на которой размещена воротниковая часть 1012, плоская часть 1011 содержит нишу 1013 для размещения электронного вычислительного блока 1060. Как станет очевидно далее специалисту в данной области техники, форма ниши 1013 также может быть любой, например, не ограничиваясь, круглой, в форме эллипса или многоугольной, и определяется главным образом формой печатной платы электронного вычислительного блока 1060. Тем не менее, форма ниши 1013 должна быть выбрана такой, чтобы была обеспечена возможность надежной герметизации ниши компаундом после установки электронного вычислительного блока 1060 с последующей установкой крышки 1014 для ниши 1013. Помимо этого, форма ниши 1013 должна быть выбрана такой, чтобы обеспечить возможность вывода содержащего разъем выходного кабеля 1063 электронного вычислительного блока 1060 через отверстие 1015 в нише 1013. Помимо этого, в дальнейшем ниша 1013 с установленным в ней вычислительным блоком 1060, накрытым крышкой 1014 для ниши 1013, может быть накрыта крышкой 1070, выполняемой, предпочтительно из сополимерных материалов, таких как полиацеталь, полиамид, поликарбонат и тому подобных материалов в форме, позволяющей обеспечить достаточное накрытие ниши 1013.

[0036] Предпочтительно, чтобы основание 1010 было выполнено из металла. Тем не менее, при обеспечении достаточной жесткости конструкции, основание 1010 также может быть выполнено из сополимера или из его комбинаций, в том числе, с металлом. Предпочтительно, чтобы основание 1010 изготавливалось литьем под давлением или фрезерованием.

[0037] Корпус 1020 для электродов 1031, 1032 (корпус 1020) представляет собой, металлический профиль, образованный соединением, по меньшей мере, двух трубок одинаковой или неодинаковой (например, когда используется без соединительной муфты и компенсационный электрод 1032 короче основного электрода 1031) длины между собой, по меньшей мере, частично по длине профиля. Необязательно корпус 1020 может содержать одно или несколько ребер жесткости 1021, выполняемых, предпочтительно, хотя и не обязательно, по всей длине корпуса 1020 и соприкасающихся с каждой из трубок, или, по меньшей мере, с двумя соседствующими трубками. Упомянутые трубки имеют монтажные отверстия 1022, 1023 и входные отверстия 1024, 1025 (на фиг. 2 не показаны). Как видно из фиг. 2, предпочтительно, чтобы в месте соединения упомянутого корпуса 1020 с упомянутой воротниковой частью 1012 упомянутого основания 1010 были выполнены соответствующие вентиляционные отверстия 10201, размещаемые соосно соответствующим вентиляционным отверстиям 10122 в воротниковой части 1012, за счет чего обеспечивается поступление воздуха внутрь упомянутого корпуса 1020. Помимо этого, каждая трубка может иметь, по меньшей мере, одну прорезь 1026 (например, фиг.3), выполненную, по меньшей мере, частично по длине трубки на, по меньшей мере, одной своей стороне, граничащей с измеряемой средой. Предпочтительно, чтобы прорезь 1026 была выполнена по всей длине каждой трубки. Предпочтительно, чтобы ширина прорези не превышала 15 мм. Хотя также и предпочтительно, чтобы прорези 1026 на каждой из трубок выполнялись симметрично или под равными углами по отношению друг к другу, тем не менее, прорези 1026 могут быть выполнены и иным образом, например, не ограничиваясь, под неравными углами по отношению друг к другу. Вместе с тем, основным назначением прорезей 1026 является обеспечение доступа измеряемой среды в корпус 1020 со стороны каждой трубки, содержащей электрод 1031 или 1032. Исходя из этого, выполнение прорезей 1026 должно осуществляться таким образом, чтобы в месте соединения упомянутого корпуса 1020 с упомянутой воротниковой частью 1012 упомянутого основания 1010 упомянутые прорези 1026 были размещены соосно вентиляционным отверстиям 10122, за счет чего будет обеспечено поступление газа (смеси газов) внутрь упомянутого корпуса 1020. В основании корпуса 1020 выполнены отверстия 1027, соосные отверстиям 10121 в воротниковой части 1012 основания 1010, через которые осуществляется скрепление корпуса 1020 и основания 1010. Таким образом, за счет выполнения прорези 1026, в отличие от прототипа и подобных ему устройств, может быть дополнительно обеспечена безинерционность измерений, и исключено закупоривание трубки из-за парафинизации измеряемой среды, что, как следствие приведет к еще большему повышению надежности и технологичности конструкции и, также, как следствие, к повышению точности измерения уровня границы раздела сред.

[0038] На фиг. 3-21 в качестве примера, но не ограничения, продемонстрированы примерные возможные варианты исполнения сечения трубок, образующих корпус 1020. При этом предпочтительно, хотя и не обязательно, чтобы в зависимости от формы сечения изменялась также и форма электродов 1031, 1032, таким образом, чтобы соответствовать форме сечения трубок, образующих корпус 1020 - благодаря этому может быть обеспечена большая площадь конденсатора, что позволит получить более точные измерения. При этом, хотя представленные на фиг. 3-21 примерные возможные варианты исполнения сечения трубок, образующих упомянутый корпус 1020, содержат прорези 1026, предпочтительно, чтобы они содержали соответствующие вентиляционные отверстия 10201, а доступ измеряемой среды внутрь упомянутых трубок осуществлялся за счет входных отверстий 1024, 1025. Таким образом, упомянутые вентиляционные отверстия 10201 и прорези 1026 являются эквивалентными по своему первичному назначению. С учетом того, что такая форма сечения может быть любой, в частности, не ограничиваясь, в форме окружности, эллипса или многоугольника или их комбинаций, а электродов 1031, 1032 может быть более, чем два, специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что основным принципом при конструировании корпуса 1020 служит то, что корпус 1020 в целом должен обладать достаточной жесткостью на изгиб, обеспечивать надежную жесткую фиксацию электродов 1031, 1032 внутри трубок, обеспечивать возможность изготовления прорези 1026. Эти требования наиболее актуальны в случае большой длины корпуса 1020, так как при большой длине корпуса 1020 в процессе эксплуатации может произойти изгиб по его длине, что приведет к нарушению геометрии чувствительного элемента датчика, образуемого внешней границей корпуса 1020 и электродами 1031, 1032, помещенными в его трубки. Такое изменение геометрии приводит к существенному снижению точности в измерениях и снижает эксплуатационную надежность датчика в целом. Для обеспечения достаточной жесткости на изгиб корпус 1020 необязательно может быть дополнен, по меньшей мере, одним элементом жесткости 1021. Такой элемент жесткости 1021, как было сказано ранее, выполняется по всей длине корпуса 1020 в месте соприкосновения, по меньшей мере, двух трубок. Такой элемент жесткости обеспечивает дополнительную жесткость на изгиб и предотвращает нежелательные изменения геометрии чувствительного элемента датчика. В некоторых случаях, например, как показано на фиг.5, 10, 11, 12, 21, сечение корпуса 1020 выполнено таким, что уже обеспечивает достаточную жесткость и выполнение элемента жесткости 1021 не требуется. Форма сечения такого элемента жесткости 1021 при этом также выбирается такой, чтобы обеспечивалась достаточная жесткость на изгиб корпуса 1020 в целом. В качестве примера формы сечений такого элемента жесткости 1021, отличные от окружности, приведены на фиг. 8, 14, 16, 17, 19, 20.

[0039] Чувствительный элемент датчика 100 образован путем размещения в корпусе 1020 электродов 1031 и 1032, которые таким образом образуют несколько емкостных измерительных каналов, один из которых является основным, а остальные - компенсационными. Электроды 1031 и 1032 обладают идентичными параметрами, в частности, обладают идентичной погонной емкостью, но, тем не менее, различаются по длине. Электрод 1031 является основным и выполнен преимущественно на всю длину корпуса 1020, а электрод 1032 или электроды 1032 являются компенсационными и выполнены на длину меньшую, в частности, но не ограничиваясь, много меньшую, чем длина электрода 1031. Электроды 1031, 1032 предпочтительно жестко фиксируются внутри соответствующих трубок корпуса 1020. В некоторых случаях фиксация электродов 1031, 1032 может осуществляться посредством нанизывания на них распорных колец 1033, обладающих выступами по краям, позволяющими, по меньшей мере, частично создать упор к стенкам трубки, и, по меньшей мере, частично обеспечить фиксацию кольца за счет выступа в прорези 1026. Упомянутые распорные кольца 1033 предпочтительно размещаются таким образом, чтобы обеспечить наилучшую центровку электрода 1031, 1032 в соответствующей трубке корпуса 1020. При этом специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в зависимости от длины электрода 1031, 1032 для обеспечения его жесткой фиксации в трубке корпуса 1020 может быть достаточно как одного распорного кольца 1033 (если длина электрода мала, как в случае с электродами 1032), так и нескольких распорных колец 1033 (если длина электрода велика, как в случае с электродом 1031). При этом следует исходить из того, что количество распорных колец 1031 должно быть таким, чтобы влияние на точность измерений была минимальной, но обеспечивалась достаточно жесткая фиксация электродов 1031, 1032 в трубках корпуса 1020 для сохранения стабильности геометрии чувствительного элемента датчика 100.

[0040] Упомянутые электроды 1031, 1032 представляют собой выполненные из металла трубки. В случае если датчик 100 используется для измерения уровня раздела границы сред, одной из которых является диэлектрическая жидкость, например, не ограничиваясь, керосин, бензин, другие виды топлива, электроды 1031, 1032 не требуют дополнительных улучшений. Вместе с тем, в случае если датчик 100 используется для измерения уровня раздела границы сред, одной из которых является жидкость, обладающая электропроводностью, например, не ограничиваясь, вода, электроды 1031, 1032 дополнительно по всей своей длине снабжаются изолирующей оболочкой, такой, как, например, не ограничиваясь, фторопластовая оболочка.

[0041] Соединение измерительных каналов со входом электронного вычислительного блока 1060 осуществляется посредством содержащих резьбу металлических стержней 1050, на которые навинчены предпочтительно выполненные из диэлектрического материала закладные втулки 1040 образом, показанным на фиг. 2. Необязательно закладные втулки 1040 могут содержать уплотнительные кольца 1041. Закладные втулки 1040 содержат в верхней своей части резьбу, которая позволяет обеспечить их резьбовое соединение с упомянутыми содержащими резьбу отверстиями в плоской части 1011 основания 1010. Тем не менее, следует исходить из того, что соединение электродов 1031, 1032 с электронным вычислительным блоком 1060 должно быть герметичным, и специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что выше продемонстрирован лишь отдельный вариант осуществления такого соединения. Со стороны ниши 1013 и, соответственно, электронного вычислительного блока 1060, электрическое соединение металлических стержней 1050, которые таким образом являются продолжениями электродов 1031, 1032, с входом электронного вычислительного блока 1060 осуществляется посредством установки и фиксации на закладных втулках 1040 электродов 1031, 1032 посредством, например, не ограничиваясь, гаек, гроверных шайб и жидкого фиксатора резьбового соединения.

[0042] Длина корпуса 1020 может быть существенно увеличена благодаря соединительной муфте 1028 (фиг. 22), которая представляет собой цилиндр, который предпочтительно в сечении или, по меньшей мере, в сечении своих отверстий в своих основаниях, повторяет общее сечение корпуса 1020 и на своей боковой поверхности содержит соосные прорези 10281, выполненные преимущественно по всей высоте муфты и на большей площади боковой поверхности. Таким образом, следует исходить из того, что такая соединительная муфта 1028 обеспечивает минимальное влияние на общую геометрию чувствительного элемента датчика 100, особенно с учетом того, что ее длина много меньше длины корпуса 1020. При этом те части боковой поверхности муфты 1028, которые не содержат прорези 10281, выполнены таким образом, чтобы при соединении с корпусом 1020 не перекрывать прорези 1026 корпуса 1020, если корпус 1020 их имеет. Соединительная муфта 1028 предназначена для жесткого и надежного соединения двух идентичных по геометрии и необязательно по длине корпусов 1020 между собой. Электрод 1031 (при необходимости и электрод 1032) при этом обеспечивается соединением двух частей электрода 1031 между собой посредством металлического стержня 1029, например, не ограничиваясь, металлического стержня, аналогичного металлическому стержню 1050, с использованием аналогичных крепежных элементов. Соединение муфты 1028 с соответствующими частями корпуса 1020 при этом осуществляется, например, не ограничиваясь, посредством прижимных винтов 10282.

[0043] Предпочтительно, хотя и необязательно, чтобы электроды 1031, 1032, корпус 1020, соединительная муфта 1028 и соединительные стержни 1050 были выполнены из одного и того же материала.

[0044] Электронный вычислительный блок 1060 служит для генерации магнитного поля в чувствительном элементе датчика 100 и преобразования получаемого аналогового сигнала в цифровой сигнал, который может быть передан в блок визуализации или в систему мониторинга расхода жидкости. Как показано на фиг. 23 и фиг. 24, электронный вычислительный блок 1060 наиболее типично содержит аналоговую часть 1061 и цифровую часть 1062. Аналоговая часть 1061 наиболее типично содержит: RC генератор, образованный сопротивлениями и емкостями измеряемых каналов 1031, 1032, необязательно емкостной гальванический изолятор образованный конденсаторами С1, С3, предназначенный для защиты от короткого замыкания на входе вычислительного блока 1060 для случаев, когда измеряемая среда является горючей, аналоговый ключ 10611, предназначенный для переключения между измерительными каналами 1031, 1032, причем в зависимости от количества измерительных каналов может быть обеспечено большее число входов аналогового ключа 10611 и, соответственно, дополнительные конденсаторы для обеспечения дополнительных емкостных гальванических изоляторов, компаратор 10612, предназначенный для выявления импульсов частоты, поступающих с RC генератора, обладающих амплитудой выше определенного заданного порогового напряжения для их последующего подсчета, источник опорного напряжения 10613, предназначенный для обеспечения стабильного опорного напряжения, необязательно, формирователь прямоугольных импульсов 10614, предназначенный для выравнивания непрямоугольных импульсов, выявленных компаратором, и гальванический изолятор 10615 (емкостного или индуктивного типа), предназначенный для защиты от короткого замыкания на выходе аналоговой части 1061 вычислительного блока 1060 для случаев, когда измеряемая среда является горючей. Цифровая часть 1062 наиболее типично содержит микроконтроллер 10621, соединенный с энергонезависимой памятью 10622, кварцевым генератором 10623, и интерфейсом 10624, таким как, например, не ограничиваясь интерфейс RS-485. При этом специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что энергонезависимая память, интерфейс и кварцевый генератор могут быть выполнены и в качестве самостоятельных электронных компонентов, и в качестве компонентов, входящих в состав микроконтроллера как такового. При этом, как видно из фиг. 23 и 24, в качестве примера, но не ограничения гальванический изолятор 10615 может быть снабжен фильтрующими емкостями питания, предназначенными для повышения надежности работы схемы вычислительного блока 1060. В свою очередь, в качестве примера, но не ограничения, схема подключения энергонезависимой памяти 10622 может содержать сопротивление для обеспечения выбора режима работы и фильтрующую емкость питания, предназначенную для повышения надежности работы. В свою очередь, в качестве примера, но не ограничения, кварцевый генератор 10623 может содержать обвязку в виде выравнивающих импеданс сопротивлений и предназначенных для обеспечения стабильности частоты работы кварцевого генератора конденсаторов. В свою очередь, в качестве примера, но не ограничения, интерфейс 10624 на входе схемы вычислительного блока 1060 может содержать сопротивления для защиты от электростатических и кондуктивных помех, снабженные супрессорами (защитными диодами), предназначенными для защиты от электростатических разрядов и кондуктивных помех большой амплитуды.

[0045] Генерируемый в ходе измерений электронным вычислительным блоком 1060 цифровой сигнал посредством выходного кабеля 1063 передается в блок визуализации для отображения текущих измерений и/или в систему мониторинга расхода жидкости. Как показано на фиг. 25 наиболее типично такая система 200 мониторинга расхода жидкости может содержать один или несколько датчиков 100 и серверное устройство 200. При этом в таком случае датчики 100 соединены с приемопередающим устройством 101 или множеством приемо-передающих устройств 101, обеспечивающим проводное, или беспроводное, или комбинированное соединение датчиков 100 с серверным устройством 200. Такое приемо-передающие устройство выполнено с возможностью передачи информации, поступающей с выходного кабеля 1063 датчика 100 на серверное устройство 200. В некоторых случаях такое приемопередающее устройство 101 может быть снабжено навигационным оборудованием для передачи на серверное устройство также и информации о местоположении соответствующего датчика 100. В свою очередь, серверное устройство 200, которое наиболее типично выполнено в виде компьютерного устройства, содержащего процессор, память и, необязательно, устройства ввода/вывода, выполнено с возможностью получения информации от соответствующих приемо-передающих устройств 101, ее обработки и предоставления, в том числе, посредством веб-интерфейса, сведений о статусе и/или местоположении каждого датчика 100.

[0046] На фиг. 26-29 продемонстрированы примерные способы размещения датчика 100 в емкости 300 с измеряемой средой. Такой емкостью 300 может быть любая пригодная емкость, такая как, не ограничиваясь, канистра, в том числе, топливная канистра, бак, в том числе, топливный бак, в том числе, ракетный топливный бак, цистерна, в том числе, автоцистерна или железнодорожная цистерна, резервуар, в том числе, танкерный резервуар или подземный резервуар и тому подобное. Верхняя стенка пригодной емкости является, по меньшей мере, частично сплошной. В этой сплошной ее части на основание 1010 жестко устанавливается датчик 100 таким образом, чтобы его чувствительный элемент (корпус 1020 с электродами 1031, 1032) был ориентирован вертикально и располагался преимущественно в центральной части емкости 300. В зависимости от размеров емкости 300 для обеспечения достаточной точности измерений емкость 300 может содержать несколько датчиков 100 (фиг. 27). Кроме того, в зависимости от геометрии емкости 300, корпус 1020 удлиняется посредством аналогичного корпуса через соединительную муфту 1028 (фиг. 29). Кроме того, в случае использования нескольких датчиков 100 в одной емкости 300, обладающей преимущественно постоянной по периметру геометрией (фиг. 27), предпочтительно обеспечивается размещение датчиков 100 в противоположных углах емкости. Кроме того, в случае использования нескольких датчиков 100 в одной емкости 300, обладающей непостоянной по периметру геометрией, например, обладающей различной высотой в разных своих частях (фиг. 28), предпочтительно обеспечивается размещение датчиков 100 в центре каждой такой части, как если бы единственный датчик 100 размещался в емкости 300, обладающей преимущественно постоянной геометрией.

[0047] Как показано на фиг. 30, предпочтительно, чтобы сборка датчика 100 посредством способа 400 сборки происходила следующим образом. На этапе 401 закладные втулки 1040, соединенные с металлическими стержнями 1050, соединяют с основанием 1010 посредством упомянутых содержащих резьбу отверстий. Затем на этапе 402 осуществляют установку электронного вычислительного блока 1060 в нишу 1013. Затем на этапе 403 производят припайку выходного кабеля 1063 к вычислительному блоку 1060. После этого на этапе 404 осуществляют установку крышки 1014, чтобы закрыть нишу 1013, после чего осуществляют герметизацию компаундом через отверстие с резьбой 1015. После этого на этапе 405 осуществляют закручивание выходного кабеля 1063 в отверстие с резьбой 1015. После достаточного затвердевания компаунда в рамках этапа 406 осуществляют предварительную калибровку, заключающуюся в приведении значений, получаемых с компенсационных измерительных каналов, являющихся одним или несколькими каналами, образованными на данном этапе одним или несколькими металлическими стержнями 1050, к значению, полученному с основного измерительного канала, являющегося только одним каналом, образованным на данном этапе только одним металлическим стержнем 1050, вычисляют поправочные коэффициенты и осуществляют их запись в энергонезависимую память вычислительного блока 1060. Затем на этапе 407 электроды 1031 и 1032 навинчивают на металлические стержни 1050 за счет чего обеспечивается их первичное соединение с электронным вычислительным блоком 1060. Необязательно на данном этапе в рамках этапа 4071 электроды 1031, 1032 могут быть снабжены изоляцией. После этого на этапе 408 устанавливают корпус 1020 путем нанизывания его на электроды 1031, 1032, причем корпус 1020 жестко закрепляют в воротниковой части 1012 основания 1010, например, не ограничиваясь, с помощью вытяжных заклепок, а электроды 1031, 1032 при необходимости жестко фиксируют в трубках корпуса 1020 посредством распорных колец 1033.

[0048] Как показано на фиг. 31, предпочтительно, чтобы упомянутая предварительная калибровка датчика 100 в рамках этапа 406 осуществлялась следующим образом.

[0049] На этапе 4061 измеряют емкость основного измерительного канала.

[0050] На необязательном этапе 40611 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 для получения приведенного значения емкости основного измерительного канала приводят измеренное значение емкости основного измерительного канала к значению емкости при эталонной температуре, используя для этого коэффициент температурной компенсации, значение которого было предварительно записано в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0051] На этапе 4062 измеряют емкость каждого компенсационного измерительного канала.

[0052] На необязательном этапе 40621 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 для получения приведенного значения емкости компенсационного измерительного канала приводят измеренное значение емкости каждого компенсационного измерительного канала к значению емкости при эталонной температуре, используя для этого коэффициент температурной компенсации, значение которого было предварительно записано в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0053] На этапе 4063 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 для получения значений первичных поправочных коэффициентов вычисляют разности между каждым значением (приведенным значением) емкости компенсационного измерительного канала и значением (приведенным значением) емкости основного измерительного канала.

[0054] На этапе 4064 для получения набора первичных поправочных коэффициентов итеративно повторяют операции этапов 4061-4063 в течение определенного временного промежутка, который, предпочтительно, не превышает 30 минут.

[0055] На этапе 4065 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 для получения значения усредненного поправочного коэффициента вычисляют это значение на основании первичных значений поправочных коэффициентов из набора первичных значений поправочных коэффициентов и записывают полученное усредненное значение поправочного коэффициента в энергонезависимую память вычислительного блока 1060 датчика 100.

[0056] Как показано на фиг. 32, предпочтительно, чтобы измерение уровня границы раздела сред в рамках способа 500 измерения уровня границы раздела сред осуществлялось следующим образом.

[0057] На этапе 501 осуществляют калибровку датчика 100 следующим образом.

[0058] На этапе 5011 устанавливают датчик 100 в емкость, не содержащую измеряемую среду.

[0059] На этапе 5012 измеряют значения емкостей основного и каждого компенсационного измерительных каналов датчика 100 для емкости, не содержащей измеряемую среду, при этом каждое измерение значения емкости каждого компенсационного измерительного канала осуществляют с учетом усредненного поправочного коэффициента, значение которого содержится в энергонезависимой памяти вычислительного блока 1060.

[0060] На необязательном этапе 50121 для получения приведенных значений емкостей измерительных каналов для емкости, не содержащей измеряемую среду, значения емкостей измерительных каналов, измеренные на этапе 5012, посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 приводят к значениям емкостей измерительных каналов при эталонной температуре, используя для этого коэффициент температурной компенсации, значение которого было предварительно записано в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0061] На этапе 5013 заполняют емкость эталонной измеряемой средой до максимально допустимого уровня для этой емкости.

[0062] На этапе 5014 измеряют значения емкостей основного и каждого компенсационного измерительного канала датчика 100 для емкости, содержащей эталонную измеряемую среду, при этом каждое измерение значения емкости каждого компенсационного измерительного канала осуществляют с учетом усредненного поправочного коэффициента, значение которого содержится в энергонезависимой памяти вычислительного блока 1060.

[0063] На необязательном этапе 50141 для получения приведенных значений емкостей измерительных каналов для емкости, содержащей эталонную измеряемую среду, значения емкостей измерительных каналов, измеренные на этапе 5014, посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 приводят к значениям емкостей измерительных каналов при эталонной температуре, используя для этого коэффициент температурной компенсации, значение которого было предварительно записано в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0064] На этапе 5015 на основании полученных на этапах 5012 и 5014 значений или на основании полученных на этапах 50121 и 50141 приведенных значений посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 вычисляют калибровочные значения разности емкостей, используя попарно каждое значение емкости компенсационного канала, полученное в рамках этапов 5012 и 5014, и значение емкости основного измерительного канала, полученное в рамках этапов 5012 и 5014, или используя попарно каждое приведенное значение емкости компенсационного канала, полученное в рамках этапов 50121 и 50141, и приведенное значение емкости основного измерительного канала, полученное в рамках этапов 50121 и 50141, и записывают полученные калибровочные значения разности емкостей в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0065] На этапе 5016, который может предшествовать этапу 5015 или быть выполнен параллельно этапу 5015, на основании полученных на этапах 5012 и 5014 значений или на основании полученных на этапах 50121 и 50141 приведенных значений посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 вычисляют динамический диапазон уровня границы раздела сред, причем динамический диапазон уровня границы раздела сред является разностью между значением емкости основного измерительного канала для полной емкости и значением емкости основного измерительного канала для пустой емкости, и записывают полученные значения динамического диапазона уровня границы раздела сред в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0066] На этапе 502 осуществляют измерение уровня границы раздела сред при помощи откалиброванного в рамках этапа 501 датчика 100 следующим образом.

[0067] На этапе 5021 заполняют емкость измеряемой средой до уровня при котором наиболее длинный компенсационный канал датчика 100 по меньшей мере частично погружен в измеряемую среду, при этом измеряемая среда отличается от эталонной среды; или заполняют емкость эталонной измеряемой средой до любого допустимого для этой емкости уровня.

[0068] На этапе 5022 измеряют значения емкостей основного и каждого компенсационного измерительного канала датчика 100 для емкости, содержащей измеряемую среду, при этом каждое измерение значения емкости каждого компенсационного измерительного канала осуществляют с учетом усредненного поправочного коэффициента, значение которого содержится в энергонезависимой памяти вычислительного блока 1060.

[0069] На необязательном этапе 50221 для получения приведенных значений емкостей измерительных каналов для емкости, содержащей измеряемую среду, значения емкостей измерительных каналов, измеренные на этапе 5022, посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 приводят к значениям емкостей измерительных каналов при эталонной температуре, используя для этого коэффициент температурной компенсации, значение которого было предварительно записано в энергонезависимую память вычислительного блока 1060.

[0070] На этапе 5023 для получения значений разности емкостей посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 вычисляют значения разности емкостей, используя попарно каждое значение емкости компенсационного канала, полученное в рамках этапа 5022, и значение емкости основного измерительного канала, полученное в рамках этапа 5022, или используя попарно каждое приведенное значение емкости компенсационного канала, полученное в рамках этапа 50221, и приведенное значение емкости основного измерительного канала, полученное в рамках этапа 50221.

[0071] На этапе 5024 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 для получения значения коэффициента коррекции сравнивают полученные в рамках этапа 5023 значения разности емкостей с калибровочными значениями разности емкостей, и вычисляют отношение разностей емкостей, являющееся коэффициентом коррекции.

[0072] На этапе 5025 для получения значения емкости уровня границы раздела сред каждое значение емкости основного измерительного канала посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 приводят к значению емкости уровня границы раздела сред, используя для этого коэффициент коррекции, значение которого было получено в рамках этапа 5024.

[0073] На этапе 5026 посредством микроконтроллера вычислительного блока 1060 используют полученные значения емкостей уровня границы раздела сред для определения относительного уровня границы раздела сред в соответствии со значениями динамического диапазона, содержащимися в памяти вычислительного блока 1060.

[0074] Благодаря получению значения усредненного поправочного коэффициента на этапе 4065 обеспечивается возможность измерения уровня границы раздела сред с диэлектрической проницаемостью, отличной от диэлектрической проницаемости эталонной измеряемой среды. Таким образом, за счет использования усредненного поправочного коэффициента не требуется осуществлять дополнительную калибровку емкостного датчика при изменении диэлектрической проницаемости измеряемой среды, например, при изменении вида топлива или его характеристик.

[0075] Настоящее описание осуществления заявленного изобретения демонстрирует лишь частные варианты осуществления и не ограничивает иные варианты реализации заявленного изобретения, поскольку возможные иные альтернативные варианты осуществления заявленного изобретения, не выходящие за пределы объема информации, изложенной в настоящей заявке, должны быть очевидными для специалиста в данной области техники, имеющим обычную квалификацию, на которого рассчитано заявленное изобретение.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения уровней границ раздела сред. Способ сборки емкостного датчика уровня границы раздела сред заключается в выполнении этапов, на которых: А) соединяют основание емкостного датчика с закладными втулками, соединенными с металлическими стержнями; Б) устанавливают электронный вычислительный блок в нишу для электронного вычислительного блока на основании емкостного датчика и соединяют электронный вычислительный блок с упомянутыми металлическими стержнями; В) соединяют выходной кабель со входом упомянутого вычислительного блока; Г) устанавливают крышку, закрывающую нишу для упомянутого вычислительного блока и герметизируют ее компаундом через отверстие с резьбой для подсоединения выходного кабеля; Д) закручивают выходной кабель в упомянутое отверстие с резьбой; Е) предварительно калибруют емкостный датчик после перехода компаунда в твердое агрегатное состояние; Ж) навинчивают электроды на металлические стержни; З) устанавливают корпус для электродов путем его нанизывания на электроды и жесткого закрепления корпуса для электродов в воротниковой части основания. Технический результат - повышение надежности и технологичности конструкции емкостного датчика уровня границы раздела сред, повышение точности измерений уровня границы раздела сред. 14 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Способ сборки емкостного датчика уровня границы раздела сред, заключающийся в выполнении этапов, на которых:

А) соединяют основание емкостного датчика с закладными втулками, соединенными с металлическими стержнями;

Б) устанавливают электронный вычислительный блок в нишу для электронного вычислительного блока на основании емкостного датчика и соединяют электронный вычислительный блок с упомянутыми металлическими стержнями;

В) соединяют выходной кабель со входом упомянутого вычислительного блока;

Г) устанавливают крышку, закрывающую нишу для упомянутого вычислительного блока и герметизируют ее компаундом через отверстие с резьбой для подсоединения выходного кабеля;

Д) закручивают выходной кабель в упомянутое отверстие с резьбой;

Е) предварительно калибруют емкостный датчик после перехода компаунда в твердое агрегатное состояние;

Ж) навинчивают электроды на металлические стержни;

З) устанавливают корпус для электродов путем его нанизывания на электроды и жесткого закрепления корпуса для электродов в воротниковой части основания;

причем емкостный датчик уровня границы раздела сред представляет собой емкостный датчик уровня границы раздела сред, содержащий:

основание;

чувствительный элемент датчика;

причем основание содержит:

первую часть, содержащую нишу с крышкой для герметичного размещения электронного вычислительного блока и отверстием для выходного кабеля электронного вычислительного блока;

вторую часть, которая: по центру в области первой части имеет отверстия для закладных втулок; на боковой поверхности имеет отверстия для крепежных элементов; на боковой поверхности имеет вентиляционные отверстия;

причем чувствительный элемент датчика представляет собой корпус для электродов, представляющий собой металлический профиль, образованный соединением нескольких трубок между собой, содержащий элемент жесткости, соединяющий граничащие упомянутые трубки профиля;

при этом каждая трубка профиля содержит вентиляционное отверстие, размещаемое соосно с упомянутым соответствующим вентиляционным отверстием на боковой поверхности упомянутой воротниковой части;

при этом корпус для электродов содержит жестко зафиксированные в каждой из трубок профиля электроды, представляющие собой металлические трубки, обладающие одинаковой погонной емкостью, но различающиеся по длине, причем основной электрод выполнен по длине, равной длине корпуса для электродов, а каждый компенсационный электрод выполнен по длине, меньшей, чем длина основного электрода;

причем чувствительный элемент датчика соединен с основанием через отверстия для крепежных элементов;

причем основной электрод и каждый компенсационный электрод соединены с электронным вычислительным блоком посредством металлических стержней, соединенных с закладными втулками, которые соединены с отверстиями для закладных втулок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основание выполнено из металла, или сополимера, или их комбинаций.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение металлических стержней с закладными втулками осуществляется посредством резьбового соединения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закладные втулки выполнены из диэлектрического материала.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что соединение закладных втулок с отверстиями для закладных втулок обеспечивается посредством резьбового соединения.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что резьбовое соединение отверстий для закладных втулок и закладных втулок содержит герметик.

7. Способ по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что закладные втулки содержат уплотнительные кольца.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отверстие в нише для выходного кабеля электронного вычислительного блока содержит герметик.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вентиляционные отверстия дополнительно расположены асимметрично по близости к основанию.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основной и каждый компенсационный электроды покрыты изолирующей оболочкой.

11. Способ по любому из пп. 1-6, 8-10, отличающийся тем, что основной и каждый компенсационный электроды выполнены из того же материала, что и металлические стержни.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что основной и каждый компенсационный электроды, металлические стержни и корпус для электродов выполнены из одного материала.

13. Способ по любому из пп. 1-6, 8-10, 12, отличающийся тем, что в рамках этапа Е) приводят значения, получаемые с компенсационных измерительных каналов, являющихся одним или несколькими каналами, образованными одним или несколькими из металлических стержней, к значению, полученному с основного измерительного канала, являющегося только одним каналом, образованным только одним из металлических стержней, вычисляют поправочные коэффициенты и осуществляют их запись в энергонезависимую память вычислительного блока.

14. Способ по любому из пп. 1-6, 8-10, 12, отличающийся тем, что жесткое закрепление корпуса для электродов в воротниковой части основания осуществляется посредством вытяжных заклепок, а фиксация электродов внутри корпуса для электродов осуществляется посредством распорных колец.

15. Способ по любому из пп. 1-6, 8-10, 12, отличающийся тем, что на этапе Ж) снабжают электроды изоляцией.