Способ измерения геометрических параметров емкости и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретений: через объемный счетчик емкость заполняют образцовой жидкостью с известными физическими свойствами. Заполнение осуществляют со скоростью, обеспечивающей перемешивание жидкости. Измеряют температуру зеркала жидкости и его уровень и вычисляют геометрические параметры (площадь геометрического сечения и объем) недеформированной и деформированной емкости на любом уровне ее заполненной части. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к измерительной технике и предназначены для измерения геометрических параметров емкостей, служащих для хранения жидких продуктов.

Известен способ градуировки резервуаров [1] путем последовательного дискретного заполнения резервуара жидкостью через объемный счетчик, измерения уровня жидкости и вычисления объема порции жидкости до загрузки в резервуар. Этот способ отличается узкими функциональными возможностями, заключающимися в определении только объема загружаемой порции жидкости в зависимости от уровня взлива той же порции в рабочей части емкости.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу измерения геометрических параметров емкости является способ калибровки капилляров из прозрачного стекла, включающий заполнение капилляра жидкостью с известными объемом и коэффициентом объемного расширения, измерение высоты столба жидкости и вычисление площади горизонтального сечения рабочей части капилляра при различных значениях температуры жидкости [2] В этом способе расширены функциональные возможности вычисляют и площадь горизонтального сечения заполненной рабочей части капилляра.

Однако в способе [2] для измерения площади горизонтального сечения на различных уровнях подогревают всю жидкость до заданных значений температуры, что требует большого количества времени и материальных затрат при определении параметров больших емкостей. За длительное время подогрева в больших емкостях температура жидкости распределена на разных уровнях в заполненной рабочей части неравномерно, что приводит к большим погрешностям вычисления геометрических размеров, т.к. неравномерное распределение температуры и неравномерное температурное расширение корпуса емкости трудно учитывать.

Другим существенным недостатком является измерение параметров только недеформируемых емкостей, без учета воздействия на них условий эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству для измерения геометрических параметров емкости является устройство для градуировки резервуаров, содержащее вычислительный блок, первый вход которого служит для задания режимов работы устройства, а первый выход является выходом устройства, коммутатор, первый вход которого соединен с источником питания, а выход со вторым входом устройства подачи жидкости, первый вход и выход которого через трубопроводы соединены соответственно с источником образцовой жидкости и со входом счетчика количества жидкости, второй выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока, а первый выход через трубопровод соединен с нижней частью емкости, в которой размещен датчик уровня, соединенный с третьим входом вычислительного блока (1).

Это устройство полностью автоматизировано, отличается повышенными показателями по точности и скорости градуировки резервуаров. Однако устройство (1) отличается и узкими функциональными возможностями, обусловленными определением только объема порции образцовой жидкости до загрузки в резервуар. В этом устройстве не проводится учет возможных деформаций корпуса емкости. Устройство (1) также отличается избыточными материальными затратами. Основной причиной недостатков устройства является выбранная методика определения геометрических параметров.

Техническим результатом, создаваемым изобретениями, является расширение функциональных возможностей путем измерения геометрических параметров недеформированной и деформированной емкости в реальных условиях эксплуатации, а также повышение точности путем учета воздействия всех вызывающих деформацию корпуса емкости факторов.

Для достижения указанного результата емкость заполняют образцовой жидкостью с известными коэффициентом объемного температурного расширения и коэффициентом объемного сжатия под давлением через счетчик количества жидкости до заданного уровня со скоростью, обеспечивающей перемешивание загруженной в емкость жидкости, прерывают процесс заполнения, измеряют уровень и температуру зеркала жидкости, вычисляют геометрические параметры, соответствующие деформированному и недеформированному состояниям емкости, возобновляют процесс заполнения и продолжают измерение геометрических параметров емкости до заданного верхнего уровня.

Для осуществления способа может быть использовано устройство для измерения геометрических параметров емкости, блок-схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит вычислительный блок 1, первые вход и выход которого являются соответственно управляющим входом и выходом устройства, коммутатор 2, первый и второй входы которого подключены соответственно к источнику питания и ко второму выходу вычислительного блока 1, а выход коммутатор 2 подключен ко второму входу устройства подачи жидкости 3 (УПЖ), первый вход и выход которого через трубопроводы соединены соответственно с источником образцовой жидкости и счетчиком количества жидкости 4 (СКЖ) второй выход которого подключен ко второму входу вычислительного блока 1, а первый выход через трубопровод соединен с наливным отверстием, выполненным в нижней части поверяемой емкости 5, к третьему и четвертому входам вычислительного блока 1 подключены выходы соответственно датчика уровня 6 и датчика температуры 7, расположенных в емкости на поверхности жидкости.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально, используя первый вход вычислительного блока 1, вводят исходные данные: конструктивные данные емкости; сведения об образцовой жидкости; условия эксплуатации емкости, и задают уровни , на которых нужно вычислить геометрические параметры в процессе заполнения.

Затем через первый вход вычислительного блока 1 подают команду о начале процесса заполнения емкости, согласно которой на втором выходе вычислительного блока 1 устанавливают сигнал, который переводит переключатель коммутатора 2 из исходного положения в положение, обеспечивающее соединение источника питания со вторым входом УПЖ 3, который начинает перекачивать образцовую жидкость в емкость через СКЖ 4 с такой скоростью, что жидкость в емкости перемешивается. Через третий вход вычислительного блока 1 принимают и обрабатывают показания датчика уровня 6 и так продолжают до тех пор, пока поверхность жидкости не достигнет заданного уровня . Определив этот факт, на втором выходе вычислительного блока 1 устанавливают сигнал, который переводит переключатель коммутатора 2 в исходное положение, и, тем самым, прерывают перекачивание жидкости. Обрабатывая показания СКЖ 4 вычисляют количество загруженной жидкости, измеряют уровень H_i и температуру зеркала жидкости по показаниям, которые поступают на третий и четвертый входы вычислительного блока 1 от датчиков соответственно уровня 6 и температуры 7. Вычисляют геометрические параметры, соответствующие деформированному и недеформированному состояниям емкости. Определяют величину площади s_o(h) горизонтального сечения недеформированной емкости на уровне h (0<h≅H_i) (1) где M_i=M(H_i) масса загруженной до уровня H_i жидкости; ρ(H_j) плотность жидкости на высоте H_j при уровне H_i и температуре t_i зеркала жидкости; α(H_j) коэффициент линейной деформации корпуса емкости на высоте H_j при уровне H_i и температуре t_i зеркала жидкости.

Затем вычисляют величины S(H_i)
s(h)=(1+α(h))²s_o(h). (2)
На основе полученных данных вычисляют объемы V_o(h) и V(h) рабочей части соответственно недеформированной и деформированной емкости. Затем на втором выходе вычислительного блока 1 устанавливают сигнал, который переводит переключатель коммутатора 2 в положение, обеспечивающее возобновление перекачивания жидкости в емкость. Заполняют емкость таким образом до заданного верхнего уровня
Определяют геометрические параметры (S_o, S(h), V_o(h), V(h)), соответствующие деформированному и недеформированному состояниям емкости о

Формула изобретения

1. Способ измерения геометрических параметров емкости, заключающийся в том, что емкость заполняют жидкостью с известным коэффициентом объемного температурного расширения, измеряют уровень зеркала жидкости, вычисляют площадь горизонтального сечения рабочей части емкости, отличающийся тем, что используют образцовую жидкость с известным коэффициентом объемного сжатия под давлением, емкость заполняют до заданного уровня со скоростью, обеспечивающей перемешивание жидкости в емкости, прерывают подачу жидкости, измеряют температуру зеркала жидкости, вычисляют геометрические параметры недеформированной и деформированной емкости, возобновляют заполнение емкости и продолжают измерение геометрических параметров емкости до заданного верхнего уровня.

2. Устройство для измерения геометрических параметров емкости, содержащее вычислительный блок, первые вход и выход которого являются соответственно управляющим входом и выходом устройства, коммутатор, первый вход которого подключен к источнику питания, а выход к второму входу устройства подачи жидкости, первый вход и выход которого соединены через трубопроводы соответственно с источником образцовой жидкости и входом счетчика количества жидкости, второй выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, к третьему входу которого подключен выход датчика уровня, расположенного в емкости на поверхности жидкости, при этом первый выход счетчика количества жидкости через трубопровод соединен с наливным отверстием, выполненным в нижней части емкости, отличающееся тем, что в него введен датчик температуры, подключенный к четвертому входу вычислительного блока, второй выход которого соединен с вторым входом коммутатора, при этом датчик температуры расположен в емкости на поверхности жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1