Индикатор предельного уровня несмачивающей жидкости в закрытых сосудах Советский патент 1990 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и научных исследований для определения предельного уровня жидкостей при заполнении емкостей.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже схематически приведено предлагаемое устройство.

Индикаторная трубка 1, верхний конец которой подсоединен к выходу В чувствительного дифференциального датчика 2 давления, герметично введена вовнутрь закрытой емкости 3, при этом глубина ее погружения в емкости 3 может регулироваться без нарушения герметичности ввода, например,

с помощью сальникового уплотнения. Трубка 4, опущенная до дна емкости 3, служащая для заполнения этой емкости жидкостью из резервуара 5, снабженного вентилем 6, также герметично вводится вовнутрь емкости 3. Дополнительная тдубка 7, верхний конец которой подсоединен к входу А чувствительного дифференциального датчика 2 давления, также герметично введена вовнутрь закрытой емкости 3, причем нижний срез этой трубки находится выше нижнего среза индикаторной трубки 1 на высоту, большую чем глубина капиллярного опускания жидкости в индикаторной трубке 1. Вентили 8 и 9 сообщают индикаторную трубку 1 с атмосферой и с чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления соответственно. Байпасный вентиль 10 соединяет вход А и выход

8дифференциального датчика 2 давления .

Устройство работает следующим образом.

Открывается вентиль 6 резервуара 5, и жидкость начинает заполнять емкость 3, при этом к резервуару 5 может быть подключен источник избыточного давления газа для заполнения закрытой емкости 3 жидкостью под давлением,

Рассмотрим случай, при Котором на чертеже вентиль 8 открыт. Вентиль

9и байпасный вентиль ТО закрыты. При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1, верхний конец которой сообщен с атмосферой, газовая полость 11 заполняемой емкос

ти 3 становится закрытой, при этом не происходит никаких скачкообразных изменений давления. При дальнейшем небольшом превышении ДХ уровня несмачивающей жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1 создается избыточное давление ДР, величину которого можно рассчитать по формуле

ДР 4X,

(1)

где

р - плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести земного притяжения;

/IX - величина превышения уровня несмачивающей жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1. Воздух в закрытой газовой полости 11 и дополнительной трубке 7 сжимается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к входу А кото-- рого подсоединен верхний конец трубки 7, фиксирует повышение давления сГртр . Вентиль 6 закрывается, емкость 3 заполнена несмачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 с превышением.

Величина избыточного давления

5

rfP.

трт

фиксируемого чувствительным

дифференциальным датчиком 2 давления, может быть рассчитана по формуле

rfP

ТР. а

(2)

0

5

0

5

где ДР - величина избыточного давления, создаваемого повышением уровня жидкости на величину ЛХ, определяемая по формуле (1);

V - величина изменения объема жидкости при превышении ею уровня нижнего среза индикаторной трубки на величину ЛХ, равная , причем S - площадь внутреннего сечения емкости 3 в районе нижнего среза индикаторной трубки 1;

V - суммарный внутренний объем закрытой газовой полости 11 и дополнительной трубки 7 вплоть до чувствительного элемента дифференциального датчика 2 давления и запорного элемента байпасного вентиля 10.

Таким образом, величина избыточного давления сСРтр , фиксируемого чувствительным дифференциальным датчиком давления, определяется следующим образом:

JP -IBS . rpi V.

X.

(3)

Поскольку плотность жидкости в претерпевает существенное изменение лишь в критической области параметров жидкости, то величина скачка давления cfPTpv фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, при нормальных условиях прак- тически не зависит от величины температуры и давления жидкости.

Таким образом, возможные колебания параметров среды не влияют на величину сигнала I чувствительного диффе- ренциального датчика 2 давления и точность фиксации момента достижения несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 с заданным превышением ДХ - по сравнению с прототипом возрастает. Формула (3) связывает величину избыточного давления Р-гр, фиксируемого чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления с квадратом пре- вышения уровня несмачивающей жид- . кости ДХ над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1, при этом физические характеристики жидкости, параметры индикатора и заполняемой емкости предполагаются известными.

После окончания заполнения несмачивающей жидкостью емкости 3 байпас- ный вентиль 10 открывается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления приводится в нулевое положение.

Рассмотрим случай, при котором на чертеже вентиль 8 закрыт. Вентиль 9 открыт, байпасный вентиль 10 за- крыт. В данном случае закрытая емкость 3 может заполняться жидкостью под давлением, причем источник избыточного давления газа может подключаться к резервуару 5.

При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к выходу В которого подсоединен верхний конец индикаторной трубки 1, становится неуравновешенным, при этом не происходит никаких скачко образных изменений давления. При дальнейшем небольшом превышении 4Х уровня несмачивающей жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1 создается избыточное давление ДР, величина которого определя-.

5 155 30

3540 45

16

ется из формулы (1). Воздух в закрытой газовой полости 11 емкости 3 и дополнительной трубке 7 сжимается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления, к входу А которого подсоединен верхний конец трубки 7, фиксирует повышение разбаланса давления РТр между индикаторной трубкой 1 и дополнительной трубкой 7. Вентиль 6 закрывается, закрытая емкость 3 заполнена несмачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 с превышением „а X.

Величина разбаланса избыточного давления сГртр , фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, может быть рассчитана по формуле (3).

Поскольку несмачивающая жидкость начинает пр.оникать в индикаторную трубку 1 лишь при определенном превышении уровня жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1, равном глубине капиллярного опускания Ah несмачивающей жидкости в индикаторной трубке 1, то максимальная величина разбаланса давления между индикаторной трубкой 1 и дополнительной трубкой 7, фиксируе- ная чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, является ограниченной. Этот максимальный разбаланс давления сСг определяется величиной капиллярного опускания &h несмачивающей жидкости в индикаторной трубке 1,и может быть вычислен по формуле

Ртр,

(4)

р - плотность несмачивающей

жидкости; р, - ускорение силы тяжести

земного притяжения; ЛЬ - величина капиллярного опускания.

Величина капиллярного опускания несмачивающей жидкости в индиканой трубке 1 может быть определепо формуле

26

ДЬ ------,

(5)

- коэффициент поверхностного

натяжения несмачивающей жидкости;

- внутренний радиус индикаторной трубки;

р - плотность несмачивающей жидкости;

g - ускорение силы тяжести земного притяжения.

Поскольку плотность жидкости р и коэффициент поверхностного натяжения 6 претерпевают существенное изменение лишь в критической области параметров жидкости, то и величина разбаланса давления , фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, и величина максимального разбаланса давления практически не зависят от значений температуры и давления жидкости. При этом предполагается, что величина избыточного давления, подключение которого возможно к резервуару 5 при заполнении несмачивающей жидкости закрытой емкости 3, и температура этой жидкости далеки от критических параметров этой жидкости. Таким образом, возможные колебания параметров среды не влияют на величину сигнала I чувствительного дифференциального датчика 2 давления, и точность фиксации момента достижения несмачивающей жидкостью нижнего среза индикаторной трубки 1 с заданным превышением ИХ по сравнению с прототипом возрастает.

62118

После окончания заполнения несмачивающей жидкостью емкости 3 байпас- ный вентиль 10 открывается, и чувствительный дифференциальный датчик 2 давления приводится в нулевое положение .

5

0

5

0

Формула изобретения

Индикатор предельного уровня несмачивающей жидкости в закрытых сосудах, содержащий две индикаторные трубки, установленные в контролируемом резервуаре, верхние концы которых подсоединены к дифференциальному измерителю давления, а нижние размещены соответственно на отметке предельного уровня жидкости и в газовой полости резервуара, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены вентили, один из которых соединяет вход и выход дифференциального измерителя, а два других связывают индикаторную трубку, установленную, на отметке предельного уровня, с атмосферой и дифференциальным измерителем соответственно, при этом индикаторная трубка, установленная на отметке предельного уровня жидкости, выполнена капиллярной.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и научных исследованиях для определения предельного уровня жидкостей при заполнении емкостей. Изобретение позволяет повысить точность фиксации достижения несмачивающей жидкостью предельного уровня, задаваемого нижним срезом индикаторной трубки, введенной вовнутрь заполняемой емкости. При достижении несмачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 чувствительный дифференциальный датчик давления 2, к выходу которого подсоединена индикаторная трубка 1, становится неуравновешенным. При дальнейшем небольшом определенном превышении уровня несмачивающей жидкости над уровнем нижнего среза индикаторной трубки 1 происходит сжатие воздуха в газовой полости заполняемой емкости, фиксируемое датчиком 2, вход которого соединен с газовой полостью этой емкости дополнительной трубкой 7. Емкость заполнена несмачивающей жидкостью по предельному уровню нижнего среза индикаторной трубки с определенным превышением. 1 ил.