Способ контроля уровня жидкости в герметичном сосуде и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01F23/22 

I1 Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам замера уровня ядадкости в сосуде без его раз г ерметизацйи и устройствам, ссуп ествляющим указанные способы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ замерауровня жидкости в сосу де без его разгерметизации, заключающийся в предварительном нагреве йнешней поверхности стенки сосуда в районе предполагаемого уровня жидкости в сосуде. Вследствие различной теплоотдачи от внутренней поверхности стенки сосуда к жидкости и ее паровой фазе, температура внеш ней поверхности над. ее жидкой и паровой фазой устанавливается разная и граница изменения температуры на внешней поверхности соответствует границе .раздела фаз, т.е. уровню жидкости. В качестве теплового инди катора, фиксирующего разность темпе ратур на внешней поверхности и гра йиду между ними, в устройстве, реали зующем этот способ, 1рименена гибка пластинка из термохроматического ма териала, плотно прикладываемая к внешней поверхности сосуда после нагрева. По различному цвету частей пластинки, получающемуся в зависимо ти от установившейся температуры, визуально определяют границу между тепловыми полями и соответствующий ей уровень жидкости в сосуде Г11. Недостатками известных способа и устройства являются необходимость применения нагревателя, который обу ловливает определенную пожароопасность процесса; в связи с несовершенством термохроматиче.ских материалов граница мелоду тепловыми зонами проявляется нечетко, размыто, т.е уровень жидкости может быть определен лишь приблизительно, что в ряде случаев недостаточно. . Цель Изобретения - повышение точ ности определения уровня жидкости в закрыт.ом сосуде. Указанная цель достигается.тем, что согласно способу использовано явление конденсации паров воды, содержащихся в атмосфере, на какуюнибудь поверхность, температура которой снизилась по сравнению с . температурой окружающего воздуха до точки росы, т.е. такой температуры, .при которой относительная влаж 8 ность прилегающего к поверхности слоя воздуха достигла 100%. При .охлаждении поверхности стенки сосуда (например, при помощи сжиженного или охлажденного газа) ее прилегающие к паровой и жилкой фазе части будут охлаждаться с разной скоростью, так как от состояния вещества зависит коэффициент теплопередачи в системе стенка-вещество. Вследствие того, что в паровой фазе крэффициент передачи тепла от внутренних слоев Кнар жным меньше, чем в жидкости, температура стенки, находящейся вьше уровня жидкости, снижается быстрее, чем температура части стенки, к которой прилегает жидкость. Таким образом, выявление границы раздела., мелсду разнотемпературными областями на наружной поверхности стенки сосуда является одновременно определением уровня жидкости внутри сосуда. Проявление границы межДу разнонагретыми частями стенки сосуда происходит автоматически при достижении участком стенки, прилегающим к паровой фазе, температурыJ соответствующей точке росы. При этом на указанный участок из прилегающего к нему слоя воздуха происходит выпадение конденсата. Область стенки, не достигшая указанной температуры (в данном случае стенка, прилегающая к жидкой фазе), останется сухой. Нижняя граница области выпавшего конденсата будет соответствовать точному положению уровня жидкости в сосуде. - Для улучшения визуального наблюдения за вьтайшим на стенку конденсатом существует отработанная в метеорологии методика, заключающаяся в том, что поверхность с вьшавш-им конденсатом освещается под острым углом прямолинейным пучком света. При отсутствии конденсата наблюдаемое поле кажется темным (свет отражается за поле наблюдения). При наличии конденсата капли воды преломляют свет и поле наблюдения ярко засвечивается (принцип катафота). При тe шepaтype наружного воздуха 15°С и относительной влажности 80% температ фа точки росы будет И.. Столь небольшое () снижение температуры стенки сосуда, необходимое рдя вьтадения конденса-та, может быть достигнуто путем . охлаждения, например, струей сжатых или сжиженных газов (углекислого, воздуха, азота и т.п.).

Таким образом, способ для достижения указанной цели включает в себя быстрое охлаждение наружной стенки герметичного сосуда в районе предполагаемого уровня жидкости до температуры, при которой происходит выпадение на поверхность, лежащую выше уровня жидкости, конденсата, нижняя граница распространения которого расположена на линии уровня жидкости в сосуде.

Устройство для осуществления указанного способа должно обеспечить быстрое охлаждение стенки сосуда с жидкостью и контроль за выпадением конденсата на поверхности сосуда.

Указанная цель в устройстведостигается тем, что оно выполнено в виде пустотелой коробки, одна стенка которой отсутствует. Указанной открытой частью устройство плотно прилегает к поверхности контролируемого баллона. Пространство внутри коробки разделено на три полости по двум из которых происходит подача газа для охлаждения стенки, а одна (средняя) полость предназначена для наблюдения за вьтадением конденсата, для чего снабжена прозрачным окном сверху и лампой освещения поверхности. Полости, по которым происходит движение охлаждающего газа, снабжены входным и вьгходнь1м отверстиями ,

На фиг. 1 изображено устройство с источниками сжатого (сжиженного) газа и электроэнергии, установленное для контроля уровня на баллоне с жидкостью, общий вид; на фиг. 2 то же, разрез в плане; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1, прикрепленного при помощи постоянньк магнитов 2 (или другими способами: присосками, кронштейнами и т.п.) на баллоне 3, заполненном измеряемой жидкостью 4. Полость корпуса 1 соединена трубкой, закрытой клапаном, с баллончиком 5 со сжатым или сжиженным газом (например, углекислым) , с помощью которого обеспечивается охлаждение.

Устройство снабжено источником 6 электропитания осветительной лампы 7

(фиг. 2 и 3). Корпус 1 снаружи покрыт теплоизоляцией 8, а внутри разделен на две изолированные полости А и В.

Полость А служит для прохода (двумя потоками) охлаждающего газа, дпя чего имеет входной патрубок 9, соединенный трубкой с баллончиком 5, и выходной патрубок 10 дпя выхода газа наружу.

Полость В, являющаяся камерой наблюдения и контроля за поверхностью С, на которую вьтадает конденсат, отделена от полости А перегородками

5 11 .. Разделение полостей охлаждения и контроля является физической необходимостью процесса охлаждения с применением расширяющихся газов, так как последние при расширении рез0ко снижают свою относительную влажность и могут активно поглощать влагу воздуха, являющуюся источником конденсата (росы).

, Полость В сверху закрыта прозрачным элементом 12, например стеклом, для наблюдения. Осветительная лампа 7 снабжена конденсором 13 с целью создания параллельного пучка, света, который вместе с лампой 7 помещен

в обойму 14, позволяющую производить фокусировку и закрепленную в корпусе 1 . С целью более плотного прилегания корпуса 1 к поверхности баллона 3 стенки корпуса 1 и перегород5 ки 11 на нижнем срезе снабжены мягкими прокладками . 15.

На баллоне 3 часть наружной поверхности, равная площади полости В устройства, зачищается и полируется

0 и служит постоянным местом контроля уровня. Обработка участка стенки сосуда производится один раз, при заводском изготовлении сосуда.

5 Устройство работает следующим образом.

Устройство 1 с помощью магнитов 2 или других приспособлений устанав0 ливается на баллон так, чтобы очищенная площадка поверхности баллона находилась под стеклом 12. Включает ся лампа 7. При этом зеркало очищенной площадки будет равномерного

5 темного цвета. К входному патрубку 9 подсоединяется баллончик 5 со сжатым газом и открывается запорный кран. Расширяющийся в устройстве (в полости А) газ охлаждает поверх- . 5 ность баллона 3 и выходит из па/руб ка 10. При достижении поверхностью температуры точки росы (указанная температура зависит от первоначальной температзфы баллона и относительной влажнбсти воздуха) на площадке С выпадает конденсат, причем вследствие наличия внутри баллона вещества в двух состояниях - жидком и газообразном .скорость охлаждения стенки над этими фазами будет также разная и поэтому температуру точки росы первой достигнет стенка над паровой фазой, что будет отмечено вьшадением конденсата только на этой поверхности до области, где на чинается жидкая фаза. Темное поле 8 поверхности под стеклом устройства 1 при вьшадении конденсата ярко засвечивается из-за отражения света капельками воды. Процесс контроля на этом заканчивается, область поверхности без росы продолжает оставаться темной. Линия раздела между темной (сухой) и засвеченной (покрытой конденсатом) областями лежит на линии уровня жидкости в баллоне. Использование изобретения позволит с высокой точностью контролировать уровень жидкости в герметичных сосудах, вообще исключакяцих вскрытие, например, в баллонах, содержащих ядовитые вещества или жидкости, находящиеся под давлением, а также значительно повысит технику безопасности при контроле уровня жидкости.

1. Способ контроля уровня жидкости в герметичном сосудеj заключающийся в предварительном изменении температуры наружной стенки сосуда и последующем определении уровня жидкости в сосуде путем установления границы раздела между участками стенки сосуда с различной теплоотдачей при помощи индикатора, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, наружную стенку сосуда в зоне измерения. ЗФовня жидкости охлаждают до появления конденсата на поверхности сосуда, после чего охлаждение прекращают . 2.Устройство для контроля уровня жидкости в герметичном сосуде, включающее корпус, открытый с одной стороны и разделенный продольными перегородками на две изолированные полости, одна из которых сна.бжена входным патрубком, соединенным с источником сжатого или сжиженного газа, и выходным патрубком, соединенным с атмосферой, а другая снабжена источником света и окном, закрытым прозрачным материалом. 3.Устройство ,по п.2, о т л и чающееся тем, что наружная поверхность корпуса устройства покрыта теплоизоляцией. 4.Устройство по п.2, отличающееся тем, что открытые торцы продольных перегородок и стенок корпуса снабжены мягкой щюкларкой. 9) СО QD 00

8 11 12

12

Фиг. 2 lpuz.3

2