Гидростатический уровнемер Советский патент 1981 года по МПК G01F23/16 

1

Изобретение относится к приборостроению и может применяться для измерения уровня жидкостей, у которых изменяется плотность.

Известен гидростатический уровнемер, содержащий два устройства отбора давления мембранного типа, установленные на фиксированных высотах столба жидкости в контролируемом резервуаре, два преобразователя и электрическую измерительную схему, осуществляющую вычислительную операцию, позволяющую судить об уровне 1.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидростатический уровнемер, содержащий также два устройства отбора давления, установленные на фиксированных высотах столба жидкости и выполненные в виде пьезометрических трубок, давление воздуха в которых пропорционально соответствующим столбам жидкости и пневматическую измерительную схему, включающую два усилителя, пять дроссельных сумматоров, делительное устройство и вторичный прибор. Схема выполнена на серийно выпускаемых элементах, относящихся к унифицированной системе элементов промышленной

пневмоавтоматики. Известный прибор обеспечивает независимость показаний уровня от колебаний плотности контролируемой жидкости, что повышает точность измерения уровня 2.

Недостатком известного уровнемера является трудность настройки прибора на различные верхние предельные значения измеряемого уровня, что .J

0 делает недостаточно широким диапазон измерения.

Цель изобретения - упрощение настройки и расширение диапазона измерения.

5

Поставленная цель обеспечивается тем, что в измерительную схему, содержащую два усилителя, два дроссельных сумматора и один пятимембранный сумматор введены генератор

0 опорной частоты, подключенный к цепям управления линейных пневмосопротивлений, являющихся входами двух дроссельных сумматоров, операционный умножитель, соединенный с одной стороны с выходом одного усилителя и минусовой камерой пятимембранного сумматора, а с другой стороны - со входом второго дроссельного сумматора и преобразователь-генератор давле0ния в частоту с обратно связью по

частоте с подключенным к нему задатчиком, при этом плюсовая каме;ра пятимембранного сумматора подключена ко второму усилителю, а выход подкпючен на-вход первого дроссельного сумматора, выход которого соединен с преобразователем-генераторо давления в частоту, а его обратная связь - с цепями управления линейных пневмосопротивлений, подключенных к атмосфере, обоих дроссельных cyiviMaTOpOB.

На чертеже схематически изображен предлагаемый уровнемер.

Гидростатический уровнемер содержит два устройства 1 и 2 отбора давления, представляющие собой мембранные камеры, заполненные промежуточной рабочей жидкостью, мембраны 3 и 4 которых установлены на базовом расстоянии по вертикали в нижней части резервуара 5. -Мембранные камеры 1 и 2 гидравлически соединены соответственно с двумя усилителями 6 и 7, выполненными в виде двух пнемрповторителей, имеющих глухие камеры, заполненные так-же промежуточной рабочей жидкостью. Выходы пневмоповторителей б и 7 соединены с .минусовой и плюсовой камерами алгебраического сумматора 8, выполненного в виде пятимембранного сумматора Кроме того, выход верхнего пневмоповторителя б соединен со входом операционного умножителя 9, выход которого совместно с выходом задатчика 10 стабилизированного давления подключены ко входам перемножения двух давлений пневматического дискретно-аналогового решающего устройтва 11, являющегося основным функциональным узлом измерительной схемы. Третий вход его соединен с выходом сумматора 8. Пневматическое дискретно-ансшоговое устройство 11 содержит два дроссельных сумматора, входной, составленный из линейных ;:невмосопротивлений 12 и 13, и выходной - из линейных пневмосопротивлений 14 и 15. Все линейные пневмосопротивления включены по схеме управления частотой. Каждый из дроссельных сумматоров имеет один вход, сообщающийся с атмосферой и второй, являющийся входом пневматического дшскретно-аналогового решающего устройства. Цепи управления линейных пневмосопротивлений, установленных на этих входах, подключены к пневматическому генератору 16 опорной частоты, выполненном, например, на трехмембранном пневмореле с инерционным звеном в цепи обратной связи.

Цепи управления линейных пневмосопротивлений , входы которых сообщаются с атмосферой, подключены к преобразователю-генератору .17 давления в частоту с обратной связью

по частоте, выполненном на двух, например, трехмембранных пневмоусилителях 18 и 19 и трехмембранном пневмореле 20.

Устройство работает следующим образ о;/.

Гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре 5 через раздел гельные мембраны 3 и 4 и промежуточ(ную рабочую жидкость воздействуют на чувствительные элементы пневмоповторителей б и 7 и преобразуется в пневматические сигналы, прямопропорциональные плотности и высоте столбов Н и HQ жидкости в резервуаре 5. Эти сигналы поступают на минусовый и плюсовой входы алгебраического пятимембранного сумматора 8. На выходе сумматора 8 образуется пневматический сигнал Р, равный результату вычитания выходного давления пневмоповторителя б из выходного давления пневмоповторителя 7. Этот сигнал прямо пропорционален плотности жидкости в -резервуаре 5 и базовому расстоянию Н. Кроме того, выходной сигнал с верхнего пневмоповторителя 6 поступает также на вход операционного умножителя 9. Операционный умножитель 9 выполнен, например, в виде трехмембранного пневмоусилителя, в схему которого включен дроссельный сумматор на пневмосопротивлениях (не показан).

Регулировкой проводимости одного из них можно установить требуемую величину постоя;;ного коэффициента в зависимости от величины верхнего предела измерения уровнемера.

Выходной сигнал Р операционного умножителя 9 поступает на вход линейног о пневмосопротивления 14 выходного дроссельного сумматора (второго) пневматического дискретно-аналогового решающего устройства 11. На вход линейного пневмосопротивления 12 входного (первого} дроссельного сумматора поступает сигнал Р с выхода сумматора 8, а с выхода задатчика 10 стабилизированного давления В минусовую камеру пневмоусилителя 18 поступает сигнал Р. При этом на выходе пневматического дискретно-аналогового решающего устройства образуется давление Р, равное частотному ст деления произведения давлений Р и давление Р./. При этом провсдимость линейных пневмосопротивлений 12 и 14 устанавливается постояннсй и определяется величиной частоты f опорного пневмогенератора 16 и объемами постоянных емкостей v и v-. Частота f должна быть установлена мешьще, либо равна одной десятой частоты f . Частота f 2 преобразователя-генератора 17 устанавливается так, чтобы выходное давление входного (первого) дроссельного сумматора, выполненного на линейных пневмосопротивлениях 12 и 13 было равно давлению Р. Это обеспечивается за счет обратной связи по частоте fj преобразователя-генерато Ьа 17 при условии, что давление Р будет установлено меньшим минимального значения давления PJ . При этом например, увеличение давления Р вы зывает увеличение частоты f, В свою очередь в занисимости от измеI нения частоты f проводимость линей ного пневмосопротивления 15 увеличивается, либо уменьшается на величину, пропорциональную изменению си нала Р., которое вызвано изменением плотности жидкости в резервуаре 5. Эта пропорциональность обеспечивае т ся при условии, что произведение объема емкости-V линейного пневмосопротивления 12 на объем емкости Уд линейного пневмосопротивления 15 равно произведению объема емкости линейного пневмосопротивления 13 на объем емкости V линейного пневмосопротивления 14. Тогда давление Р на выходе пневматического дискретно аналогового решающего устройства имеет вид Путем выражения величин давления Р., и PI через соответствующие знаН и j формула (1) при чения Н, мет вид Р--V -fe Таким образом, из формулы (2) видно что выходное значение давления Р ги дростатического уровнемера прямопро порционально высоте столба жидкости в резервуаре 5 и не зависит от изоменения ее плотности. Громе того, из формулы также видно, что при изменении верхнего предельного значения уровня Н достаточно соответствующим образом изменить величины Р или К при сохранении неизменным максимального значения Р. Это позволяет осуществить перестройку устройства на различные верхние пределы измеряемого уровня жидкости. Формула изобретения Гидростатический уровнемер, содержащий два устройства отбора давления, установленные на фиксированных высотах столба жидкости в контролируемом резервуаре, и пневматическую измерительную схему, включающую два усилителя, каждый из которых соединен с соответствующим устройством отбора давления, дроссельные сумматоры и пятимембранный сумматор, отличающийс я тем, что, с целью упрощения настройки и расширения диапазона измерения, в пневматическую измерительную схему введены генератор опорной частоты, подключенный к цепям управления линейных пневмосопротивлений, являющихся входами двух дроссельных суьпаторов, операционный умножитель, соединенный с одной стороны с выходом одного с усилителя и минусовой камерой пятимембранного сумматора, а с другой стороны - со входом второго дроссельного сумматора и преобразователь-генератор давления в частоту с обратной связью по частоте с подключенным к нему задатчиком, при этом плюсовая камера пятимембранного сумматора подключена ко второму усилителю, а выход его подключен на вход первого дроссельного сумматора, выход которого соединен с преобразователем-генератором давления в частоту, а его обратная связь - с цепями управления линейных пневмосопротивлений, подключенных к атмосфере обоих дроссельных сумматоров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 239598, кл. G 01 F 23/14, 09.06.65. 2..Авторское свидетельство СССР 659907, .кл. G 01 F 23/16, 29.11.76 (прототип).

е г 1 3

13

SHSHS

i2

19/5

11

15