Способ измерения уровня жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F23/16 

с известными характеристиками (эффективной площадью S и жесткостью Z). Подвижное дно сильфона 1 соединяют с входом измерителя перемещений 2 с помощью передаточного элемента 3. В качестве измерителя перемещений 2 может быть использован емкостный, индукционный или какой-нибудь другой преобразователь перемещений в выходной сигнал. Рабочая полость сильфона 1 соединителем 4 герметично подсоединяется к вертикальному сосуду 5, представляющему собой трубку постоянного сечения, причем сечение этой трубки должно быть незначительным (порядка t см2), а высота этой трубки должна превышать планируемый верхний предел измерения уровня жидкости. При нормальной температуре (20°С) заполняют внутреннюю полость вертикальной трубки 5 и сильфона 1 компенсационной жидкостью 6, в качестве которой используют саму контролируемую жидкость 7. Погружают собранную систему измерений в емкость 8 с контролируемой жидкостью 7, выводят линию связи 9 измерителя перемещений 2 через уплотнитель 10. Совмещают продольную ось сильфона 1 с уровнем нижнего предела измерений. Система измерений готова. Необходимотолько согласовать Нуль измерителя перемещений 2 с положением подвижного дна сильфона 1 при значении уровня контролируемой жидкости, соответствующем нижнему пределу измерений. Теперь любому значению измеряемого уровня жидкости HI будет соответствовать совершенно определенное значение перемещения подвижного дна сильфона Л, регистрируемое измерителем перемещений.

Равновесие в системе измерений выражается равенством

рНв.п Hi S + Z Ai .

(1)

Отсюда перемещение подвижного дна сильфона (оно же перемещение Л, регистрируемое измерителем перемещений) будет равно

1 P S (НВп HI)

(2)

о

Из выражения (2) видно, что для данной конкретной системы измерений, когда известны эффективная площадь и жесткость упругого чувствительного элемента, и плотность контролируемой жидкости р. перемещение А Прямо пропорционально разности столбов жидкости: базового столба Нв.п. и измеряемого Hi.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Задавшись конкретными характеристиками упругого чувствительного элемента - сильфона (эффективной площадью S и жесткостью Z) и контролируемой жидкости (плотностью р и коэффициентом объемного расширения /8), выполнив вычисления по формуле (2), легко убедиться, что при любых значениях температуры погрешность измерений составляет минимальную величину. Например, при значениях р 1,0 г/см , уЗ 0,001°С, см2, и Z 150 кгс/см2 при любом диапазоне измерений от 0 до 1000 см погрешность от измерения температуры на 100°С составляет всего 1 % от номинального перемещения Д, или 0,1 % на 10°С (для краткости изложения расчеты здесь не приводятся). Это в 2,5 раза меньше температурной погрешности промышленного уровнемера УВС-М, упоминавшегося выше.

Нетрудно убедиться, что на точность измерений по предлагаемому способу совершенно не влияет статическое давление контролируемой жидкости, т.к. одно и то же давление, установившееся в емкости 8, одновременно воздействует и на контролируемую жидкость 7 и на компенсационную жидкость б в вертикальной трубке 5. Точно так на измеряемую и компенсационную жидкости одинаково воздействуют температуры контролируемой жидкости и окружающей среды, т.к. вся система измерений находится внутри емкости 8.

Еще одним существенным преимуществом предлагаемого способа измерений является то положение, что измеряемый уровень жидкости автоматически приводится к нормальным условиям (к температуре 20°С), что облегчает использование результатов измерения уровня для учетно-расчет- ных операций. Это приведение результатов измерения к 20°С обеспечивается заполнением вертикальной трубы компенсационной жидкостью при этой температуре (20РС) до требуемого верхнего предела измерений Нв.п.. При изменении температуры в большую или меньшую сторону высота компенсационного (базового) столба жидкости в вертикальной трубе изменяется от определенного минимального до определенного максимального значения, но вес этого столба жидкости, а следовательно, и развиваемое им давление на упругом чувствительном элементе остается практически неизменным, т.е. обеспечивается измерение уровня жидкости HI относительно постоянной базы (точки отсчета)

Преобразовав уравнение (1), получим текущее (измеряемое) значение уровня контролируемой жидкости:

Hi - Нв.п TJTC

(3)

Обозначив постоянные для данной системы величины через К получим:

Hi Нв.п - К Ж.

о

Вычислив числовое значение

А - рЪ

и подставив его значение вместе со значением Нв.п. в выражение (4), сводят процесс определения уровня жидкости к упрощенной до минимума операции: определяют в единицах длины перемещение А. зарегистрированное измерителем перемещений, и по формуле (4) вычисляют измеренный уровень жидкости.

Формула из об р е т е н и я Способ измерения уровня жидкости, при котором погружают упругий чувствительный элемент, соединенный с преобразователем его перемещений, в контролируемую среду на уровень нижнего предела измерений и фиксируют выходной сигнал преобразователя перемещений, отличающийся тем.

что, с целью повышения точности, предварительно подсоединяют герметично к внутренней полости чувствительного элемента перпендикулярно к его продольной оси вертикзльный сосуд постоянного сечения 1-5 см2 с высотой больше расстояния до уровня верхнего предела измерения и заполняют его при нормальной температуре контролируемой жидкостью до уровня верхнего предела измерений, а уровень контролируемой жидкости Hi определяют по формуле:

Hi - Нв.п -К А,

где Н8.п - верхний предел измерений;

k - перемещение чувствительного элемента, зафиксированное измерителем в 1-й точке измерения;

К - коэффициент, постоянный для дан- ной системы измерений

-Л Л5

где р - плотность контролируемой жидкости;

S - эффективная площадь упругого элемента,

Z - жесткость упругого чувствительного элемента.

Уровень БАЗОВОГО упжплСТОЛЕЛ ВРИ ima

УРОВень БАЯОвОГО /

СТОЛБА ПРИ tmtn / У омньшом- го CTOJJBA ПРИ

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники. Сущность изобретения: способ основан на измерении давления, развиваемого весом столба жидкости. Для решения задачи выбирают соответствующие требуемому диапазону измерений упругий чувствительный элемент и измеритель перемещений, соединяют их между собой, к рабочей полости упругого чувствительного элемента герметично подсоединяют вертикальный сосуд постоянного сечения, порядка 1 -5см2, высотой, превышающей уровень верхнего преИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения уровня жидкости в любых отраслях науки и техники, для реализации в уровнемерах жидкости, основанных на измерении давления гидростатического столба жидкости. Предложенный способ обеспечивает упрощение измерения уровня и повышение точности измерений за счет компенсации влияния плотности контролируемой жидкости столбом самой контролируемой жидкодела измерения, при нормальной температуре заполняют вертикальный сосуд контролируемой жидкостью до уровня верхнего предела измерений, погружают собранную систему в емкость с контролируемой жидкостью до совмещения оси упругого чувствительного элемента с уровнем нижнего предела измерений и при любых значениях давления и температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха измеряют пропорционально измеряемому уровню жидкости перемещение упругого чувствительного элемента. Уровень контролируемой жидкости определяют по формуле Н) Нв.п.- MJ, где Hi - уровень жидкости в измеряемойЧ-й точке диапазона измерений; Нв.п - верхний Предел измерения уровня жидкости; - перемещение, зарегистрированное измерите лем перемещения в i-й точке измерений; К - коэффициент, постоянный для данной системы измерений: К 2/(р S). где р - плотность контролируемой жидкости ; S - эффективная площадь упругого чувствительного элемента.-Z- жесткость упругого чувствительного элемента. Гил. w Ј сти, равным по высоте верхнему пределу измерений, При этом одновременно обеспечивается компенсация от изменения давления контролируемой среды и от изменения температуры, т.к. вся система измерений помещена в контролируемую среду. Предлагаемый способ поясняется примером его реализации и чертежом, на котором представлена схема измерения уровня жидкости. Выбирают измерительный упругий чувствительный, элемент, например, сильфом 1 00 Ы 2 ся о