Устройство для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях Советский патент 1981 года по МПК G01F23/18 

I

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее преобразователь давления, установленный в нижней части объекта контроля, и измерительный преобразователь 1

Такое устройство обеспечивает линейную зависимость выходного сигнала от высоты столба жидкости и не может быть использовано для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому зффекту является устройство для измерения количества жшцсости, содержащее преобразователь давления, состоящий из мембраны, контактнрующей со столбом жидкости, давление которого зависит от измеряемого количества, и связанной с силовосприиимающим злементом типа сопло-заслонка с силовой обратной связью, и измерительного преобразователя, который имеет привод. функционального кулачка, выполненный в виде сильфонного механизма с ленточной передачей нг ось программного кулачка, который связан кинематически с качающимся толкателем. Качающийся толкатель связан с роликом. Угловые перемещения толкателя передаются рабочей пружине, один конец которой с качающимся толкателем, а другой - с пневмопреобразователем, содержащим компенсированное усилительное

10 реле и узел обратной связи. Пневмопреобразователь соединен с иидикатором 2.

Величииа выходного сигнала измерительного преобразсюателя соответствует количеству жидкости, находящейся в емкости.

IS

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная, сложностью конструкции, содержаи;ей множество механических движущихся деталей имеющих также гистерезис и люфт.

Целью изобретения является повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что устройстве для измерения количества жидкости 3 в горизонтальных цилиндрических емкостях, содержащем преобразователь давления, состояишй из мембраны, центр которой размещен в нижнем конце вертикального Диаметра сечения емкости, контактирующей с жидкостью и связанной с силовоспринимающим элементом измерительный преобразователь и последовательно соединенные масштабный усилитель и индикатор, силовоспринимающий элемент выполнен в виде магнитоупругого преобразователя, состоящего из сжимаемого и растягиваемого fcOHTypoB с одинаковым знаком магнитострикции и охватывающих их обмоток, подключенных к источнику напряжения переменного тока, а измерительный преобразователь включает три независимых измерительных канала и два пороговых элемента с последовательно включенными реле, причем вход первого канала подключен к выходу обмотки сжимаемого контура и через делитель - к выходу растягиваемого, а его выход соединен с входом масштабного усилителя через нормально замкнутые контакты обоих реле, вход второго канала подключен к выходам обмоток сжимаемого и растягиваемого контуров, а его выход соединен с входом усилителя через нормально разомкнутый контакт первого реле и нормально замкнутый контакт второго реле, а также с входами пороговых устройств вход третьего канала подключен к выходу обмотки растягиваемого контура и через делитель - к обмотке сжимаемого контура, а его выход соединен с входом усилителя через нормально разомкнутый контакт второго реле На фиг, 1 представлена зависимость площади сегмента S от высоты столба жидкости tl ; на фиг. 2 - общий вид емкости с установленным под ней преобразователем давления; на фиг. 3 - схема устройства. Количество жидкости в емкости определяется как произведение площади S сегмента, образуемого жидкостью, при вертикальном сечении емкости, на длину емкости, но так как длина для каждой конкретной емкости неизменна, то задача сводится к реализащга закона изменения площади сегмента, образуемого жидкостью при изменении уровня. Приведенная на фиг. 1 зависимость площад сегмента от вь1соты S € Cii) условно может быть разбита на три отрезка, причем отрезок р-1 зависимости S-fCH) описывается урав нением вида .j ci+to1i cli, н) площадь сегмента в любой « 10-1 i-и точке отрезка 0-1; О,Ъ С постоянные коэффициенты, вычис ленные способом наименьщих квадратов; 1i - высота столба жидкости в емкости. Отрезок I-II можно выразить как il-R- A - де SA площадь сегмента в области А; 5- -- площадь сегмента в любой i -и точке отрезка 1-11; Ъ - постоянный коэффициент; H/j- высота столба жидкости в точке 1. Отрезок И-III определен как i ) -с C-h--h2) (3) где 5 д« - суммарная площадь сегмента в областях А и Б ; Ъ, С - постоянные коэффициенты; 1l - высота столба жидкости в точке И. Эти три уравнения описывают характеристику зависимости изменения площади сегмента, образованного жидкостью, от уровня с точностью порядка t 0,5%. В качестве силовоспринимающего элемента использован магнитоупругий преобразователь, состоящий из сжимаемого и растягиваемого i магнитопроводов. с одинаковым знаком магнитострикции, причем выходной сигнал сжимаемого магнитопровода (зависимость выходного напряжения с охватывающей его обмотки от прилагаемого усилия) описывается уравнением вида (1), а растягиваемого - уравнением вида) (4) где и - напряжение на выходе преобразователя;Р - усилие, прикладываемое к преобразователю;,c- постоянные коэффициенты. Следовательно, вычитая или суммируя вьь ходные характеристики сжимаемого и растягиваемого контуров преобразователя и задавая определенным образом величины коэффициентов уравнений (1), (2) и (3), можно реализовать закон зависимости площади сегмента от уровня жидкости, используя магнитоупругий преобразователь, воспринимающий давление столба жидкости и преобразующий его в электрический сигнал. Для измерения количества жидкости необходимо в точках I и II производить переключение измерительных каналов (осуществляется с помощью двух пороговых элементов и двух реле), каждый из которых настраивается на отработку одной из функций, соответствующей. уравнению (1), (2) или (3), и выходной сигнал умножить на длину емкости (реализуется посредством масщтабного усилителя). Данное устройство для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях (см. фиг. 2 и 3) содержит преобразователь давления 1, состоящий из мембраны 2, контактирующей с жидкостью и связанн(ж с силовоспринимающим элементом 3, который выполнен в виде магнитоупругого преобразователя и состоит из сжимаемого 4 и растягиваемого S контуров с одинаковым знаком магнитострикции и охватывающих их обмоток 6 и 7, включенных последовательно с делителями 8 и 9. Измерительный преобразователь 10 включает три измерительных канала И, 12 и 13, каждый из которых состоит из последовательно включенных фильтра 14, блока согласования 15, -выполненного в виде операционного усилителя с потенциометром 16, блока умножения 17 с регулировочным потенциометром 18, два noporoBbix элемента 19 и 20 с элементами установки уровня срабатывания 21 и 22, два реле 23 и 24 с двумя нормально замкнутыми (25 и 26) и двумя нормально разомкнутыми (27 и 28) контактами, масштаб ный усилитель 29 с потенциометром 30, индикатор 31. Входы пороговых элементов 19 и 20 соединены с выходом канала 12, а выходы - соответственно с обмотками реле 23 и 24. Вход канала 11 подключен к выходу обмотки 6 и через делитель 9 - к выходу обмотки 7. Вход канала 12 подключён к выходам обмото 6 и 7. Вход канала 13 подключен к выходу обмотки 7 и через делитель 8 к обмотке 6. Выход канала 11 соединен посредством масштабного усилителя, 29 с индикатором 31 через ко такты 25 и 26, выход канала 12 - через контакты 27 и 26 и выход канала 13 - через контакты 28. При заполнении емкости жидкостью увеличивается давление, воздействующее на преобразов тель давления 1, мембрана 2 которого воспр нимает и передает зависящее от высоты столба жидкости давление силовоспринимающему элементу 3. Если уровень жидкости находится в области А, т.е. не превышает значения l , то пороговые элементы 19 и 20 находятся в исходном состоянии и реле 23 и 24 подключают своими контактами 25 и 26 канал 11, реализующий уравнение (1), к масштабному усилителю 29, который умножает площадь сектора на длину емкости. Выход масштабного усилителя подключен к индикатору 31. Если уровень. жидкости превысит значение Ь сработает пороговый злемеит 19, уровень срабатывания которого настраивается на значение j( , с помощью элемента установки 21. Пороговый элемент включит реле 23, которое контактом 27 подключает к входу масштабного усилителя канал 12, реализующий уравнение (2), и отключает кштактом 25 канал П. Если уровень жидкости превысит значение 12 РЗ 1вает пороговый элемент 20, уровень срабатывания которого настраивается иа значение li с помо1цью элемента 22. Пороговый злемент 20 включает реле 24, которое контактом 28 подключает к входу масштабного усилителя канал 13, реалюующий уравнение (3), и отключает контактом 26 канал 12. Информащюнный сигнал с каждого из магнитопроводов 4 и 5 снимается с делителей 8 и 9, включенных последовательно с обмотками 6 и 7 соответственно, и, в завис11мости от значений коэффициентов при квадратичных уравнениях (1) и (3), устанавливается положение их движков. Блок согласования 15 служит для установки нулевых составляющих при уравнениях (I)-... (3) с помощью потенциометра 16, т.е. согласует выход магнитоупругого преобразователя . входом блока умножения, который - предназначен для получения определенных значений коэффициентов прн переменной составляющей. Канал 11 настраивается на реализацию зависимости (1), канал 12 -на реализацию (2), канал 13 - на (3). Выходной сигнал снимается с выхода масштабного усилителя и подается на индикатор 31. Таким образом, данное устройство позволяет измерять количество жидкости с учетом указанного профиля сосуда, имеет более простую конструкцию, в которой отсутствуют подвижные механические узлы, благодаря чему исключаются погрешности от механического гистерезиса и люфтов и достигается более высокая надежность. . Формула изобретения Устройство для измерения количества жидкости в горизоитальных цилиндрических емкостях, содержащее преобразователь давления, состоящий из мембраны, центр которой устаиовлен в нижнем конце вертикального диаметра емкости, контактирующей с жидкостью и связанной с силовоспринимающим злементом, измерительный преобразователь и последовательно соединеиные масштабный усилитель и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности силовоспринимающий элемент выполнен в виде магнитоупругого преобразователя, состоящего из сжимаемого и растягиваемого ксжтуров с одинаковым знаком магнитострикцни и охватывающих их обмоток, подключенных к источнику напряжения переменного тока, а измерительный преобразователь включает три независимых юмерительных канала и два пороговых элемента с последовательно включенными реле, прнчем вход.первого канала подключен к выходу обмоткн сжимаемого контура и через делитель напряжения - к выходу растягиваемого, а его выход соединен с входом масштабного усилителя Hepcj нормально замкяутьк контакты обоих реле вход второго канала подключен к выходам обмоток сжимаемого и растягиваемого контуров, а его выход соеданей с входом усилителя через нормахано {йзомкиутый контакт первого реле и нормально замкнутый контакт второго реле, а также соеЛ/ 0,5 8

Ш

мг /л-л/;

f

-5tir-ar i 2) Фиг. 8 динен с входами пороговых устройств, вход третьего подключен к выходу обмотки растягиваемого контура и через делитель - к обмотке сжимаемого контура, а его выход соединен с входом усилителя Через нормально разомкнутый контакт второго реле. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Швейцарии № 601784, кл. G 01 L 7/02, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 398884, кл. G 01 F23/14, 1972 - (прототип).

TS .г