Способ определения количества жидкости в емкости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в различных отраслях промышленности для измерения количества жидкости в различных емкостях. Изобретение решает задачу уменьшения погрешности измерения количества жидкости в емкости, расширения функциональных возможностей способа, упрощения конструкции и повышения надежности работы устройств для реализации предлагаемого способа, а также снижения их стоимости. Указанная задача достигается тем, что уровень и плотность жидкости определяют посредством измерения датчиками сил, действующих на тела, первое из которых имеет переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости, а второе полностью погружено в жидкость с последующим расчетом по формулам: и где ρ - плотность жидкости, h - уровень жидкости в емкости, g - ускорение свободного падения, h₀ - расстояние от днища емкости до первого тела, m₁, P₁, S₁ - соответственно масса, вес и площадь поперечного сечения тела, имеющего переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости, m₂, P₂, V₂ - соответственно масса, вес и объем полностью погруженного тела, Δh - поправка к уровню на уклон емкости. При этом поправку к уровню на уклон емкости определяют путем измерения угла ее наклона датчиком угла поворота. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в различных отраслях промышленности для измерения количества жидкости в различных емкостях.

Известен способ измерения уровня жидкости, заключающийся в том, что зондирование уровня и последующее слежение за ним осуществляется путем подъема чувствительного элемента, имеющего отрицательную плавучесть, от заданной отметки в жидкости, до ее поверхности электродвигателем, момент короткого замыкания которого предварительно устанавливают равным моменту, создаваемому силой, равной разности между весом чувствительного элемента и гидростатической выталкивающей силой, а по окончании цикла измерений опускают чувствительный элемент в жидкую среду до заданной отметки путем отключения питания электродвигателя /1/.

Недостатками данного способа являются измерение количества жидкости в емкости в объемных единицах, низкая точность, сложность, дороговизна и низкая надежность прибора для его осуществления.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения количества жидкости в емкости, выбранный в качестве прототипа /2/.

При осуществлении способа измеряют уровень жидкости в емкости, ее плотность и температуру приборами, удовлетворяющими заданной ГОСТом погрешности измерения. По калибровочной таблице емкости значения уровня переводятся в значения объема жидкости с последующим вычислением массы жидкости в емкости по формуле M = ρ V, где M - масса жидкости; V - объем жидкости при данной температуре; ρ - плотность жидкости при данной температуре.

Недостатками данного способа являются большая методическая погрешность измерения количества жидкости в емкости, сложность и дороговизна устройств для реализации указанного способа.

Изобретение решает задачи уменьшения погрешности измерения количества жидкости в емкости, расширения функциональных возможностей способа, упрощения конструкции и повышения надежности работы устройств для реализации предлагаемого способа, а также снижения их стоимости.

Решение указанной задачи достигается тем, что уровень и плотность жидкости определяют посредством измерения датчиками сил, действующих на тела, первое из которых имеет переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости, а второе полностью погружено в жидкость с последующим расчетом по формулам: где M₂ - масса полностью погруженного тела; g - ускорение свободного падения; P₂ - вес полностью погруженного тела; V₂ - объем полностью погруженного тела,

где h - уровень жидкости в емкости;
h₀ - расстояние от днища емкости до первого тела;
M₁, P₁, S₁ - соответственно масса, вес и площадь поперечного сечения тела, имеющего переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости;
Δ h - поправка к уровню на уклон емкости,
при этом поправку к уровню на уклон емкости определяют путем измерения угла ее наклона датчиком угла поворота.

Решение указанной задачи достигается предложенным устройством для измерения количества жидкости в емкости, которое содержит датчик угла поворота, установленный на верхней крышке емкости, электрически соединенный через измерительный преобразователь с системной шиной, а уровнемер и плотномер выполнены в виде двух датчиков силы, жестко закрепленных на верхней крышке емкости, к которым подвешены соответственно полностью погруженное в жидкость тело и тело, имеющее переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в ней, оба датчика электрически связаны с измерительным преобразователем, соединенным с системной шиной, к которой подключены три датчика температуры, установленные на разной высоте от днища емкости, при этом системная шина соединена с микропроцессором, который через соединительную линию связан с ЭВМ.

Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как измерение сил, действующих на тела, одно из которых имеет переменную степень погружения, а второе полностью погружено в жидкость, позволяет определять плотность и уровень жидкости в емкости, и тем самым делает возможным калибровать ее, что в сочетании с информацией об объеме из калибровочной таблицы уменьшает погрешность измерения массы жидкости.

Отсутствие подвижных деталей и устройств для их привода исключает дополнительную погрешность, связанную с трением в точках опоры, а также упрощает конструкцию устройства в целом, снижая его стоимость, а определение температуры жидкости в трех точках, коррекция полученных значений при повороте емкости и последующая обработка полученных значений микропроцессором с представлением полученных данных на ЭВМ обеспечивает повышение надежности работы устройства в целом и уменьшает дополнительную погрешность измерения уровня.

Схема устройства для измерения количества жидкости в емкости показана на фиг. 1.

Устройство для измерения количества жидкости в емкости состоит из уравнемера и плотномера, выполненных в виде двух датчиков силы 1, 2, жестко закрепленных на верхней крышке емкости 3, на которых подвешены (например, при помощи тросса) соответственно полностью погруженное в жидкость тело 4 и тело 5, имеющее переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в ней. Оба датчика электрически связаны с измерительным преобразователем 6, соединенным с системной шиной 7. К системной шине подключены три датчика температуры 8, 9, 10, установленные на разной высоте от днища емкости. Датчик угла поворота 11 жестко установлен своим основанием на верхней крышке емкости 3 с возможностью поворота своего преобразователя (например, диска, штока) относительно емкости 3. Системная шина 7 соединена с микропроцессором 12, который через соединительную линию 13 связан с ЭВМ 14.

Способ измерения количества жидкости в емкости осуществляют на предлагаемом устройстве следующим образом.

Уровень и плотность жидкости определяют посредством измерения датчиками 1 и 2 сил, действующих на тело 5, имеющее переменную степень погружения в зависимости от количества жидкости в емкости, и на тело 4, полностью погруженное в жидкость. Сигнал с датчиков 2 и 1 через измерительный преобразователь 6 и системную шину 7 обрабатывается микропроцессором 12 с последующим определением плотности и уровня по формулам:


при этом для коррекции уровня при повороте емкости измеряют угол ее наклона датчиком угла поворота 11. При этом поправку на уклон вычисляют, например, по формуле /3, 4/.

Δh = ±ctgα₁,
где с - расстояние от середины замерного люка (точки подвески тела 4) до средины емкости.

Знак "-" берется при уклоне в сторону крышки емкости 3, "+" при уклоне от крышки емкости 3.

Для коррекции объема погруженных в жидкость тел от теплового расширения после получения значений плотности и уровня жидкости измеряют температуру жидкости T₁, T₂, T₃ в трех точках датчиками 8, 9, 10. Вычисляют среднюю температуру по формуле:

и в выражение для измерения плотности и уровня жидкости вводят поправку на температурное расширение /5/, после чего рассчитывают уточненные значения уровня и плотности жидкости, по калибровочной таблице, заложенной в ЭВМ 14, определяют объем жидкости и вычисляют массу жидкости по формуле
M = Vρ.

Литература
1. Способ измерения уровня. Авторское свидетельство СССР N 1538052, кл. 01 23/00, 1990, Бюл. N 3.

2. ГОСТ 26976-86. Нефть и нефтепродукты, методы измерения массы - прототип.

3. ГОСТ 8346-79. Резервуары стальные горизонтальные. Методы и средства поверки. М.: Из-во стандартов, 1980, - 72 с.

4. Ильин В.М., Литвиненко А.Н. и др. Эксплуатация складов ракетного топлива и горючего. Учебник. М.: Воениздат, 1992, - 415 с.

5. Хансуваров К. И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. Учебное пособие для техникумов. М.: Из-во стандартов, 1990, - 285 с.

Формула изобретения

1. Способ измерения количества жидкости в емкости, заключающийся в измерении уровня, плотности и температуры жидкости в емкости, с последующим определением по калибровочной таблице и формуле массы и объема жидкости, причем формула имеет следующий вид:
M = ρV,
где M - масса жидкости;
V - объем жидкости при данной температуре;
ρ - плотность жидкости при данной температуре,
отличающийся тем, что уровень и плотность жидкости определяют посредством измерения датчиками сил, действующих на тела, первое из которых имеет переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости, а второе полностью погружено в жидкость с последующим расчетом по формулам

где m₂ - масса полностью погруженного тела;
g - ускорение свободного падения;
P₂ - вес полностью погруженного тела;
V₂ - объем полностью погруженного тела,

где h - уровень жидкости в емкости;
h₀ - расстояние от днища емкости до первого тела;
m₁, P₁, S₁ - соответственно масса, вес и площадь поперечного сечения тела, имеющего переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости;
Δh - поправка к уровню на уклон емкости,
при этом поправку к уровню на уклон емкости определяют путем измерения угла ее наклона датчиком угла поворота.

2. Устройство для измерения количества жидкости в емкости, включающее уровнемер, плотномер и датчик температуры, отличающееся тем, что устройство содержит датчик угла поворота, установленный на верхней крышке емкости, электрически соединенный через измерительный преобразователь с системной шиной, а уровнемер и плотномер выполнены в виде двух датчиков силы, жестко закрепленных на верхней крышке емкости, к которым подвешены соответственно полностью погруженное в жидкость тело и тело, имеющее переменную степень погружения, в зависимости от количества жидкости в емкости, оба датчика электрически связаны с измерительным преобразователем, соединенным с системной шиной, к которой подключены три датчика температуры, установленных на разной высоте от днища емкости, при этом системная шина соединена с микропроцессором, который через соединительную линию связан с ЭВМ.

РИСУНКИ

Рисунок 1