ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА В ЕМКОСТИ Российский патент 2023 года по МПК G01F23/284 G01S13/88 H01Q1/22 

Область техники изобретения

Изобретение относится к измерительному устройству для регистрации технологического параметра в емкости и к емкости с отверстием емкости и расположенным в нем измерительным устройством.

Предпосылки создания изобретения

Датчики, которые регистрируют данные или свойства технологических параметров или веществ в емкости, обычно устанавливаются на емкости вне ее, или они устанавливаются внутри емкости, и емкость плотно закрывается после установки, так что заполняющая среда не может вытекать из емкости. По этой причине они устанавливаются снаружи, например, с помощью винтовой резьбы, а электронный блок находится вне емкости, в то время как датчики (антенна) находятся внутри емкости. Также существуют измерительные приборы, в которых, например, внутри емкости расположена только одна антенна.

Однако, измерительные устройства или датчики, расположенные в герметичной емкости, не могут быть легко установлены или демонтированы. Датчики, расположенные вне емкости или частично внутри емкости, имеют недостаток, заключающийся в том, что емкости не могут быть собраны вместе для экономии места, например, штабелированы друг на друга. Кроме того, в случае мобильных емкостей, таких как так называемые контейнеры средней грузоподъемности (IBC, среднетоннажный контейнер), существует риск того, что датчики могут быть повреждены или даже разрушены при перемещении емкости с помощью вилочного погрузчика.

Краткое раскрытие изобретения

Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы создать измерительное устройство для емкости и емкость с измерительным устройством, которые сконструированы таким образом, чтобы емкости можно было разместить с экономией места, а измерительное устройство, тем не менее, могло быть легко установлено.

Задача решается объектами независимых пунктов формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения, нижеследующего описания и фигур.

Согласно первому аспекту, предоставляется измерительное устройство для регистрации технологического параметра в емкости, имеющее электронный блок с корпусом и уплотнительное устройство, опирающееся на корпус. Измерительное устройство устанавливается в отверстии емкости. Уплотнительное устройство установлено для герметизации отверстия емкости, а электронный блок расположен ниже геометрической плоскости уплотнительного устройства, когда измерительное устройство находится в отверстии емкости, то есть, когда измерительное устройство смонтировано.

Под измерительным устройством понимается устройство, которое имеет блок для физической регистрации технологического параметра, например, физический датчик или система генератор-приемник, например, для ультразвуковых волн или радара, и электронный блок, который обеспечивает, по меньшей мере, подачу электроэнергии, и, например, в зависимости от варианта использования зарегистрированный технологический параметр обрабатывается электронным способом и становится доступным в виде цифровых данных. Электронные элементы, которые могут быть использованы для этого, такие как, например, регуляторы напряжения, преобразователи напряжения, схемы защиты, аналого-цифровые преобразователи, фильтры, усилители, микропроцессоры, модули памяти, генераторы сигналов, генераторы колебаний, излучатели, пьезопреобразователи и подобное, известны специалистам в данной области.

Измерительное устройство может, например, определять вещества или компоненты среды, например, жидкости или газа, в емкости, или определять температуру, давление или уровень заполнения. Как упоминалось выше, измерительное устройство имеет электронный блок для управления датчиком и предоставления данных измерений, который установлен в корпусе. В корпусе размещается электронный блок, причем корпус защищает его от воздействий окружающей среды и служит, в частности, для установки на емкости или внутри нее. Для этой цели, согласно одному варианту осуществления, корпус имеет, например, внешнюю резьбу, так что его можно ввернуть в отверстие емкости с соответствующей резьбой, например, до выступающей опорной поверхности, например, окружного выступа на конце корпуса, остающегося вне емкости. Высота выступающей части может быть выбрана, например, так, чтобы она не превышала заданную высоту края в верхней части емкости, чтобы емкости можно было штабелировать. Уплотнительное устройство, например, уплотнительное кольцо, окружает резьбовой стержень на конце резьбы на контактной поверхности, обращенной к емкости. Предпочтительно, часть стержня, заключенная в уплотнительное устройство, может быть безрезьбовой. При ввинчивании измерительного прибора, уплотнительное кольцо прижимается к краю отверстия емкости, так что обеспечивается герметизация емкости.

Таким образом, уплотнительное устройство состоит, например, из уплотнительного кольца, которое в смонтированном состоянии измерительного устройства проходит, например, вдоль круглого отверстия емкости и герметизирует емкость. В этом случае плоскость уплотнительного устройства представляет собой круговую плоскость уплотнительного кольца, опирающегося на круглое отверстие. Термин «внизу» следует рассматривать в системе отсчета измерительного устройства, в которой в собранном состоянии направление «вниз» походит перпендикулярно отверстию емкости в емкость. Если датчик установлен на крышке емкости, это означает, что часть «ниже» геометрической плоскости уплотнительного устройства расположена внутри емкости. Если датчик установлен сбоку, плоскость бокового отверстия емкости перпендикулярна дну емкости или крышке емкости, а «ниже» этого уровня относится к той части измерительного устройства, которая выступает в емкость. В этой части находится электронный блок. Таким образом, он расположен в области корпуса, которая окружена резьбой и находится внутри емкости во ввинченном состоянии, причем «внутренняя часть» определяется плоскостью уплотнительного устройства, например, уплотнительного кольца.

Согласно одному варианту осуществления корпус может иметь внутреннюю или внешнюю резьбу. В случае внешней резьбы корпус имеет цилиндрическую форму и окружает электронной блок. В случае внутренней резьбы корпус расширяется, образуя крышку емкости, и навинчивается на корпус емкости. Затем электронный блок может быть, например, соединен за одно целое с расширенным корпусом или крышкой емкости в части корпуса и в собранном, то есть ввинченном состоянии, выступать вниз в направлении дна емкости. В этом случае уплотнительное устройство с указанной выше плоскостью уплотнения располагается вдоль внутренней резьбы.

В качестве альтернативы электронный блок может быть ввинчен во второй корпус, как описано выше, сверху или снаружи в отверстие емкости в крышке емкости, которая образуется расширенным корпусом, который имеет внутреннюю резьбу.

В качестве другой альтернативы электронный блок в отдельном корпусе может быть ввинчен в крышку емкости снизу. Отдельный корпус может иметь второе уплотнение на нижнем конце внешней резьбы отдельного корпуса. Для определения «ниже геометрической плоскости уплотняющего устройства» решающим является уплотняющее устройство на внутренней резьбе.

Согласно одному варианту осуществления электронный блок имеет датчик, антенну и блок связи. Датчик выполнен для регистрации сигнала измерения, например, путем передачи радиолокационного сигнала через антенну и повторного приема отраженного сигнала через антенну или, например, измерения температуры или давления. Кроме того, он также может содержать блок оценки, который, например, обрабатывает аналоговые измерительные сигналы и преобразует их в цифровые данные, временно сохраняет и выводит их. Источник питания выполнен для электропитания датчика и, возможно, антенны с помощью подходящего напряжения, а блок связи выполнен для приема сигналов управления, например, с помощью которых инициируется измерение, определенные данные могут быть вызваны в определенном формате или может осуществляться синхронизация, а также для приема цифровых данных измерений от датчика, для встраивания данных в формат, который соответствует протоколу передачи, и, наконец, для предоставления или передачи данных измерений, сгенерированных из сигнала измерения, в соответствии с протоколом передачи.

Согласно одному варианту осуществления блок связи может быть блоком связи для беспроводной связи. Электронный блок при этом выполнен для электропитания от батареи, так что не требуется внешних кабелей для измерительного устройства, и корпус для измерительного устройства может быть установлен в любом месте. В качестве альтернативы, блок связи может быть блоком связи для проводной связи. Однако для этого требуется внешний интерфейс для подключения проводов, который расположен, например, на стороне корпуса вне емкости. Преимущество этого варианта состоит в том, что ток может подаваться через внешний интерфейс, а это означает, что нет необходимости контролировать напряжение батареи или обслуживать батарею.

Согласно одному варианту осуществления корпус может иметь конструкцию для приема инструмента для сборки снаружи емкости. Такая конструкция представляет собой, например, выемку в верхней части измерительного устройства, которая соответствует форме инструмента, например, цилиндрический ключ или гаечный ключ, так что инструмент может входить в выемку и поддерживать завинчивание или отвинчивание измерительного прибора.

В соответствии с одним вариантом осуществления сторона корпуса, обращенная к дну емкости, имеет внутри емкости такую форму, что она имеет один или несколько наклонов по отношению к горизонтали для слива жидкости или конденсата. Жидкость может быть, например, средой в емкости или конденсатом, который образовался на корпусе в емкости. Наклон может быть реализован, например, за счет конической конструкции нижней части корпуса, которая в соответствии с одним вариантом осуществления является цилиндрической. Жидкость может, например, отводиться вдоль упомянутого наклона к вершине конической формы и капать оттуда.

Согласно одному варианту осуществления корпус, который является цилиндрическим, по меньшей мере, между уплотнительным устройством и одним или несколькими наклонами, предпочтительно имеет постоянный диаметр в этой области. Например, диаметр составляет два дюйма. Таким образом, в этой области может быть размещена резьба, например, двухдюймовая резьба, и весь корпус может быть ввинчен и снова вывинчен, например, снаружи, до соответственно выступающего выступа, если последний присутствует.

Согласно одному варианту осуществления измерительного устройства на внешней стороне находится заподлицо с емкостью и/или в одной плоскости с крышкой. Это возможно, если, например, на краю отверстия емкости имеется вогнутость или углубление, которое соответствует высоте выступающего выступа измерительного устройства, то есть части корпуса над плоскостью уплотняющего устройства. В качестве альтернативы, выдающийся выступ корпуса может отсутствовать, а уплотняющее устройство выступает в выемку корпуса, так что уплотняющее устройство прижимается сбоку, например, к верхнему безрезьбовому краю отверстия емкости.

Согласно одному варианту осуществления измерительное устройство также имеет вентиляционный и выпускной клапан для выравнивания давления при перепадах давления, которые возникают, например, из-за испарения среды, удаления среды, заполнения емкости или из-за изменений температуры. Для этого в корпус введены соответствующие каналы для подачи и отвода воздуха или газа.

Согласно одному варианту осуществления датчик представляет собой радарный датчик, ультразвуковой датчик или датчик для регистрации граничных состояний. Датчик для регистрации граничных состояний, в зависимости от варианта осуществления, может быть также ввинчен в боковую стенку емкости, то есть отверстие емкости в этом случае располагается в боковой стенке емкости.

Согласно одному варианту осуществления корпус изготовлен из пластика (например, жесткого полиэтилена, HDPE) и/или металла, такого как алюминий, латунь или нержавеющая сталь.

Согласно второму аспекту, предоставляется емкость с отверстием емкости и расположенным в нем измерительным устройством, как описано выше. Емкость может быть, например, бочкой или канистрой из пластика, белой жести, нержавеющей стали или дерева. Канистра может, например, иметь резьбовое отверстие, утопленное по отношению к поверхности с внешней резьбой или внутренней резьбой. Деревянная бочка может, например, иметь отверстие, в которое может быть вставлен переходник с соответствующей внутренней резьбой для установки измерительного устройства, или корпус может иметь диаметр резьбы, сужающийся вниз, то есть внутрь бочки.

Посредством того, что измерительное устройство вследствие его формы может быть полностью или практически полностью ввинчено в емкость и не выступает или лишь незначительно выступает вверх, обеспечивается то, что несколько емкостей, могут быть установлены, например, друг на друга. Прямоугольные емкости с установленным сбоку измерительным устройством могут, в зависимости от точной формы емкости и конструкции корпуса или емкости, размещаться рядом друг с другом с небольшим промежутком или без него.

Краткое описание фигур

Далее подробно описаны примерные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры. Ни описание, ни фигуры не должны рассматриваться как ограничение изобретения. При этом показано:

Фиг. 1 - измерительное устройство для емкости с электронным блоком вне емкости,

Фиг. 2 - измерительное устройство для емкости и емкость согласно первому примерному варианту осуществления с электронным блоком под уплотнительным устройством,

Фиг. 3 - измерительное устройство для емкости и емкость согласно второму примерному варианту осуществления с вентиляционным подводящим и отводящим клапаном,

Фиг. 4 - измерительное устройство для емкости и емкость согласно третьему примерному варианту осуществления с датчиком предельного состояния на основе принципа емкостного измерения,

Фиг. 5 - крышка емкости и измерительное устройство согласно четвертому примерному варианту осуществления,

Фиг. 6 - измерительное устройство для емкости и емкость согласно пятому примерному варианту осуществления, в котором верхняя сторона измерительного устройства и верхняя сторона емкости расположены заподлицо,

Фиг. 7 - измерительное устройство для емкости и емкость согласно шестому примерному варианту осуществления, в котором верхняя сторона измерительного устройства и верхняя сторона емкости также расположены заподлицо.

Чертежи являются схематичными и не соответствуют масштабу. В принципе, идентичные или подобные части снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

Подробное описание фигур

В качестве примера на фиг. 1 показан датчик 100 уровня, в котором только антенна 101 выступает в емкость, в то время как корпус 115 электроники расположен снаружи емкости. Антенна 101 излучает сигналы, например, радарный сигнал, который отражается жидкостью 170 в емкости и снова принимается антенной 101 для измерения уровня. Корпус 115 электроники имеет резьбу 105, которая расположена под корпусом электроники и которая имеет проход в резьбе, посредством чего антенна 101, которая выступает в емкость, может быть соединена с датчиком 150. Наружная резьба 105 корпуса 115 входит в зацепление с внутренней резьбой 110 крышки 111 емкости. Диаметр 120 корпуса 115 электроники может быть больше диаметра 130 резьбы. В примере на фиг. 1 корпус 115 шире, чем отверстие для резьбы 105, так что он прижимается к уплотнительным кольцам 145, когда он ввинчивается, и конструкция является герметичной.

Электронный блок в корпусе 115 находится на фиг. 1 над плоскостью 140, которая образована уплотнительным кольцом 145. Поскольку диаметр 120 корпуса 115 электроники больше диаметра 130 резьбы 105, электронный блок не может выступать в емкость. Таким образом, корпус 115 электроники выступает из емкости вверх, так что емкости нельзя штабелировать друг в друга.

На фиг. 2 показано измерительное устройство 200 согласно второму примерному варианту осуществления и емкость 111. Измерительное устройство 200 содержит электронный блок 220 с датчиком 221, блок 222 связи и блок 223 питания, включая антенну 225. Корпус 250 измерительного устройства 200 также имеет резьбу 205, с помощью которой измерительное устройство 200 может быть ввинчено в отверстие емкости, которое также имеет соответствующую резьбу 110. Измерительное устройство 200 имеет диаметр, соответствующий диаметру резьбы, так что измерительное устройство 200 может быть почти полностью ввинчено в емкость 290, до выступающего выступа 280. Выступающий выступ 280 ограничивает ввинчивание, так что измерительное устройство 200 нельзя навинтить через резьбу 110, а также позволяет оказывать давление на уплотнительное кольцо 145, так что корпус 250 измерительного устройства 200 плотно закрывает емкость 290. Антенна 225 имеет максимальный диаметр, который меньше диаметра резьбы 110 или резьбы 205.

Таким образом, электронный блок расположен, по существу, внутри емкости в полупространстве 230, обращенном к среде, верхняя граница которого определяется плоскостью 140 уплотнения, в которой находится уплотнительное кольцо 145. Форма корпуса на внешней стороне емкости имеет геометрию 260, которая облегчает заворачивание с помощью соответствующего инструмента, например ключа для пробки в бочке. Кроме того, наконечник корпуса имеет, например, коническую форму 250, которая облегчает слив конденсата и среды 270.

На фиг. 3 показано измерительное устройство 300 в другом варианте осуществления, которое в дополнение к признакам, показанным на фиг. 2 содержит подводящий и отводящий вентиляционный клапан 301, который посредством газовых каналов 310 обеспечивает выравнивание давления между внутренней стороной емкости и окружающей средой, для упрощения процессов заполнения и опорожнения.

На фиг. 4 показано измерительное устройство 400 в другом варианте осуществления, при этом датчик 401 является датчиком 401 граничных состояний, который функционирует, например, по принципу емкостного измерения. То есть по сравнению с компоновкой на фиг. 2 антенна 225 отсутствует, а блок 402 связи и блок 403 подачи энергии расположены над датчиком 401 граничных состояний. В этом примерном варианте осуществления также полный электронный блок, состоящий из блока 402 связи, блока 403 подачи энергии и датчика 401 граничных состояний полностью находится ниже плоскости 140 уплотнения. Только верхний выступ 280 выступает из емкости. В зависимости от используемого принципа измерения, геометрия части корпуса, обращенной к среде, может быть спроектирована в соответствии с физическими требованиями принципа измерения.

На фиг. 5 показана крышка 530 емкости и измерительное устройство 500, которое интегрировано в крышку 530 емкости за одно целое, в другом варианте осуществления. Крышка 530 емкости имеет внутреннюю резьбу 505, так что ее можно навинтить на емкость. Крышка емкости может быть выполнена, например, размером по DN 150 с NW 150 - внутренняя резьба S165×7 или размером DN 225 с NW 225 - внутренняя резьба S245×6, а также с одним или несколькими дополнительными резьбовыми соединениями 510 каждое с дополнительным отверстие 520 емкости для ввинчивания, например, измерительного устройства или для введения всасывающего патрубка. В соответствии с примерными вариантами осуществления крышка 530 емкости также может иметь только одно целое интегрированное измерительное устройство 500, то есть без дополнительного отверстия 520 емкости и резьбы 510. Кроме того, крышка 530 емкости может иметь только отверстие 520 с резьбой 510, без измерительного устройства 500, в которое может быть ввинчено описанное выше измерительное устройство. Плоскость уплотнения измерительного устройства в этом варианте осуществления также находится над электронным блоком 220. Кроме того, крышка может иметь подающий и отводящий вентиляционный клапан.

На фиг. 6 показано измерительное устройство для емкости и емкость согласно пятому примерному варианту осуществления, в котором верхняя часть 601 измерительного устройства и верхняя часть 111 емкости в собранном состоянии расположены заподлицо, то есть плоско. Уплотнительное кольцо 145 во время или после ввинчивания прижимается сбоку к отверстию емкости. Стенка отверстия емкости предпочтительно не имеет резьбы на верхней части, так что уплотнительное кольцо при ввинчивании может скользить вниз по этой части стенки.

На фиг. 7 показано измерительное устройство для емкости и емкость с резьбой 110 согласно шестому примерному варианту осуществления, в котором также верхняя часть 701 измерительного устройства и верхняя часть 111 емкости расположены заподлицо. В этом примере стенка отверстия емкости подразделяется на первую часть 711 с резьбой 110 и вторую часть 712 без резьбы, которая расположена со смещением наружу относительно первой части. В своей верхней части корпус 250 имеет окружной выступ 710, который, когда корпус 250 ввинчивается в отверстие емкости, прижимает уплотнительное кольцо 145 к верхней стороне первой части 711, и, таким образом, достигается эффект уплотнения.

В примерных вариантах осуществления согласно фиг. 6 и 7 электронный блок 220 также находится в каждом случае ниже плоскости 140, образованной уплотнительным кольцом, так что емкость с установленными измерительными устройствами имеет внешнюю форму, которая позволяет располагать емкость в местах с ограниченным пространством или штабелировать, при этом измерительные устройства все еще можно легко снимать или использовать.

Изобретение относится к измерительному устройству (200) для регистрации технологического параметра в емкости. Устройство содержит электронный блок (220) с корпусом (250) и уплотнительное устройство (145), опирающееся на корпус (250), при этом измерительное устройство (200) выполнено с возможностью ввинчивания в отверстие емкости; и при этом, когда измерительное устройство (200) находится в отверстии емкости, уплотнительное устройство (145) выполнено для герметизации отверстия емкости; а электронный блок (220) расположен ниже геометрической плоскости уплотнительного устройства (145) и внутри емкости. Технический результат - создание измерительного устройства для емкости и емкости с измерительным устройством, которые сконструированы таким образом, чтобы емкости можно было разместить с экономией места, а измерительное устройство, тем не менее, могло быть легко установлено. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Измерительное устройство (200) для регистрации технологического параметра в емкости, содержащее электронный блок (220) с корпусом (250) и уплотнительное устройство (145), опирающееся на корпус (250), при этом

измерительное устройство (200) выполнено с возможностью ввинчивания в отверстие емкости; и при этом, когда измерительное устройство (200) находится в отверстии емкости,

уплотнительное устройство (145) выполнено для герметизации отверстия емкости; а

электронный блок (220) расположен ниже геометрической плоскости уплотнительного устройства (145) и внутри емкости.

2. Измерительное устройство (200) по п.1, в котором корпус (250) имеет резьбу (205) для ввинчивания измерительного устройства (200) в отверстие емкости.

3. Измерительное устройство (200) по п.2, в котором корпус (250) имеет внутреннюю или внешнюю резьбу.

4. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором электронный блок (220) содержит:

датчик (221) для регистрации сигнала измерения;

блок (223) питания;

антенну (225), подключенную к датчику (221), для передачи и приема сигнала измерения; а также

блок (222) связи для приема сигналов управления, а также для предоставления и передачи данных измерений из сигнала измерения в соответствии с протоколом передачи.

5. Измерительное устройство (200) по п.4, в котором

блок (222) связи является блоком связи для беспроводной связи, а электронный блок (220) выполнен с возможностью электропитания от батареи; или

блок (222) связи является блоком связи для проводной связи.

6. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором корпус (250) имеет конструкцию (260) для приема инструмента для установки снаружи емкости.

7. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором сторона корпуса (250), направленная к дну емкости, имеет внутри емкости такую форму, что она имеет один или несколько наклонов относительно горизонтали, чтобы слить жидкость или конденсат.

8. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором измерительное устройство (200) снаружи находится заподлицо с емкостью и/или в одной плоскости с крышкой емкости.

9. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором корпус (250) по меньшей мере, между уплотнительным устройством (145) и упомянутыми одним или несколькими наклонами имеет цилиндрическую форму с постоянным диаметром.

10. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором измерительное устройство (200) дополнительно содержит подводящий и отводящий вентиляционный клапан (301).

11. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором датчик (221) представляет собой радарный датчик, ультразвуковой датчик или датчик для регистрации граничных состояний.

12. Измерительное устройство (200) по любому из предшествующих пунктов, в котором корпус (250) состоит из пластика и/или металла.

13. Емкость с отверстием емкости и расположенным в нем измерительным устройством (200) по любому из пп.1-12.