Тепловой уровнемер Советский патент 1981 года по МПК G01F23/22 

(54) ТЕПЛОВОЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к тепловый уровнемерсМ и может найти применени в метгшлургической, нефтяной, химической, п{&11евой и других отраслях прокшшленности при измерении уровня нагретых жидких, гранулированных, сыпучих и кусковых сред. Известны тепловые измерители уровня жидких сред, содержсицие измерительный датчик, проходящий через границу раздела жидкой и паровой фаз, два компенсационных датчика, дифференциально-мостовую измерител1Ьную схему, к которой подключены датчики, при этом датчики выполнены в виде терморезисторов и- Недостаток таких у&звавмеест теп лового принципа действия заключается в их сложности, так как для обеспечемия их работы необходимо обязатель ное питание всех датчиков равными токами, что требует привлечения для этой цели дополнительных технических средств, реализугадих указанное питание при изменении условий и режима эксплуатации, при этом недостаточна надежность измерений, например, дпя электропроводящих сред, так как в этом случае малейшее нарушение поверхности изоляции датчиков приводит к неправильным показаниям и к выходу из строя всего измерителя. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является тепловой уровнемер, содержащий емкость, измерительный и два компенсационных датчика, выполневные в виде тепловых труб с датчиками тегоювого потока каждый, две газовые ufaмеры, в которых расположены зоны изоляции компенсационных тепловых труб, трубопроводы связи упомянутых камер с парогазовым пространством емкости, два блока сравнения, два аварийных сигнализатора верхнего и нижнего уровней, множительно-делительное устройство, усилитель, показывающее и регистрирующее устройства {2 |. Недостаток этого теплового уровнемера состоит в сложности схемного построения, которое заключается в обязательном наличии дополнительных газовых камер для расположения в них участков изоляции компенсационных труб и дополнительных трубопроводов связи упомянутых камер с парогазовым пространством емкости. При измерении уровня в достаточно высоких емкостях с относительно небольшой площадью поперечного сечения данный уровнемер не обеспечивает достижения требуемого диапазона измерения. Кроме того, дополнительные камеры и трубопроводы снижают надежность и точность измерения.

Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения, а также упрощение устройства уровнемера.

Поставленная цель достигается за счет того, что измерительный датчик выполнен из не менее двух равномерно расположенных в диапазоне контролируемого уровня тепловых труб, установленных последовательно с компенсационными тепловыми трубами под углом к боковой стенке емкости таким образом, что в емкости размещены только зоны испарения упомянутых труб и конец зоны испарения предыдущей тепловой трубы является началом зоны испарения последующей тепловой тру&ы, а в измерительную схему введены сумматор, который включен между одним блоком сравнения и датчиками теплового потока измерите. льйого датчика, и два дополнительных усаяителя, каж;адй из которых установлен а схеме между выходом датчика теплового потока соответствующего комиенсационного-датчика и вxoдo i блока сравнения. , На чертеже схематически изобрете тепловой уровнемер.

В емкости 1 с нагретой измеряемо средой 2 установлены последовательно по высоте измеряемого уровня под углом р к боковой стенке емкости 1 измерительньай датчик 3 в виде тепловых труб 4 и компенсационные датчики в виде тепловых труб 5 и б. Теп яовые трубы 4, 5, б установлены так, что в емкости 1 расположены только их зоны испарения длиной , а конец зоны испарения предыдущей теплсв-ой трубы является началом зон испарения последующей тепловой трубы.

На зонах конденсации тепловых труб 4 установлены датчики 7 теплового потока. На зоне конденсации парогазовой компенсационной трубы 5 установлен датчик 8 теплового потока, а на зоне конденсации тепловой трубы 6, установленной ниже минимального уровня ,/ расположен датчик 9 теплового потока. Ниже мнн установлен термочувотвительнкй элемент 10 Датчики 7 теплового потока подключены к входам судшатора 11. Выход сумматора 11 подключен к первому входу первого блока 12 сравнения. Датчик 8 теплового потока через дополнительный усилитель 13, коэффициент усиления которого равен числу тепловых труб 4, подключен к второму входу блока 12

сравнения, первому входу аварийного сигнализатора 14 верхнего уровня и второму- входу второго блока 15 сравнения, к первому входу которого через второй дополнительный усилитель J 16, коэффициент усиления которого равен числу тепловых труб 4, подключен датчик 9 теплового потока.

Выход усилителя 16 подключен также к первому входу аварийного сигнализатора 17 нижнего уровня. Вторые входы сигнализаторов 14 и 17 подключены к выходу термочувствительного элемента 10. Выходы блоков сравнения 12 и 15 подключены к входам множительно-делительного устройства 18. Выход множительноделительного устройства 18 подключен к входу усилителя 19, к выходу которого подключены показывающие 20 и регистрирующие 21 устройства.

Предлагаемый уровнемер работает следующим образом.

При уменьшении уровня нагретой среды 2 в емкости 1 от ,;; уменьшается величина теплового потока, воспринимаемого тепловыми трубами 4 и передаваемого ими датчикам 7 теплового потока. Тзпловые же потоки, воспринимаемые компенсационными тепловыми трубами 5 и б и передаваемые ими соответственно датчикам 8 и 9 теплового потока, при неизменности температур парогазовой и измеряемой сред остаются постоянными, при этом тепловой поток трубы 5, как. правило,меньше теплового потока трубы б, потсяиу что коэффициент теплопередачи при контакте трубы с паровой фазой меньше коэффициента теплопередачи ири контакте трубы с измеряемой жидкой или сыпучей средой.

За счет того, что тепловые трубы 4 расположены равномерно по высоте измеряемой среяя 2 и установлены последовательно с компенсационными тепловыми трубами 5, б под углом р к боковой стенке емкости 1 так, что в ёмкости 1 размещены только зоны испарения упомянутых труб длиной t в конец зоны исяарения предшщущей тепловой трубы 5 (1) являемся началом зоны испарения последующей тепловой трубы 4 (6). Тепловые трубы 4, представляющие собой иэмерите хьнг й датчик 3, непрерывно регистрируют уменьшение теплового потока при уменьшении уровня среды 2.

Датчики 7-9 теплового потока преобразуют величины тепловых потоков в пропорциональные величины термоэлектродвижущих сил. Датчики 7 - в и„3(л , датчик 8 - в Ufl.. , датчик 9 в ж-К- Сигналы с выходов датчиков 7 поступают на сумматор 11, где склады:ваются сигналы со всех датчиков 7. 5 снижении уровня тепловые трубы

последовательно оказываются в парогазовой среде, постольку сигналы с соответствующих датчиков 7 уменьшются и, следовательно, уменьшается суммарный сигнал на выходе сумматора 11. Сигнал с выхода сумматора

11поступает на один из входов блока сравнения 12, а сигнал с выхода датчика 8 через усилитель 13 с коэффициентом усиления, равным числу тепловых труб 4, поступает на второ вход блока 12 и на второй вход блок сравнения 15. На первый вход блока сравнения 15 через усилитель 16, коэффициент усиления которого ргшен коэффициенту усиления усилителя 13, поступает сигнал от датчика 9. В блоках сравнения 12 и 15 происходит сравнение указанных сигналов. С выхода блоков 12 и 15 сигналы рассогласования подаются на входы множительно-делительного устройства 18. При этом с уменьшением уровня сигнал рассогласования блока 12 уменьшается, а сигнал рассогласования блока 15 при прочих одинаковых условиях сохраняется таким же. В устройстве 18 выполняется операция делния сигнала рассогласования блока

12на сигнал рассогласования блока 15 и умножение полученного результата на постоянное значение напряжения. С выхода устройства 18 сигнал поступает на усилитель 19,

к выходу которого подключены пока.зьгаающее 20 и регистрирующее 21 устройства. При уменьшении уровня результирующий сигнал на выходе устройства 18 и, следовательно, на выходе усилителя 16 уменьшается и при достижении уровня И цц становится равным нулю. Устройства 20 и 21 фиксируют изменение во времени сигнала с выхода усилителя 19, пропорциональное изменению уровня а еивсости 1.

При увеличении уровня от H,j работа устройства осуществляется э обратной последовательности.

Число измерительных тепловых труб в рабочем диапазоне изменения с уйетом диаметра трубы определяется из соотношения:

HMNOKC. Амн

Я6-COS (Ь

sin }Ь

- Н....... - диапазйн иэмербН

макс УРОВНЯ

t - длина участка испарения тепловой трубы;

(Ъ - угол наклона тепДОВОЙ трубы к бО

ковой стенке емкости;

d - наружный диаметр 5тепловой трубы.

При использовании предложенного устройстэа обеспечивается полная инвариантность измерения среды и ее парогазовой фазы в широком диапазо«л не температур.

Формула изобретения Тепловой уровнемер,содержащий измерительный и два компенсационных датчика, выполненные в виде теплоAf вых труб с датчикс1ми теплового пото ка, и измерительную схему, включаю-/ щую два аварийных сигнализатора верх ;него и нижнего уровня, к которым подключен термочувствительный элемент/ установленный в контролируемой среде,

0 и соединенные с упомянутыми сигнализаторами два блока сравнения, к .одному из которых подключен также датчик теплового потока измерительного датчика, а выходы блоков сравнения соединены с множительно-делительным устройством, которое через усилитель подключено к показывающему и регистрирующему устройствам, отличающийся тем, что, о

Q целью повышения нещежности, точ. нести измерения и упрощения конструкции, измерительный датчик выполнен из не менее двух равномерно расположенных в диапазоне контг ролируемого уровня тепловых труб, установленных последовательно с компенсационньми тепловыми трубами . под углом к боковой стенке емкости таким образом, что в емкости размещены только зоны испарения упо мянутых труб и конец зоны испарения предыдущей тепловой трубы является началом зоны испарения после.дукедей тепловой трубы, а в измерительную схему введены сумматор,

5 который включен мезвду одним блоком сравнения и датчиками теплового потока измерительного датчика, и два дополнительных усилителя, каж;Е9 й из установлен в схеме

0 между выходом датчика теплового потока соответствующего компенсационного датчика и входом блока сравнения.

Источники информации,

- принятые во внимание при экспертизе

№ 540149, кл. 6 01 F 23/22, 15.01.75.

кл. G 01 F 23/22, 18.04..78 (прототип).