Индикатор предельного уровня смачивающей жидкости в герметичном резервуаре

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и научных исследованиях для определения предельного уровня жидкости при заполнении емкостей. Целью изобретения является повышение точности фиксации уровня смачивающей жидкости в герметичном резервуаре. Предельный уровень задается местом нахождения нижнего среза индикаторной трубки 1, выполненной капиллярной. При достижении смачивающей жидкостью нижнего среза индикаторной трубки 1 в последней происходит скачок давления, вызванный капиллярным эффектом. Чувствительный дифференциальный датчик давления (ЧДДД) 2, к входу которого подсоединена индикаторная трубка 1, фиксирует скачок давления. Для исключения влияния на показания ЧДДД абсолютного давления в резервуаре вводится дополнительная трубка 7, соединяющая газовую полость контролируемого резервуара с выходом ЧДДД. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1582017 (5!)5 G 01 F 23/16

ОПИСАНИЕ ИЭО6РЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗО6РЕТЕНИЯМ И 07НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2) ) 410620) /24-! 0 (22) 29.05.86 (46) 30.07.90. Бюл. № 28 (71) Институт теплофизики СО АН СССР (72) В.А.Груздев и А.В.Серяков (53) 681.128(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 370475, кл., G .О! F 23/16, 1 971 °

Патент Великобритании № 2133546, кл. G Ol Р 23/16, 1984. (54) ИНДИКАТОР ПРЕДЕЛЬНОГО УРОВНЯ

СМАЧИВА)0ЩЕИ ЖИДКОСТИ В ГЕРМЕТИЧНОМ

РЕЗЕРВУАРЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промьппленности и научных исследованиях для .определения предельного уровня жидкости при заполнении емкостей. Целью

2 изобретения является повыщение точности Фиксации уровня смачивающей жидкости в герметичном резервуаре. Предельный уровень задается местом нахождения нижнег.о среза индикаторной трубки 1, выполненной капиллярной.

При достижении смачивающей жидкостью нижнего среза индикаторной трубки 1 в последней происходит скачок давления, вызванный капиллярным эФФектом.

Чувствительный диФФеренциальный датчик давления (ЧДДД) 2, к входу которого подсоединена индикаторная трубка l, Фиксирует скачок давления. Для исключения влияния на показания ЧДДЦ абсолютного давления в резервуаре вводится дополнительная трубка 7, сое;. диняющая газовую полость контролируе.мого резервуара с выходом ЧДДЦ. 7 ил.

С:

1582017

Изобретение относится к измерительной 1ехнике и может быть использова но в различных отраслях промышленности и научных исследованиях для определения предельного уровня жидкостей при заполнении емкостей.

Цель изобрегения — повьппение точности фиксации уровня.

На Фиг. 1 схематически изображен индикатор, на Фиг, 2 - эквивалентная схема индикатора для открытой емкости, ,на Фиг, 3 — зависимость сигнала I от, уровня h в открытой емкости; на Фиг.4—, эквивалентная схема в открытой емко,сти, на фиг. 5 — зависимость сигнала

I от уровня h; на фиг. 6 — схема индикатора для закрытых емкостей; на, фиг. 7 — зависимость сигналов I от h в закрытой емкости.. 20

Индикаторная трубка 1, верхний ко. нец которой подсоединен к входу А чувствительного дифференциального датчика 2 давления, а нижний срез является предельным уровнем смачива- 25 ющей жидкости в емкости 3, герметично введена вовнутрь закрытой емкости

3, при этом глубина ее погружения в емкость 3 может регулироваться без нарушения герметичности ввода, например, с помощью сальникового уп,лотнения. Трубка 4, опущенная до дна емкости 3, служащая для заполнения этой емкости жидкостью из резервуара

5, снабженного вентилем 6, гакже герметично вводится вовнутрь емкости 3.

Дополнительная трубка 7, верхний конец которой подсоединен к выходу В чувствительного дифференциального датчика.2 давления, также герметично введена вовнутрь закрытой емкости

3, причем нижний срез этой трубки находится выше нижнего среза индикаторной трубки 1, задающего предельный уровень жидкости в емкости 3. Вентили 45

8 и 9 сообщают с атмосферой индикаторную 1 и дополнительную 7 трубки соответственно. Байпасный вентиль 1 0 соединяет вход А и выход В чувстви— тельного дифФеренциального датчика 2 давления. Вентиль 11 соединяет чувствительньп дифференциальный датчик

2 давления с дополнительной трубкой 7.

Устройство работает следующим образом.

Открывается вентиль 6 резервуара

5, и жидкость начинает заполнять емкость 3. при этом к резервуару 5 может быть подключен источник избыточного давления газа для заполнения закрытой емкости 3 жидкостью под давлением, Рассмотрим случай, при котором вентиль 9 открыт, а вентиль 8 закрыт (Фиг.1); Байпасный вентиль 10 закрыт, вентиль 11 тоже закрыт. Эквивалентная схема индикатора предельного уровня смачивающей жидкости для открытой емкости изображена на Фиг.2.

При достижении смачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1, верхний конец которой подсоединен к входу А чувствительного дифференциального датчика

2 давления, в трубке 1 происходит скачкообразное капиллярное поднятие жидкости на высоту. P„h, вызывающее скачок избыточного давления 8 Ртр, в трубке 1, фиксируемый дифференциальным датчиком 2 давления. Вентиль

6 закрывается, открытая емкость 3 заполнена смачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 .

Высота ДЙ капиллярного поднятия смачивающей жидкости в индикаторной трубке 1 может быть рассчитана по формуле

6h = gr " (1)

26 где о — коэффициент поверхностного натяжения смачивающей жидкости, r — внутренний радиус индикаторной трубки 1"

1— плотность жидкости

g — ускорение силы тяжести земного притяжения.

Величина скачка давления 8 Р, Фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, может быть рассчитана по формуле

8 Р, = АР., (2)

3V тр

7 где Р— величина скачка давления столбика жидкости в индикаторной трубке 1, равная

26, Р = 13ggh г

3V — объем капиллярного столбика жидкости в .индикаторной . трубке 1, равный h r ЬЬ =

2 ®r к

V — полный внутренний объем инар дикаторной трубки 1, 17 Ь уровня смачивающей жидкости в открытой емкости изображена на фиг.4.

При достижении смачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки !, верхний конец которой сообщен с атмосферой, в ней происходит скачкообразное капиллярное поднятие жидкости на высоту

hh, определяемую Формулой (1). При этом в ставшей закрытой газовой по-. лости 1 2 заполняемой емкости 3 происходит соответствующий скачок разрежения 8 Р р» . Фиксируемый чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, выход В которого соединен с газовой полостью 12 трубкой нижний срез которой находится выше предельного уровня жидкости, задаваемого нижним срезом индикаторной трубки 1 . Вентиль 6 эакрывается, емкость 3 заполнена смачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 1 . Величи( на скачка разрежения д Р р, может быть рассчитана по формуле (3), с тем отличием, что вместо объема 7»р» необходимо подставить объем V>, равный сумме объемов газовой пОлости !2

Ч„и трубки 7 V»р вплоть до чувствительного элемента в д пЬференци-. альном датчике 2 давления и до запорного элемента вентиля 9, V» = V»- + V

В этом случae сигнал I чунстнительного дифференциального датчика 2 давления практически не зависит от возможных колебаний параметров жидкой среды, поскольку предполагается, что индикатор предельного уровня жидкости применяется при условиях, далеких от области критических параметров жидкости. Таким образом, точность Фиксации момента достижения жидкостью пре-, дельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 по сравнению с прототипом возрастает..!

5820

4Т! Я Ртр = (3)

) QVwp, Поскольку и коэффициент поверхностного натяжения 6 и плотность жидкости претерпевают существенное !5 изменение лишь в критической области параметров жидкости, то величина скач. ка давления »! Р р», фиксируемая чувствительным дифференциальным датчиком 2 давления, при нормальных ус- 20 ловиях практически не зависит от величины температуры и давления жидкости. Таким образом, возможные колебания параметров среды не влияют на величину сигналов I дифференциального 25 датчика 2 давления,и точность Фиксации момента достижения смачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки по сравнению с прототипом возрастает, фор- 30 мула (3) дает возможность определить требуемую чувствительность дифференциального датчика 2 давления Е Ртр, в индикаторе предельного уровня смачивающей жидкости, зная Физические

35 характеристики жидкости и параметры самого индикатора.

Перед следующим заполнением сма- . чивающей жидкостью открытой емкости

3 капиллярный столбик жидкости из

40 индикаторной трубки 1 выдавливается подключением источника избыточного . давления .газа к вентилю 8, при этом байпасный вентиль 1 0 открыт.

На фиг. 3 приведена зависимость сигнала I чувствительного дифференциального датчика 2 давления от уровня h смачивающей жидкоети в открытой емкости 3, где h — предельный уровень жидкости, задаваемый нижним срезом индикаторной трубки 1, величина Io может быть выбрана нулевой, а скачок сигнала I» I определяется скачком давления 8 P .

»Р»

Рассмотрим случай, при котором

55 вентиль 8 открыт, а вентиль 9 закрыт (Фиг.2). Байпасный вентиль 10 закрыт, вентиль 11 открыт. Эквивалент-, ная схема индикатора предельного вплоть до чувствительного элемента в дифференциальном датчике 2 давления, и запорного элемента в вен5 типе 8.

Таким образом, величина скачка давления 3 Ртр, определяется следующим образом

Перед следующим заполнением смачивающей жидкостью емкости 3 капиллярный столбик жидкости из индикаторной трубки 1 выдавливается подключением источника избыточного давления газа к верхнему концу индикаторной трубки при этом вентиль 9 открыт.

На фиг. 5 приведена зависимость сигнала Т чувствительного дифференциального датчика 2 давления от уровня 11 смачивающей жидкости в емкости

3, где h — предельный уровень жид1 582017 кости, задаваемый нижним срезом индикаторной трубки 1, велиЧина То может быть выбрана нулевой, а скачок сигнала I — Ii определяется скачком разрежения 8 Р>р

5 тр

Рассмотрим случай, при котором оба вентиля 8 и 9 закрыты. Байпасный венч иль 1 0 закрыт, вентиль 11 открыт.

Схема индикатора предельного уровня с1мачивающей жидкости для закрытой

1 емкости изображена на Фиг . 6. В данНом случае закрытая емкость 3 может заполняться жидкостью под давлением, причем источник избыточного давления

Фаза может подключаться к резервуару !

При достижении смачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1, верхний конец которой подсоединен к входу А чувствительного дифференциального датчика давления, в трубке 1 происходит !

",качкообразное капиллярное поднятие

;1сидкости на высоту 11h, вызывающее ! скачок избыточного давления 8 Рт>, в 25

1Грубке 1 . Значения этих величин Могут быть рассчитаны из Формул (1) и (3) соответственно, липть с тем отличием, что объем Ч, теперь распространяется и вплоть до запорного элемента бай1 асного вентиля 1 О. Вместе с тем в закрытой газовой полости 1 2 и допол.нительной трубке 7, соединяющей rазо"вую полость 1 2 с выходом В чувстгительного дифференциального датчика 2

5 цавления, происходит скачок ра зрежения Р Ртр, вызванный капилляр 7 ным поднятием столбик".: смачивающей, жидкости в индикаторной трубке 1. Beличина скачка разрежения может быть .рассчитана по Формуле (3) с тем отличием, что вместо объема 7тр„теперь необходимо подставичь сумму объемов газовой полости 12 Vr и трубки 7 7тр7 вплоть до чувствительного элемента в дифференциальном датчике 2 давления и до запорных элементов вентиля 9 н байпасного вентиля 10. Таким образом, на вход А чувствительного дифференциального датчика 2 давления действует скачок избыточного давления Ртр а на выход  — скачок разрежения 3Ртр, что приводит к суммарному скачку сигнала 11Т чувствительного дифференциального датчика 2 дав- ления. Вентиль 6 закрывается, закрытая емкость 3 заполнена смачивающей жидкостью по предельному уровню нижнего среза индикаторной трубки 1. Хотя в даннс случае заполнение смачивающей жидкостью закрытой емкости 3 могло осуществляться подключ ением источника избыточного давления газа к резервуару 5, тем не менее предполагается, что параметры заполняющей жидкости, такие как ее давление и температура, далеки от своих критических значений, а следовательно, практичечески не влияют на величины скачков избыточного давления gp и раэреже tp ния Ю P p . Таким образом, сигнал

I чувствительного дифференциального датчика давления, определяемый разбалансом давлений в индикаторной 1 и дополнительной 7 трубках, не зависит от величины абсолютного давления в закрытой емкости 3, как не зависит он и от возможных колебаний параметров жидкости, а именно колебаний температуры и давления. Следовательно, точность Фиксации момента достижения смачивающей жидкостью предельного уровня нижнего среза индикаторной трубки 1 по сравнению с прототипом увеличивается. Перед следующим запол— нением смачивающей жидкостью закрытой емкости 3 капиллярный столбик жидкости из индикаторной трубки 1 выдавливает-. ся подключением источника иэбыточ— ного давления газа к вентилю .8. При этом байпасный вентиль 1 0 открыт, а вентиль 11 закрыт.

» Фиг. 7 приведены зависимости сигналов чувствительного дифференциального датчика 2 давления от уровня, h смачивающей жидкости в закрытой емкости 3, где п — предельный уровень смачивающей жидкости, задаваемый нижним срезом индикаторной трубки 1. Верхняя кривая является сигналом дифференциального датчика 2, вызванным действующим на вход А давлением газа в индикаторной трубке 1, а нижняя кривая — сигналом дифференциального датчика давления 2, вызванным действующим на выход В разрежением газа в дополнительной трубке

7. Обе величины I 71 и I Oz могут быть одновременно выбрань нулевыми, а скачок сигнала DI чувствительного дифференциального датчика 2 давления, равный арифметической сумме I g, — I<> + jI о7, — I<>(, определяется скачком избыточного давления ЮРтр„ и скачком разрежения 8 Ртр соотр ветственно.

1582017 о Puz.5

Предлагаемое устройство более точно Фиксирует момент достижения жидкостью предельного уровня, а технико-экономический эффект.. от использования предлагаемого индикатора выражается в экономии, которая достигается при исключении постоянно действующего источника избыточного давления газа с регулятором.

Ф о р м у л а и з обретения

Индикатор предельного уровня смачивающей жидкости в герметичном ре" зервуаре, содержащий вертикальную индикаторную трубку и дополнительную трубку, расположенную вьппе предель-, ногб уровня жидкости и дифференциальный датчик давления, входы которо5

ro соединены соответственно с выходами трубок, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повыщения точности Фиксации уровня, индикаторная трубка выполнена капиллярной и сое1О динена с атмосферой через вентиль, дополнительная трубка связана с дифференциальным датчиком давления и с атмосферой через вентили, а входы дифференциального датчика давления также соединены между собой через вентиль.

1 582017

5Z ав

Составитель Н.Хараховская

Редактор Н. Киштулинец Техред Л. Сердюкова Корректор О.Ципле

Заказ 2081 Тираж 538 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101