Дискретный оптический уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01F23/22 

сл

С

Изобретение относится к оптическим уровнемерам жидкости и может найти широкое применение при измерении уровня прозрачных, непрозрачных, взрывоопасных, высококипящих и низкокипящих жидкостей, как со спокойным, так и неспокойными поверхностями, размещенных как в открытых, так и в закрытых герметичных емкостях.

Целью изобретения является расширение области применения, за счет обеспече- ния измерения уровня жидкортей с неспокойными поверхностями.

На фиг,1 изображена принципиальная схема предлагаемого уровнемера; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - внутренняя часть измерительной трубки, вид сверху; на фиг.4 - сечение Б-Б на Фиг.З; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.6 - схема воздействия излучающей плоскости светового потока на входные торцы оптических волокон приемника.

Источник 1 излучения снабжен гибким волоконно-оптическим излучателем 2, проходящим в емкость 3 с контролируемой жидкостью. Внутри емкости 3 установлена вертикально по оси СИОг измерительная трубка 4, сообщающаяся с контролируемой жидкостью, благодаря чему уровни в измерительной трубке 4 и емкости 3 совпадают по высоте. Верхняя часть измерительной трубки 4 закрыта крышкой 5, имеющей в центре отверстие и ограничитель 6 в нижней части. В измерительную трубку 4 введен поплавок 7, материал которого подобран так, чтобы большая часть поплавка была бы погружена в контролируемую жидкость и уравновешивалась ее выталкивающей силой. Поплавок 7 может перемещаться в измерительной трубке от крайнего нижнего положения до ограничителя 6 на крышке 5, что обеспечивает контроль уровня жидкости во всем диапазоне. Измерительная трубка 4 имеет в боковых стенках продольные сквозные каналы 8 и 9 (фиг.2), Канал 8 предназначен для обеспечения свободного движения излучающего световода 2 при вертикальном перемещении поплавка 7 в процессе измерения уровня во всем заданном диапазоне, канал 9 служит для неподвижной установки в нем плоских подложек 10 (фиг.5) с концевыми частями оптических волокон 11 приемника 12. Подложки 10 установлены относительно друг друга параллельно (плоскости Ni№, №N4, NsNe) и соединены между собой. Входные торцы 13 (с центрами OiOz.-.Oe, Og) оптических волокон 11 приемника 12 имеют внутренних жил диаметры Ф1, Ф2...Ф8, Фэ, проекции которых It, I2...I8, э на вертикальную плоскость

CiC2 образуют непрерывную прямую линию KiK2. В зависимости от заданных требований контроля число продольных сквозных каналов 9 может быть большим одного, при

этом в каждом из них будут установлены плоские подложки 10с входными торцовыми частями 13, предназначенными для измерения только определенных зон измерения уровня по высоте емкости 3.

0 На верхней части поплавка 7, установлены по прямой MiMa (фиг.4) выходные торцы 14 оптических волокон 15 излучателя 2. Линия MiM2 расположена в горизонтальной плоскости выше поверхности жидкости и

5 фронтально (фиг.2 и 3) к входным торцам 15 оптических волокон 11 приемника 12, соединенного с приемником 16 излучения, где происходит преобразование и представление информации в вид, удобный для опера0 тора.

Профиль поперечного сечения поплавка 7 (фиг.2) выполнен подобным и соизмери- мым с профилем поперечного сечения боковой внутренней поверхности измери5 тельной трубки 4, при этом измерительная

трубка 4 выполняет роль направляющей при

перемещениях поплавка 7 в вертикальной

плоскости и выступает ограничителем его

перемещений вокруг своейлродольной оси.

0 Ограничителем перемещения поплавка 7 вокруг оси является также и концевая часть излучателя 2, установленная на поплавке 7 и перемещающаяся вместе с ним по продольному сквозному каналу 8, ширина кото5 рого выбрана исходя из условия обеспечения надежного и беспрепятственного перемещения по измерительной трубке 4 и исключения повреждения внешней оболочки излучателя 2.

0 Для обеспечения жесткости и неподвижности установки плоских подложек 10, пространство между ними и оптическими волокнами 11 заполняется отвердевающими материалами (клеем, компаундом, лаком

5 и другими наполнителями) 16 (фиг.6).

Уровнемер работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 излучения по излучателю 2 поступает в емкость 3

0 с контролируемой жидкостью (имеющей текущий уровень h) проходит через продольный сквозной канал 8 внутрь измерительной трубки 4 к поплавку 7, где через выходные торцы 14 оптических волокон 15 излучателя

5 2 излучается световой плоскостью MiMa, расположенной параллельно и выше поверхности жидкости, и воспринимается входными торцовыми частями 13 оптических волокон 11 приемника 12, соединенного с приемником 16. При спокойной поверхности жидкости, имеющей значение текущего уровня h в контролируемой емкости 3, поплавок 7 будет сохранять свое положение неизменным, при этом световая плоскость MiMa, образованная прямой пинией расположенных на поплавке вплотную друг к другу торцовых частей 14 оптических волокон 15 излучателя 2, будет пересекать в горизонтальной плоскости входные торцы 13 оптических волокон 11 приемника 12 (фиг.6), размещенные на плоских, параллельно установленных в продольном сквозном канале 9 боковой стенки измерительной трубки 4, подложек 10. Так как проекции Н, 1г...la, 1э диаметров Фт, Фа...Фа, Фд внутренних жил (с центрами О102...0в0э) входных торцов 13 оптических волокон 11 на вертикальную стенку плоскость CiCa образуют прямую непрерывную линию, то в каждый момент времени текущему значению уровня будет соответствовать место пересечения световой плоскости MiM2 с определенным входным торцом 13 оптического волокна 11 приемника 12.

При изменении уровня жидкости в емкости 3 поплавок 7 вместе с волоконно-оптическим излучателем 2 свободно перемещается вдоль измерительной трубки 4, отслеживая текущее значение уровня, так как образованная на нем торцами 14 световая плоскость MiMa из-за ограничений перемещения поплавка вокруг своей оси все время будет восприниматься торцами 13 волокон 11 приемника 12 (перемещение световой плоскости на фиг.6 показано стрелками). Информация об уровне в приемнике 16 будет преобразовываться в вид, удобный для регистрации оператора.

При неспокойной поверхности жидкости в емкости 3 вследствие возмущений, вызванных дестабилизирующими факторами, например газлифтом, барботажем, кипением, резкими перепадами давления, колебаниями емкости и т.д., образующиеся при этом различные пузырьки, выбросы, колебания, бульканье жидкости будет разбиваться и демпфироваться поверхностью поплавка 7, так как его большая часть погружена в

жидкость, а выбранные размеры и вес будет способствовать нейтрализации возмущений. В результате сам поплавок 7 практически будут сохранять свое положение

неизменным, т.е. положение поплавка при неспокойной поверхности жидкости будет аналогичным положению поплавка при спокойной поверхности жидкости для конкретного текущего значения уровня, при этом и

сам процесс измерения уровня будет происходить аналогично измерению уровня жидкостей со спокойными поверхностями.

Формула изобре1ения

Дискретный оптический уровнемер, содержащий поплавок, источник и приемник светового излучения, соединенные с волоконно-оптическими световодами, при этом торцы оптических волокон, связанные с излучателем, установлены на поплавке в плоскости, параллельной поверхности жидкости, а торцы оптических волокон, связанных с приемником, расположены в емкости на разной высоте в пределах измерения,

отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, за счет обеспечения измерения уровня жидкостей с неспокойной поверхностью, центр тяжести поплавка расположен ниже уровня жидкости, а поплавок установлен в измерительной трубке, профиль поперечного сечения внутренней поверхности которой соответствует профилю поперечного сечения поплавка, а на поплавке размещены оптические волокна излучателя, соединенные между собой без зазора и их торцы образуют прямую линию, расположенную выше поверхности жидкости, при этом оптические волокна излучателя установлены в продольном пазу

измерительной трубки, а входные торцы оптических волокон приемника размещены на плоских подложках, соединенных между собой и установленных параллельно вдоль боковой стенки измерительной трубки,

причем линия, образованная проекциями диаметров внутренних жил входных торцов на вертикальную плоскость, имеет вид непрерывной прямой.

N 1N

Изобретение относится к оптическим уровнемерам жидкости. Целью изобретения ®-, является расширение области применения за счет обеспечения измерения уровня жидкостей с неспокойными поверхностями. При изменении уровня жидкости в емкости 3 поплавок 7 вместе с волокон-конетическим излучателем 2 свободно перемещается вдоль измерительной трубки 4. отслеживая текущее значение уровня, так как образованная на нем одними торцами световая плоскость из-за ограничений перемещения поплавка вокруг своей оси все время будет восприниматься другими торцами волокон 11.6 ил.

Ч 1ИИ11| III till I II I III (ill I 11//

ч .

vJLA JUUULXJLJ JtT T/./

/hiiiiiiiiniiiiiitMHmjiii 4

f 2/7$

ff

9-9

g-5

ггп&

// 6.

21 OL

V-V

H -ТШГ

Mill

N, /Vj A/5 /1/7

Ai

/l/2 Ж Фиг. 6