Устройство для определения уровня жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к области измерения физических величин, в частности к измерению уровня жидких сред, и может быть использовано в судостроении при обеспечении постоянного и качественного контроля наличия и количества жидких грузов на борту судна.

Известен емкостной уровнемер 1, содержащий емкостные датчики, выполненные в виде токопроводящих пластин, расположенных параллельно одна другой и подключенных к измерительному преобразователю.

При наличии крена судна токопроводя- щие пластины сохраняют вертикальное и параллельное относительно друг друга положение благодаря шарнирному креплению на кронштейнах, жестко связанных с корпусом цистерны на противоположных ее стенках, что позволяет с достаточной степенью точности определить уровень возмущенной жидкости.

Недостатком этого устройства является то, что его использование возможного только в симметричных сосудах (цистернах) и в сосудах, не имеющих перегородок. Кроме того, конструктивное исполнение предполагает большие габариты, вес, неудобс во раз- мещения в цистерне и необходимость периодической профилактической чистки. Не исключено также влияние среды над уровнем жидкости (пары, аэрозоли, газ) на точность измерения уровня.

Наиболее близким техническим решением из известных к предлагаемому является радиоизотопный уровнемер, например, УР-8. Конструктивно устройство выполнено в виде трех блоков: датчика, электронного блока и показывающего прибора. Датчик включает реверсивный двигатель, редуктор с червячной передачей и барабан, на который наматываются две стальные ленты. Свободно висящие на концах этих лент источник и приемник гамма-излучения находятся в одной горизонтальной плоскости и заключены о специальных герметизированных относительно среды трубсх-кожухах. Положение источника и приемника гаммач ч

Ч О О СО

излучения соответствует определенному положению стрелок дистанционного показывающего прибора с помощью сельсинов, а электрическая связь с подвижным приемником гамма-излучения осуществляется посредством гибкого кабеля через ролик с грузом. Данное устройство принято за прототип.

Недостатками прототипа являются низ- кап скорость слежения за уровнем, большая инерционность системы для измерения не- устойчив ого уровня жидкости, большие веса и габариты, сложность конструкции и необходимость периодического профилактического обслуживания.

Цель изобретения - повышение точности и эффективности контроля уровня жидкости при ее динамическом возмущении в цистерне, например, при качке судна.

Указанная цель достигается тем, что в отличии от прототипа в цистерне равномерно по периметру во взаимно перпендикулярных плоскостях параллельно друг другу размещены трубы нижним срезом ниже минимально допустимого уровня жидкости при наклонах цистерны.

Каждая труба снабжена поплавком, который располагается на границе раздела жидкость-воздух во внутреннем объеме трубы, и совмещенными источником и приемником гамма-излучения, укрепленными в верхней части трубы. При этом поплавок выполнен в виде цилиндра, на верхней торцовой поверхности которого нанесен слой материала с высоким коэффициентом отражения гамма-квантов, а по внешним образующим на равном расстоянии расположены ребра, выполняющие функцию направляющих для ориентирования поплавка в трубе при наклонах цистерны таким образом, чтобы слой материала с высоким коэффициентом отражения гамма- квантов был постоянно расположен нормально к источнику и приемнику гамма- излучения. Кроме того, поплавок изготавливают таким образом, чтобы его центр массы располагался в плоскости погружения поплавка. В этом случае поплавок в жидкости занимает неустойчивое (безразличное) положение, но благодаря направляющей трубе будет всегда ориентирован вдоль ее оси, исключая положение заклинивания.

Сущность изобретения заключается в его следующих отличительных признаках по сравнению с признаками прототипа и аналога, представленными в таблице.

Результаты проведенного сравнительного анализа показали, что признакам 4,16 и 17 нет соответствующих признаков в прототипе и аналоге, кроме того, они выполняют разные функции в устройствах, а следовательно, являются существенными отличительными признаками.

Таким образом, анализ предлагаемого изобретения на новизну показал, что предложение соответствует критерию существенные отличия, так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п.127 ЭЗ-1-74),

0 технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.

На фиг. 1 изображено устройство для определения уровня жидкости в цистерне с сечением по ее продольной оси; на фиг.2 5 сечение А-А, на котором показано взаимное расположение труб.

Устройство для определения уровня жидкости состоит из нескольких труб 1, каждая из которых снабжена источником гам0 ма-излучения 2, приемником 3 отраженного сигнала, экраном 4, поплавком 5 с направляющими ребрами б и со слоем материала 7 с высоким коэффициентом отражения гамма-квантов.

5Каждый приемник 3 отраженного сигнала соединен электрической цепью 8 с электронным интегрирующим блоком 9 и показывающим прибором 10. Трубы 1 размещены в цистерне 11 вертикально рав0 номерно по ее периметру во взаимно перпендикулярных плоскостях параллельно друг другу по вертикали.

Устройство работает следующим образом.

5 При крене судна уровень жидкости в цистерне 11 сохраняет практически горизонтальное положение. При этом в каждой трубе 1 положение уровня изменяется, что способствует перемещению поплавка 5

0 вдоль оси трубы 1. В зависимости от положения поплавка 5 увеличивается или уменьшается расстояние, которое должен преодолеть сигнал от источника 2 до отражаемого слоя 7 на поплавке 5 и обратно

5 до его приемника 3, а соответственно ослабляется или усиливается величина регистрируемого импульса, который по электрической цепи 8 в преобразованном виде поступает в электронный интегриру0 ющий блок 9, В электронном блоке 9 импульсы от всех приемников 3 труб 1 интегрируются, а полученный потенциал оказывается пропорциональным фактическому уровню жидкости в цистерне

5 и фиксируется показывающим прибором 10.

При отсутствии расхода жид кости из ци- стерни величина потенциала сохраняется постоянней независимо от угла наклона цистерны,

В устройстве предусмотрена биологическая защита в виде экрана 4, выполненным из конструкционного материала, например, свинца. В качестве источника излучения обычно используют изотоп ко- бальта Со60, а в качестве отражающего материала, например, железо или свинец, как имеющих большое альбедо.

Работа устройства проверена на модельной установке с учетом наибольших углов наклона корпуса судна, допускаемых на практике (до 45° в динамике и до 15° в статике). В результате установлено, что поплавок предлагаемой конструкции качественно и надежно отслеживает уровень жидкости при наклонах направляющей тру- .бы в указанном диапазоне углов наклона и даже за его пределами.

Технико-экономическая эффективность описываемого устройства для измерения уровня жидкости по сравнению с прототипом обусловлена повышением точности и качеством контроля уровня жидкости при ее гидродинамическом возмущении, вызванным наклонами цистерны, например, при качке судна. В отличие от прототипа предлагаемое устройство проще и может быть использовано в перегороженных цистернах любой конструкции или в группе сообщающихся емкостей и может гарантировать предотвращение снижений уровня жидкости в; наклонной цистерне ниже минимально-допустимого, если использовать критический потенциал электронного блока на автоматическое отключение расхода жидкости из цистерны.

Формула изобретения Устройство для определения уровня жидкости, содержащее вертикально расположенные в цистерне трубы, источник и приемник радиоактивного излучения, интегрирующий блок, показывающий прибор и электрическую цепь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности И эффективности контроля уровня жидкости при ее гидродинамическом возмущении, трубы размещены во взаимоперпендикулярных плоскостях, их нижние срезы расположены ниже минимально допустимого уровня жидкости, источник и приемник гамма-излучений совмещены и установлены в верхней части каждой из труб, внутри каждой из которых размещен поплавок, с центром масс, расположенным в плоскости его погружения, а торцовая поверхность каждого поплавка покрыта слоем материала с высоким коэффициентом отражения гамма- квантов.

Сущность изобретения: устройство содержит вертикально расположенные во вза- имно-перпендикулярных плоскостях в цистерне трубы, совмещенные источник и приемник гамма-излучений, установленные в верхней части каждой из труб, интегрирующий блок, показывающий прибор и электрическую цепь. Внутри каждой трубы размещен поплавок с центром масс, расположенным в плоскости его погружения. Торцовая поверхность каждого поплавка покрыта слоем материала с высоким коэффициентом отражения гамма-квантов. 2 ил.

К приз- { Изобретение пака

Прототип

Устройство АЛЯ контроля Радиоизотопный уроэyPOOHR ЖИДКОСТИНСМСр

а) по сооокупности конструктивных элементов

Источник радиоактивного излучения

Приемник сигнала

Источник радиоактивного излучения

Приемник сигнала Трубы

Поплавок с отражающим слоем

Экран

Электронный интегрирующий блок

Трубы-кожухи

Экран

Реверсивный двигатель

Редуктор

Барабан

Перфорированная лента

Зубчатый ролик

Сельсин-датчик

Сельсин-приемник

Ролик с грузом

Электронный интегрируПоказывающий прибор

Ш1ИЙ1, блок

Показыоасций прибор б) по взаимному расположенно узлов (деталел) Источник и приемник сов- Источник и приемник

метеныавтономны и раэмсцены

в одной горизонтальной плоскости

Трубы размещены в цистер-Трубы-кожухи размещены

не вертикально равномерновнутри или снаружи циспо периметру во взаимна-терны параллельно ЛРУГ

перпендикулярных плоское-ЛРУгу по вертикали тях параллельно друг другу по вертикали

Аналог

Еикостной уровнемер

Источник эг.ечтропитз- нип

Пластины емкости Кронштейн

Ориентирующий груз

Измерительный преобразователь

Показывающий прибор

Пластины расположены симметрично и параллельно в вертикальной плоскости

Кронштейны пластин размерены по оси внутри цистерин на противоположных ее стенках на одном уровне

8

ГйГ-2