Уровнемер для криогенных жидкостей Советский патент 1992 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам для измерения уровня жидкости в криогенных емкостях, например в воздухоразделительных установках и транспортных цистернах

Известен емкостной уровнемер, содержащий датчик емкости, расположенный внутри сосуда Дьюара и выполненный в виде коаксиальных, изолированных друг от друга трубок Датчик электрически соединен с прибором, измеряющим емкость датчика По величине емкости датчика определяют уровень жидкости в сосуде Дьюар°.

Нгдостатком данного уровнег ера является его сложность, так как для работы не- обходмм вторичный измерительный прибор. Кроме того, емкостной датчик неудобен в эксплуатации так как не всегда есть возможность поместить его внутоь криогенной емкости

Известен уровнемер выбранный в качестве прототипа, содержащий дифма1 .

подсоединенный импульсными трубками к емкости с криогенной жидкостью. При этом одна импульсная трубка соединена с газовой полостью, а другая - с нижней частью емкости (с жидкостью). Дифманометр измеряет гидростатическое давление столба жидкости и по показаниям дифманометра определяют уровень жидкости в емкости. В качестве дифманометра может использоваться U-образная трубка, запопненная жидкостью с известной плотностью, или специально изготовленный мембранный дифманометр типа УЖК-5, шкала которого опарирована в килограммах или в литрах

Недостатком данного уровнемера является его ненадежность. Дифманометры (и стеклянный, и мембранный) не рассчитаны на большие давления, которые могут возникать в процессе работы Кроме того, жидкость из U-образного дифманометра может попасть в криогенную емкость при возник новении пупьсаций давления и т п

(Л

с

VI

го

Цель изобретения - повышение надежности уровнемера для криогенных жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном уровнемере для криогенных жидкостей, содержащем измерительный блок с двумя соединительными трубками, измерительный блок выполнен в виде вертикально расположенной тонкостенной металлической трубки, соединительные трубки подсоединен к верхней и нижней части металлической трубки, причем верхняя соединительная трубка присоединена через запорный вентиль.

На фиг. 1 изображен предлагаемый уровнемер, установленный на криогенной емкости; на фиг. 2 - увеличенный элемент тонкостенной трубки.

Уровнемер содержит криогенную ем- ,кость 1, тонкостенную металлическую трубку 2 с нанесенной на нее шкалой 3 Нижний торец трубки 2 соединен соединительной трубкой 4 с днищем 5 криогенной емкости 1. Верхний конец трубки 2 соединен соединительной трубкой 6 с газовой полостью 7 криогенной емкости 1 в верхней ее части На соединительной трубке б установлен запорный вентиль 8.

Уровнемер работает следующим образом.

Для измерения уровня жидкости в криогенной емкости 1 необходимо открыть вентиль 8. Криогенная жидкость (например, азот) будет перетекать в тонкостенную трубку 2, при этом ее уровень будет несколько выше за счет паровых пузырей 9, которые возникают в результате теплопритока из окружающей среды, В результате теплообмена жидкости и газа, находящихся внутри трубки 2, с окружающей средой (воздухом), на внешней поверхности трубки 2, выше уровня жидкости, появляется иней (трубка обмерзает), а ниже происходит конденсация кислорода наряду с образованием инея. Жидкий кислород стекает тонкой пленкой вниз по трубке 2 и смывает иней В результате этого на внешней поверхности трубки 2 в зоне границы жидкость-пар (на уровне жидкости) появляется четкая граница 10, выше которой трубка покрыта инеем, а ниже -влажная, По месту нахождения границы 10 (фиг. 2) на трубке 2 с помощью измерительной шкалы 3, нанесенной на поверхности трубки 2 при тарировке, определяют количество жидкости в криогенной емкости 1, Для отключения уровнемера необходимо закрыть запорный вентиль 8, при1 этом жидкий азот будет вытеснен паром в криогенную емкость.

Существование границы 10 определяется следующими условиями.

Ниже уровня жидкости температура стенки металлической трубки дожна быть

ниже температуры конденсации кислорода, а выше уровня жидкости - выше температуры конденсации кислорода. Эти условия соблюдаются, если в криогенной емкости находится жидкий азот. Температура нась щения азота равна 78 К, а температура конденсации кислорода 90 К. В данном случае на поверхности тонкостенной трубки2 ниже уровня жидкости реализуются условия для конденсации кислорода из воздуха. Температура же поверхности трубки 2, расположенной над уровнем жидкости, выше температуры конденсации кислорода, т е, условия для конденсации отсутствуют. Отсутствие конденсации можно пояснить следующим образом. Количество тепла, подведенного к поверхности трубки 2, равно количеству тепла, отведенного газообразным с.ЗОТОМ.

, тогда

см ATi a2AT2,

ATi 02/СЕ1 АТ2,

где АТ-| - разность температур внутренней поверхности трубки 2 и газообразного азота,

ДТ2 - разносib температур воздуха и внешней поверхности трубки 2.

Если предположить, что перепад температур на поверхности трубки мал, а коэффициенты теплоотдачи (при естественной конвекции) а , о, приблизительно равны, то ATi ДТ2, следовательно температура

стенки 2 будет равна полусумме температур воздуха и насыщения азота.

45

К

Следовательно условия для конденсации кислорода на поверхности трубки 2, которая выше уровня жидкости, отсутствуют. Однако температура стенки ТСт достаточна для инееобразования.

Формула изобретения Уровнемер для криогенных жидкостей, содержащий измерительный блок с двумя соединительными трубками, отличаю - щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, измерительный бло: зыполнен в виде вертикально расположенной тонко стенной металлической трубки, соединительные трубки присоединены к верхней и нижней части металлической трубки, причем верхняя соединительная трубкз присо единена через запорный вентиль.

Применение1 изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения уровня жидкостей в криогенных емкостях Сущность изобретения: уровнемер содержит тонкостенную металлическую измерительную трубку г нанесенной на нее шкалой Нижний и верхний концы измерительной трубки соединены соединительными трубками с днищем криогенной емкости и с газовой полостью в верхней части криогенной емкости В верхней соединительной трубке установлен запорный вентиль 2 ил

10

Фиг 2