Тепловой уровнемер Советский патент 1980 года по МПК G01F23/22 

I

Изобретение относится к тепловым уровнемерам и может быть применено для измерения уровня жидких, сыпучих, гранулированньк и кусковьк сред в различных, отраспах промышленности.

Известен уровнемер жидкостей, содержащий корпус, источник нагрева, чувствительный элемент и вторичный прибор, снабженный тепловой трубой с тепловым экраном, опущенной в измеряемую среду, причем на зоне конденсации тепловой трубы, расположенной вне емкости, установлен чувствительный элемент

Недостатком этого-устройства является низкая точность измерений.

Наибсяее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является тепловой измеритель уровня жидких сред, содержащий измерительный датчик, проходящий через границу раздела жидкой и паровой сред, два компенсационных датчика, раэмещенньк соответственно в жидкой и паровой средах, и диффереьщиальнб-мостовую измерительную схему, к которой под ключены датчики, при этом измерительный и Компенсационные датчики выполнены в виде терморезисторов (2.1, Недостаток известного уровнемера заключается в том, что для его работы необходимо обеспечить питание датчиков и выполнить условие обязательного равенства пропускаемых через нихтоков, что усложняет схемное решение и снижает точность измерения из-за

10 дополнительного нагрева датчиков.

Целью изобретения является повыщение надежности и точности измерения уровня, а также расширение диапазона измерэш1Я и применения. .

15

Это достигается тем, что тепловой уровнемер снабжен двумя расположенными снаружи емкости камерами, сообщенными с парогазовым пространством et.tкости, а измерительный и компенсацион20ные датчики выполнены в виде тепловых труб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубы установлены горизонтально так, что их 37 Зоны испарения расположены соответственно в измеряемой и парогазовой с)еда а зоны изоляции - в упомяиуть Х камь- pax. Кроме того, измерительная cxsNia имеет два блока сравнения, множительноделитапьное устройство и усилитель, причем .датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубы подключен к первому и второму блокам сравнения, на „вторые входы которых соответственно по ключены датчики теплового потока измерительной и второй компенсационной труб а выходы блоков сравнения соединены с множитвльнот-делитепьным устройст 5ом, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору. Тепловой уровнемер снабжен также аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уро ней, соединенными с датчиками тепловых потоков компенсационных труб и термочувствительным элементом, установленгным в контролируемой срэде. Сущность изобретения поясняется , чертежом, на котором представлена схема теплового уровнемера, В емкости 1 с нагретой измеряемой средой 2 размещена измерительная тепл вая труба 3. Труба 3 установлена вертикапьно по оси емкости так, что ее зо .На испарения 4 длиной L , равней i разнице между максимальным уровнем и минимальным уровнем Н ,1 ср ды 2, погружена в среду. Зона изсшя ции 5 длиной ц находится в парогазо вом пространстве емкости 1, а зона ко денсации 6 расположена снаружи емкости 1, Выше уровня парогазовом пространстве емкости установлена компенсационная тепловая труба 7. Ниже уровня установлена вторая компенсационная тепловая труба 8. Зона испарения трубы 7 расположена в парогазовом пространстве емкости 1, а зона испарения трубы 8 - в измеряемой ср&Д9 2. Зоны изоляции труб 7 и 8 расположены соответственно в камерах 6 и Ю, сообщенных с парогазовым пространством емкости 1.Зоны конденсации труб 7 и 8 расположены снаружи камер 9 и 10. На зонах конденсации труб 3,7 и 8 установлены датчики теплового потока 11, 12 и 13 соответственно. Ниже трубы 8 установлен термочувствительный элемент 14 Выход дат чика 12 подключен к блокам сравнения 15 и 16, на вторые входы которых соответственно под шючены датчики 1.1. и 13, а выходы блоков сравпения сое54динеиы с множитепьно-двлитйльным устройством 17, выход которого через усилитель 18 связан со вторичным прибором, например показьшающим устройством 19 и регистрирующим устройством 20, Кроме того, выход термочувствительного датчика соединен с аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней 21 и 22, вторые входы которых подключены к выходам датчиков 12 и 13, Тепловые трубы 3,7 и 8 имеют одинаковую геометрию, вьшопнены из одного материала, заполнены одинаковым твилоносителем и снабжены одинаковыми гсодсасывающими системами фитильной структуры. Уровнемер работает следующим образом. При уменьшении уровня нагретой среды 2 в емкости 1 от И уу, до Н уменьшается величина теплового потока Qn-bNv воспринимаемого тепловой трубой 3} так к,ак коэффициент теплопередачи при контакте трубы с измеряемой средой существенно больше коэффициента теплопередачи для случая Контакта трубы с парогазовой фазой, при этом температура измеряемой среды практически всегда больше температуры упомянутой фазы. Воспринимаемый трубой 3 тепловой поток передается по трубе в зону конденсацик 6, Установленный в зоне 6 датчик теплового потока 11 преобразует величину воспринятого трубой 3 теплового потока Q Л-,,(УД в соответствующую величину термоэлектродвижущей силы U, . В то. -же время тепловые потоки, воспринимаемые трубами 7 и 8, при данных температурах среды и парогазовой фазы сстаются постоянными и равными и соответственно, Этo обеспечивается за счет одинаковых параметров труб 3, 7 и 8, и за счет расположения труб в емкости. Датчики 12 и 13 преобразуют соответственно тепловые потоки QHK Оспк в значения напряжений U п и UCDK, Сигнал с выхода датчика 12 поступает на второй В.ХОД блока сравнения 15 и на nefvьый вход блок§ сравнения 16. На первый вход блока сравнения 15 поступает сигнал с датчика 11, а на второй вход блока сравнения 16 поступает сигнал с датчика 13, В блоке 15 происходит сравнение сигнала измерительной тепловой трубы Зи, сигнала парогазовой компенсационной трубы 7 , а в блоке 16 сравнение сигнала компенсационной TJIVбы 8UcpK и сигнала Пга)огаоовоГ1 компенсационной трубы 7 и ПК . С выхода 67ШКОВ 15 и 16 результирующие сигналы в виде сигналов рассогласования указанных напряжений подаются на соответствующие входы множитепьнс двли- TEwibHoro устройства 17. Результат дел ния сигнала с блока 15 на сигнал с бло ка 16 на выходе устройства 17 преобразуется путем умножения в соответству щее значение напряжения, которое подае ся на вход усилителя 18 и с его вькод на показывающее 19 и регистрирующее 2О устройства. При уменьщении уровня среды 2 сйг нал рассогласования на вькоде блока 15 уменьщается, а сигнал рассогласования на выходе блока 16 остается неизменным при постоянстве температур среды 2 и парогазовой фазы. В результате выходное напряжение уменьшается и ста новится равным О при достижении минимального уровня . При увеличении уровня среды до Н nct сигнал рассогласования на выходе блока 15 увеличивается, соответственно увеличивается и выходное напряжение и становится максимальным при достижении максимального уровня Н JY,QX Инвариантность измерения уровня сре ды 2 при переменности ее температуры и температуры ее парогазовой фазы вьет кает из рассмотрения зависимости тепло вого потока, воспринимаемого тепловой трубой 3 от изменения уровня среды, в результате которого определяется НЪ)Уч ПК -текущее значение уровня где С. -среды; , измерения, рав; ный длине зоны испарення Анализ соотношения показывает-, что такое соотношение между измеряемыми величинами обеспечивает полную инвариантность измерения уроввш при изменении температур среды и ее парогазовой фазы. Необходимо отметить, что указанное выражение получено без учета тепловых потоков-через торцы труб, расположенные в соотвотствующих среда Это условие ВЫПОЛНЯЕТСЯ при достаточной тепловой изоляции упомянутых торцов. Кроме того, в данном устройстве предусмотрена аЕ арийнля сигнализация на случай превышения максимально долустимого уровня или уменьшения уровоя ниже минимально допустимого. При повышении уровня измеряемая среда достигает участка испарения трубы 7, в которой резко увеличивается величина тэплового потока и, следсватеяыю, величина выходного напряжения датчика 12, что фиксируется сигнализатором 21. В случае понижении уровня тепловая труба 8 оказывается в парогазовой фазе, что приводит к резкому уменьшению теплового потока в трубе 8 и, следовательно, зьсходного напряжения датчика 13, что фиксируется сигнализатором 22, Обеспечение инвариантности сигнализации при изменении температуры среды 2 осущест вляатся с помощью термочувствительного элемента 16, подключенного своим выходом к входам сигнализаторов. Данное техническое решение повышает надежность и точность измерений при переменных температуре идавлении среды, позволяет измерять уровень как электропроводных, так и диэлектрических сред, находящихся в жидком, сыпучем, граиуЬированном и кусковом состоянии, т.е. практически любьк сред в щироком диапазоне.-температур от 50 С до +2500°С. Формула изобретения 1., Тепловой уровнемер, содержащий измерительный датчик, установленный вертикально в емкости с контролируемой: жидкостью, два компенсационных датчика, размещенных соответственно в изме- ряемой и парогазовой средах, измерительную схему и вторичный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и TO4HOCTVi измерения уровня, расширения диапазона измерения и применения, он снабжен двумя расположенными снаружи емкости камерами, сообщенными с парогазовым пространством емкости, а измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде тепловьге. труб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубы установлены горизонтально так, чт-о и.х зоны испарения расположены соответст енно в измеряемой и парогазовой средах, а зоны изоляции - в упомянутых камерах. 2. Тепловой уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что изме-. рительная с.хема имеет два блока сравнения, множителъно-делительное устройство и усилитель, причем датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубы подключен к первому и второму блокам сравнения, на вторые входы которых соответственно подключены датчики теплово-

го потока измерительной и второй компенсационной труб, а выходы блоков сравнения соединены с множитвпьно-дэлнтвпьнымустройством, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору.

; 3, Тепловой уровнемер по пп. 1 я 2 отлнчающийс я тем, что он снабжен аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней, соединенными с датчиками тепловых потоков компен-

сационных трубГ и введенным термочувст вительным элементом, установленным в контролируемой среде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство по заявке № 2415737, кл, GO1 f 23/22,

1976.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 54О149, кл. GO1 F 23/22, 1975 .{прототип).