Пьезометрический уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим измерителям уровня жидкостей в емкостях, и может найти применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Известен уровнемер, включающий источник сжатого газа, вторичный прибор для измерения избыточного давления и пьезометрическую трубку, выходящий из которой газ барботирует через слой жидкости.

Недостатком такого прибора является барботаж газа через слой жидкости, в результате чего газ загрязняется парами жидкости.

Известен уровнемер, содержащий пьезометрический датчик, преобразователь, вторичный прибор, причем в нем преобразователь выполнен в виде подсоединенного входной камерой к датчику двухмзмбранно- го повторителя, включенного с помощью дросселя и линейного делителя по схеме усилителя давления с регулируемой обратной отрицательной связью. В пьезометрическом датчике находится не обновляемый газ, который при увеличении уровня жидкости сжимается, из-за чего зависимость между выходным сигналом и уровнем жидкости в емкости нелинейна.-Кроме тою, изменение температуры жидкости, растворение газа из датчика в жидкости, испарение жидкости в газ приводит к появлению дополнительной погрешности измерения.

Известен также уровнемер, содержащий источник сжатого газа, пьезометрическую трубку, вторичный прибор, в который с целью у леньшения расхода газа включены эжектор, элемент сравнения, сервопривод, управляющий расходом газа в зависимости от давления в камере отсосз эжектора, через который сжатый газ подается- в пьезометрическую трубку.

Недостатком такого уровнемера я чляет- ся периодическое изменение расхода газа через эжектор и пьезометрическую трубку, которое вызывает пульсации давления и снижает-точность измерений уровня Кроме того, в таком уровнемере сохранен чзстич jb,

sj

О

ный барботаж газа через слой измеряемой жидкости

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена схема предлага емого пьезометрического уровнемера; на фиг 2 -состояние пьезометрической трубки в момент сброса давления.

Пьезометрический уровнемер содержит погруженную в контролируемую жидкость пьезометрическую трубку 1, соединенную с первым дозатором 2 постоянного расхода, первым входом трехмемб- ранного элемента 3 сравнения, первым входом первого нормально-закрытого клапана А. Второй дозатор 5 постоянного расхода соединен с пневмоемкостью 6, со вторым входом элемента 3 сравнения, с первым входом второго нормально закрытого клапана 7, первым входом элемента 8 памяти. Выходы элемента 3 сравнения соединены с входом импульсатора 9 с дросселем 10, выход которого соединен с управляющими вторыми входами нормально закрытых клапанов 4 и 7 и вторым входом элемента 8 памяти, выполненным, например, в виде устройства задержки, выход которого подключен к вторичному прибору 11 Выходы нормально закрытых клапанов соединены с атмосферой или емкостью, в которой измеряется уровень

Уровнемер работает следующим образом.

Через дозаторы 2, 5 постоянного расхода в измерительную схему постоянно подается сжатый газ (воздух или азот).

По завершении предшествующего цикла клапаны 4 и 7 закрываются и с этого момента поток газа от второго дозатора 5 поступает в пневмоемкость 6, а поток газа от первого дозатора 2 поступает в пьезометрическую трубку 1, вытесняя из нее жидкость. Рост давления в замкнутой пневмоемкости 6 происходит по линейному закону, а в пьезометрической трубке 1 из-за увеличивающегося объема газового пространства давление нарастает по нелинейной зависимости. В момент, когда давление газа в пьезометрической трубке 1 становится равным давлению газа в пневмоемкости б, срабатывает элементЗ сравнения. Сигнал из выхода элемента 3 сравнения поступает на вход импульсатора 9, который выдает единичный импульс давления, длительность которого определяется настройкой дросселя 10. При этом давление в пневмоемкости б запоминается элементом 8 памяти, откуда сигнал поступает на вторичный прибор 11.

Клапаны 4, 7 открываются, газ из трубки 1 и пневмоемкости 6 сбрасывается в атмосферу или в емкость, в которой измеряется уровень. После снятия выходного импульса с импульсатора 9 клапаны 4 и 7 закрываются и цикл измерения повторяется. Длительность цикла определяется скоростью подачи газа дозаторами постоянного расхода 2 и 5, объемами пневмоемкости 6 и пьезомет- рической трубки 1 и может составлять от нескольких секунд до десятков минут.

Для математического описания работы уровнемера вводятся обозначения:

Gi.G2 - массовый расход газа через до- затор постоянного расхода 5 и 2 соответственно;

г- текущее время с момента закрытия клапанов 4 и 7;

Л - объем пневмоемкости 6; Но - высота пьезометрической трубки;

Н - текущая высота уровня жидкости в емкости;

6 - то же, в пьезометрической трубке 1;

S - поперечное сечение пье;,ометриче- ской трубки 1;

РЖ - плотность жидкости в емкости;

РО - плотность газа в пневмоемкости б и в пьезометрической трубке в момент

РО - абсолютное внешнее давление; p1t p2 - тек/идее абсолютное давление в пневмоемкости бив пьезометрической трубке соответственно;

g - ускорение свободного падения.

Масса газа в текущий момент т в пнев- моемкости бив пьезометрической трубке 1 составляет

Р1

po-sj- f ,ObVi +Gir

О

0)

Р2

А ( Но - 6) S /о0 (Но - Н ) S + G2 г

(2)

Из уравнений (1 м 2) после исключения переменных т и д с учетом равенства/ожд(Н- -д)Р2-Ро можно получить зависимость

Н Н0+-.

Р2

Pi - Ро G2 Vi

рж -д Рг-Ро GI S

(3)

В момент срабатывания элемента 3 сравнения мыполняется равенство и зависимость (3) приводится к

55 °иду ,

н Р - Р.

Т 1 -т;-

Ро

G2 -Vt

Но рж g Но

рж 9 Н0 61 Н0 S

(4)

Подбором Vi. S и/или настройкой дозаторов 2, 5 добиваются выполнения равенства

1 -f

Po

рж g Ho

(5)

В результате получают линейную зави- симсють между уровнем жидкости в аппарате избыточным давлением в датчике с нулевой начальной точкой отсчета.

Газ в пьезодатчике устройства за каждый период обновляется и показания уров- немера не зависят от температуры. Поскольку длительность цикла ограничена, растворение газа и испарение жидкости практически не влияют на точность измерения. Кроме того, измерение уровня осуще- ствляется без барботажа газа через слой жидкости.

Формула изобретения Пьезометрический уровнемер содержа- щий пьезометрическую трубку, связанную с первым дозатором постоянного расхода и первым входом элемента сравнения, и вторичный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере- ния, в него дополнительно введен второй дозатор постоянного расхода, пневмоем- кость, импульсатор с дросселем, первый и второй нормально закрытые клапану, соединенные с атмосферой, и элемент памяти, при этом

второй дозатор постоя иного расхода связан с пневмоемкосгью, вторым входом элемента сравнения, первым входом второго нор мально закрытого клапана и первым входом элемента памяти, выход которого соединен с вторичным прибором, причем пьезометрическая трубка соединена с первым входом первого нормально закрытого клапана, выходы элемента сравнения соединены с им- пульсатором, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго нормально закрыт ых клапанов и вторым входом элемента памяти.

2 Уровнемер по п.1, отличающий- с я тем, что параметры прибора определены из соотношения

G2 ; Vi 1 , Ро GI H0Sрж g Но

где Gi и 62 - массовые расходы газа через первый и второй дозаторы постоянного расхода;

Vi - объем пневмоемкости;

Но - высота пьезометрической трубки;

S - поперечное сечение пьезометрической трубки;

Ро - абсолютное внешнее давление;

/9Ж- плотность жидкости в емкости.

Использование: в приборостроении и может найти применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Пьезометрический уровнемер включает пьезометрическую трубку, вторичный прибор и измерительную схему, состоящую из трехмембран- ного элемента сравнения, пневмоемкости, импульсатора с дросселем, двух нормально закрытых клапанов, элемента памяти, двух блоков постоянного расхода, соединенных с источниками питания. 2 ил.

У,

НачальныйТекущий

Фие.1

1

н

//

в

I

ХЭ

V.

h-«

ел.

Фиг. 2