Гидростатический уровнемер Советский патент 1982 года по МПК G01F23/18 

(St) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

1

Изобретение относится к метрологии, а именно к метрологическим устройствам для измерения уровня и объемного расхода жидкости в цилиндрических емкостях и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Известен гидростатический уровнемер жидкости, содержащий вертикально установленную в емкости V-образную измерительную трубку, концы которой ,ц расположены соответственно в зонах верхнего и нижнего уровней. На трубке через равные интервалы установлены детекторы перепада давления, воспринимающие давление жидкости внутри 5 трубки. Уровень жидкости внутри трубки определяется по двум выбранным детекторам с помощью измерительной схемы 11.

Недостатком известного устройства 20 является невысокая точность измерения, так как оно производит измерения уровня и объемного расхода жидкости дискретно, что не позволяет

осуществлять измерение с точностью, превышающей величину шага дискретизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидростатический уровнемер жидкости, содержащий вертикально установленную в емкости V-образную измерительную трубку, проходящую через зоны верхнего и нижнего уровней. Измерительная трубка с наружной стороны дна емкости одновременно соединена с обратным клапаном, отсечным электроклапаном и первичным преобразователем. Гидравлические выходы этих узлов объединены и выведены на крышку дна емкости. Отсечной электроклапан через электрореле соединен с первичным преобразователем. Выходной сигнал от первичного преобразователя поступает в схему измерени:я, включающую формирователь, цифровой вольтметр и счетчик 2.

В таком устройстве погрешность состоит из двух слагаемых - погрешности канала измерения перепада давления и поршености, обусловленной инерционностью устройств, с помощью которых осуществляется формирование выполнение команд на выравнивание уровней в V-образной трубке в емкости .

Недостатком устройства является отсутствие возможности достаточно точного измерения расхода жидкости в процессе заполнения и опорожнения емкости, и относительная сложность определения результата измерения, так как он образуется из сложения показаний двух регистрирующих приборов.

Цель устройства - повышение точности определенияуровня и объемного расхода жидкости при опорожнении емкости и обеспечение такой же точноети при ее заполнении.

Поставленная цель достигается тем что схема измерения выполнена в виде подключенной к выходу первичного преобразователя цепи из последовательно соединенных преобразователя аналог частота, электронного ключа и сумматора и соединенного с электронным клчом параллельно аналого-частотному преобразователю сравнивающего устройства, один вход которого соединен с первичным преобразователем непосрественно, а другой - через линию задержки.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, характеризующие его работу.

Устройство состоит из цилиндрического резервуара 1, V-образной измерительной трубки 2, изогнутая часть которой выведена эа пределы резервуара, первичного преобразователя 3 установленного в изогнутой части Vобразной трубки, на входе и в ыходе которого установлены двухходовые элетромеханические краны t и 5 обладающие возможностью переключения в зависимости от режима работы резервуара, входа и выхода первичного преобразователя на длинную или короткую часть V-образной измерительной трубки, отсечного клапана 6, установленного на байпасной трубке и соединенного через промежуточное реле 7 с первичным преобразователем 3.

Схема измерения состоит из сумматора 8, соединенного через электронный ключ 9 и преобразователь аналог частота 10 с первичным преобразователем 3, а также сравнивающего устроства 11, соединенного . выходом с электронным ключом 9, а входами: одним - непосредственно и.другим через линию задержки 12 с первичным преобразователем 3.

Принцип работы устройства основан на сочетании измерения дискретным и непрерывным способами, что достигается за счет непрерывного измерения уровня не по всей высоте резервуара, а следовательнб внутри диапазона измёрения первичного преобразователя и исключения погрешностей фиксации уровня при дискретном способе измерения, обусловленных инерционностью устройств осуществляющих формирование и выполнение команд на выравнивание уровней в V-рбразной трубке и емкости.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно устанавливается переключателем один из двух режимов работы резервуара, например Наполнение. В этом случае короткая часть V-образной измерительной трубки 2 через двухходовой электромеханически кран соединяется с входом первичного преобразователя 3, а длинная часть через двухходовой электромеханический кран 5 с выходом первичного преобразователя. По мере поступления жидкости в резервуар увеличивается величина перепада давления на первичном преобразователе. Как только эта величина достигает перепада, соответствующего предельному значению для данного первичного преобразователя, срабатывает промежуточное реле 7 и выдается сигнал на открытие отсечного электроклапана 6. При открыгии отсечного электроклапана столб жидкости в длинной части измерительной трубки 2 поднимается до уровня в резервуаре. При дальнейшем его наполнении происходит последовательное многократное срабатывание первичного преобразователя 3, реле 7 и отсечного электроклапана 6, обеспечивая тем самым непрерывность процесса измерения и регистрации.

Регистрация измеряемого расхода жидкости производится с помощью измерительного канала, включающего первичный, преобразователь 3, имеющий на выходе аналоговый сигнал. Этот сигнал, пропорциональный измеряемому расходу, через преобразователь аналог - частота 10 и электронный ключ 9 подается на регистрирующий сумматор 8. Электронный ключ 9, установленный на входе сумматора 8, обеспечивает фиксацию уровня в емкости после прекращения расхода жидкости. Управяение ключом осуществляется от сравнивающего устройства 11, на входы которого подается сигнал от первично го преобразователя непосредственно и сигнал от первичного преобразователя, прошедший через линию 12 задержки , Работа первичного преобразователя 3 и электронных устройств 8-12 поясняется с помощью диаграммы, изображен ной на фиг. 2а-д. На эпюре 2а показано изменение выходного сигнала (напряжения) первичного преобразователя 3 при произвольном непрерывном изменении расхода жидкости. 8 этом случае в преобразова теле 10 формируется частотно-модулированный сигнал, изменение которого во времени показано на эпюре 26. Этот сигнал поступает через электронный ключ 9 на вход сумматора 8. При непрерывном изменении расхода на сравни вающее устройство 11 поступает переменный по времени сигнал от первичного преобразователя 3 и через линию 12 задержки этот же, но сдвинутый по времени (не нулевой), той же полярности сигнал. В этом случае на выходе сравнивающего устройства 11, ввиду наличия двух равнополярных (не нулевых) сигналов на входе сравнивающего устройства 11, возникает потенциал, .разрешающий прохождение частоты с вы хода преобразователя 10 через электронный ключ 9 на сумматор 8. Величина настройки линии задержки определяется диапазоном изменения скорости расхода жидкости,и должна быть не ме нее, чем на порядок меньше минимального периода срабатывания отсечного клапана. В том случае, когда расход жидкос ти в емкости прекращается и жидкост устанавливается на каком-то фиксированном уровне, показание напряжения первичного преобразователя 3 также устанавливается на определенном соответствующем значении (например, Uj на фиг. 2в). При этом с выхода преобразователя 10 на электронный ключ 9 поступает постоянная частота, как указано на участках tp и t, фиг. 2г В этом случае сумматор 8 не будет фик сировать эту частоту, так как на сравэв нивающее устройство 11 будет поступать от первичного преобразователя 3 сигнал в виде потенциала постоянного значения, а с выхода линии 12 задержки потенциал,равный .нулю, и поэтому на электронный ключ 9 поступает сигнал, запрещающий прохождение частоты от преобразователя 10 в сумматор В. Заполнение сумматора 8 частотой для общего случая поясняется эпюрами на фиг. 2в,г,д. В схеме измерения происходит накапливание значений максимальных выходных значений информативного параметра первичного преобразователя перепада давления, Результат измерения в данный фиксированный момент времени определяется выражением g Sh, , где h. - высота уровня в ёмкости, соответствующая двум последовательным срабатываниям отсечного клапана; п - количество срабатывания от-, сечного клапана до фиксированного момента времени. Наличие запаздывания отсечного клапана 6 и электрореле 7 в устройстве не оказывает влияния на конечный результат, так как это учитывается при. измерении каждой величины h.. В сумматор заносятся текущие значения выходного информативного параметра первичного преобразователя. Максимальное значение информативного выходного сигнала, соответствующее предыдущему шагу дискретизации, сохраняется в сумматоре, а все последующие значения информативного выходного параметра к нему прибавляются. Таким образом, в текущий момент времени в сумматоре находится значение, соответствующее расходу жидкости за интервал времени с момента начала наполнения . Средний расход жидкости за любой интересующий интервал времени можно вычислить по занесенным в сумматор значениям в соответствующие моменты времени. После заполнения емкости жидкостью переключателем устанавливается режим работы Опорожнение. При этом двухходовые электромеханические краны k и 5 переключают короткую часть V-образной измерительной трубки с выходом первичного преобразователя, а длинну с входом. Предлагаемое устройство обеспечивает определение уровня и расхода жидкости при заполнении и опорожнении резервуара с высокой точностью и надежностью. Суммарная погрешность составляет Формула изобретения Гидростатический уровнемер, содер жащий у-образнуЮ измерительную труб| у, концы которой расположены в резервуаре, соответственно в зонах верхнего и нижнего уровней, а изогну тая часть выведена наружу и на ней установлен первичный преобразователь параллельно которому на байпасной трубке расположены отсечной электроклапан, электрически соединенный через промежуточное реле с выходом первичного преобразователя, и схема измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения томности определения уровня.и расхода жидкости , схема измерения выполнена в виде подключенной к выходу первичного преобразователя цепи из последовательно соединенных преобразователя аналог частота электронного ключа и сумматора и соединенного с электронным ключом параллельнд аналого-частотному преобразователю сравнивающего устройства, один вход которого соединен с первичным преобразователем непосреда другой - через линию заственно, держки . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № , кл. 108 Ш, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке ff 2822077/18-10, кл. G U1 F 23/18, 1979 (прототип).

иг. /

/,

.

ю

У

I/

Us

in