Способ определения уровня или плотности жидкости и устройство для его осуществления



Способ определения уровня или плотности жидкости и устройство для его осуществления
Способ определения уровня или плотности жидкости и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2446383:

Гофман Феликс Эргардович (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в сложных технологических условиях, в частности, для контроля уровня и плотности технологических растворов радиохимической переработки облученного ядерного топлива. Сущность изобретения: способ основан на измерении разности давлений в двух точках контролируемого объема и включает отбор и передачу давлений из двух точек контролируемого объема, расположенных на разной высоте, к датчику дифференциального давления через соединительные линии, содержащие разделительную жидкость. В качестве соединительных линий используют по меньшей мере две капиллярные линии, гидравлически сообщающиеся со входами датчика дифференциального давления, причем свободные концы соединительных линий располагают горизонтально и жестко фиксируют в заданных точках относительно контролируемой жидкости. При этом в соединительные линии со стороны датчика дифференциального давления периодически дозируют порции разделительной жидкости. Измерение разности гидростатических давлений в контролируемом объеме производят в моменты времени в перерывах между дозированием очередной порции разделительной жидкости, а по величине выходного сигнала датчика дифференциального давления определяют уровень или плотность контролируемой жидкости. В устройство для осуществления способа, включающее датчик дифференциального давления и соединительные линии, в которых присутствует разделительная жидкость, согласно изобретению, введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом соединительные линии выполнены в виде капиллярных трубок. Технический результат - снижение погрешности измерений уровня и/или плотности жидкости в резервуаре, а также снижение эксплуатационных расходов в условиях радиохимического производства за счет существенного повышения надежности работы устройства и его ремонтопригодности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения уровня и/или плотности жидкостей в резервуарах, находящихся в сложных технологических условиях, в частности, для контроля уровня и плотности технологических растворов радиохимической переработки облученного ядерного топлива.

Широко известны средства для определения уровня и плотности технологических растворов, действие которых основано на измерении разности давлений ΔP в двух разнесенных в пространстве точках контролируемых технологических сред. Способы измерения разности давлений с помощью датчика дифференциального давления по существу характеризуются способами передачи давления из заданных точек контролируемых сред к чувствительному элементу датчика. Передача давления производится через линии связи («импульсные линии») посредством воздуха или жидкости.

Особенностью передачи контролируемой разности давлений ΔP из двух точек пространства с помощью жидкости к чувствительному элементу датчика является то, что разность давлений ΔPдатч на входах датчика отличается от ΔP на величину гидростатического давления, создаваемого столбом жидкости, передающей давление, при этом высота столба равна разности высот контролируемых двух точек пространства.

Известны способы и устройства для измерения уровня жидкостей (см. М.В.Кулаков. Технологические измерения и приборы для химических производств. М., 1983 г.), действие которых основано на том, что разность давлений ΔP в жидкости на расстоянии H от ее поверхности и над ней определяется выражением:

где: ρ - плотность раствора;

g - ускорение свободного падения.

Давление столба жидкости измеряется косвенно, по разности ΔP давления газовой фазы над поверхностью контролируемой жидкости и давления воздуха, подаваемого непрерывно в пьезометрическую трубку, погруженную в жидкость. Уровень Н определяется из известной величины ρ и измеренной разности давлений ΔP. К недостаткам указанного устройства относится низкая точность измерений, связанная с тем, что в момент отрыва пузырька избыточного воздуха происходит скачок давления в пьезометрической трубке. Последнее приводит к соответствующему разбросу в результатах измерения давления воздуха и, следовательно, к увеличению погрешности определения уровня жидкости. При резких изменениях давления газовой фазы над жидкостью погрешность определения уровня может увеличиться значительно.

Известен способ определения уровня или плотности жидкостей, при котором давление в заданной точке контролируемой среды передают к чувствительному элементу датчика через мембранный разделитель и капиллярную соединительную линию, заполненную манометрической жидкостью. Датчик дифференциального давления располагают на некоторой высоте, например, между двумя точками отбора давлений контролируемой среды. В качестве манометрической жидкости, как правило, используют силиконовое масло, имеющее низкий коэффициент объемного расширения. Жидкость закачивают в полость мембранного разделителя и капиллярную линию один раз, перед установкой на объект контроля. Указанный способ реализован в датчиках различного назначения.

В частности, известно устройство «Интеллектуальный гидростатический преобразователь давления для измерения плотности APR-2200D» (см. Техническое описание прибора в каталоге фирмы «Aplisens» (Польша) по ссылке в Интернете http://www.aplisens.by/catalog/close_reservoir/preobr_apr_2200.html), выполненное на основе датчика дифференциального давления, в котором используются мембранные разделители двух входов датчика и контролируемой среды. Свободный объем между чувствительным элементом датчика и мембраной заполнен манометрической жидкостью. При этом используют дистанционные мембранные разделители, включающие в себя капиллярную соединительную линию между чувствительным элементом и мембраной, также заполненную манометрической жидкостью. Мембранные разделители устанавливают с помощью фланцевых соединений на боковую поверхность резервуара с разницей высот, равной ΔH. Если поверхность жидкости в резервуаре выше места установки верхнего разделителя, то устройство используют для определения плотности ρ жидкости в резервуаре по величине разности давлений, измеряемой датчиком дифференциального давления. Если ниже - то устройство служит для определения уровня жидкости при условии, что ее плотность ρ известна. Измеряемая датчиком разность давлений ΔPдатч отличается от разности давлений ΔP в точках установки мембранных разделителей на величину гидростатического давления Pмж столба манометрической жидкости высотой ΔH, причем последняя определяется из выражения:

где ρмж - плотность манометрической жидкости.

Таким образом,

В итоге плотность контролируемой жидкости ρ (при условии, что поверхность жидкости выше верхнего разделителя) определяется как:

В случае если поверхность жидкости с плотностью ρ ниже верхнего разделителя, то ее уровень H относительно уровня установки нижнего разделителя определяется из измеренной датчиком разности давлений ΔPдатч с учетом гидростатического давления столба манометрической жидкости высотой ΔН

следующим образом:

Соответственно:

Датчикам с мембранами в кристаллизующейся жидкости присущ один существенный недостаток: поверхность мембраны может обрасти кристаллами и потерять необходимую упругость, что приведет к искажению результатов измерений. Кроме того, при малых перепадах высот контролируемых точек, характерных, в условиях радиохимического производства, для небольших по размеру резервуаров, к упругости мембран предъявляются повышенные требования по передаче малых перепадов давления. В этом случае возникают проблемы с изготовлением мембран из материала, устойчивого к контролируемой среде, в частности, к сильным кислотам. Спецификой радиохимического производства являются также большие радиационные нагрузки на оборудование, включая датчики. Существенное снижение радиационной нагрузки на датчик возможно, если его вынести за пределы радиационной защиты, которой снабжена технологическая установка. Однако из-за ограничений на длину капилляров (до 6 метров), связывающих чувствительный элемент датчика с мембранами, это не представляется возможным.

Возможно определение уровня жидкости путем измерения разности гидростатических давлений жидкости в контролируемом резервуаре и специальном уравнительном сосуде (см., например, «Монтаж средств измерений и автоматизации». Справочник под ред. А.С.Клюева, М.: Энергоатомиздат, 1988 г., стр.342). Положительный и отрицательный входы датчика дифференциального давления связывают с резервуаром и уравнительным сосудом с помощью трубных соединительных линий, заполненных контролируемой жидкостью. При этом датчик располагают ниже резервуара с раствором, а диаметр трубных соединительных линий выбирают достаточно большим - не менее 12 мм (см. там же, стр.318). В этом случае пузырьки газа, попавшие в жидкость или выделившиеся из нее, всплывают и не вносят дополнительной погрешности в результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решением является способ измерения уровня агрессивных жидкостей (см. там же, стр.343), согласно которому для предотвращения непосредственного контакта датчика дифференциального давления и контролируемой жидкости в разрыв трубных соединительных линий дополнительно устанавливают разделительные сосуды и частично заполняют их разделительной жидкостью, которая не смешивается с контролируемой жидкостью и отличается от нее по плотности. Этой же жидкостью заполняют и соединительные линии от разделительных сосудов до входов датчика дифференциального давления. С другой стороны, разделительная жидкость не агрессивна по отношению к материалам, из которых выполнен датчик дифференциального давления. Часть разделительных сосудов и соединительные линии до резервуара и уравнительного сосуда заполняют контролируемой жидкостью.

Блок-схема устройства для случая, когда плотность разделительной жидкости выше, чем плотность контролируемой жидкости, показана на фиг.1. Это устройство содержит датчик дифференциального давления, два разделительных сосуда, трубные соединительные линии, соединяющие нижние части разделительных сосудов с датчиком дифференциального давления, а верхние части разделительных сосудов - с резервуаром с контролируемой жидкостью и уравнительным сосудом, размещенным по высоте на уровне верхней части резервуара с контролируемой жидкостью и соединенным с ним по газовой фазе трубной линией. Нижние трубные соединительные линии, а также равные объемы в нижней части идентичных разделительных сосудов заполняются разделительной жидкостью. Верхняя часть разделительных сосудов и верхние соединительные линии, а также уравнительный сосуд заполняются контролируемой жидкостью. Верхний уровень жидкости в уравнительном сосуде соответствует максимально возможному уровню контролируемой жидкости в резервуаре.

Выходным сигналом устройства является выходной сигнал датчика дифференциального давления, который равен нулю, когда уровень жидкости в резервуаре максимален и равен уровню жидкости в уравнительном сосуде. Когда уровень жидкости в резервуаре минимален, то выходной сигнал устройства достигает максимума. Диаметр трубных соединительных линий должен быть не менее 12 мм, чтобы пузырьки газа, попавшие в контролируемую жидкость или выделившиеся из нее, всплывали и не вносили дополнительной погрешности в результаты измерений.

К недостаткам такого устройства относится то, что наличие довольно протяженных трубных соединительных линий, заполненных контролируемой жидкостью, не приемлемо для радиохимического производства. При этом трубные соединительные линии должны монтироваться с понижением от резервуара с контролируемой жидкостью к датчику. В силу этого датчик дифференциального давления в данном устройстве невозможно вынести за пределы радиационной защиты технологической установки, что существенно понизит срок его службы из-за большой радиационной нагрузки. Кроме того, конструктивно для условий радиохимического производства элементы устройства для определения давлений в заданных точках должны вводиться в резервуар с контролируемой жидкостью сверху, т.к. отверстия на его боковых стенках недопустимы.

Изобретение решает задачу снижения погрешности измерений плотности и/или уровня жидкости в резервуаре, а также снижения эксплуатационных расходов в условиях радиохимического производства за счет существенного повышения надежности работы устройства.

Технический результат, получаемый от реализации заявленного изобретения, обеспечивается тем, что для определения уровня или плотности жидкости способом, основанным на измерении разности давлений в двух точках контролируемого объема, включающим отбор и передачу давлений из двух точек контролируемого объема, расположенных на разной высоте, к датчику дифференциального давления через соединительные линии, содержащие разделительную жидкость, согласно способу, в качестве соединительных линий используют по меньшей мере две капиллярные линии, гидравлически сообщающиеся со входами датчика дифференциального давления, причем свободные концы соединительных линий жестко фиксируют в заданных точках относительно контролируемой жидкости с образованием разности высот. При этом в соединительные линии со стороны датчика дифференциального давления периодически дозируют порции разделительной жидкости, измерение разности гидростатических давлений в контролируемом объеме производят в моменты времени в перерывах между дозированием очередной порции разделительной жидкости, а по величине выходного сигнала датчика дифференциального давления определяют уровень или плотность контролируемой жидкости.

Свободные концы соединительных линий, установленные в резервуаре с контролируемой жидкостью, могут быть расположены горизонтально в виде участков небольшой длины, а дозирование порций в две линии осуществляют одновременно или поочередно, с известным расходом разделительной жидкости.

Для диагностики состояния соединительных линий величину выходного сигнала датчика дифференциального давления в перерыве между дозированием порции разделительной жидкости сравнивают с его величиной, предварительно полученной в момент времени, предшествующий дозированию данной порции, после чего по абсолютному значению разности указанных величин оценивают гидродинамическое сопротивление капиллярных линий.

Кроме того, определение плотности контролируемой жидкости производят при расположении свободных концов соединительных линий в заданных точках ниже поверхности жидкости, а определение уровня контролируемой жидкости производят при расположении свободного конца одной соединительной линии в заданной точке ниже поверхности жидкости, а свободного конца второй соединительной линии - над поверхностью жидкости в точке, заведомо превышающей возможно достижимый уровень жидкости. При этом в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно устанавливают плоскую пластину, параллельную поверхности жидкости.

Кроме того, в качестве разделительной жидкости преимущественно выбирают жидкость, способную смешиваться с контролируемой жидкостью и обладающую низким газовыделением.

Кроме того, период дозирования порций устанавливают максимальным, если разность давлений в процессе многократных измерений изменяется незначительно, и уменьшают обратно пропорционально скорости изменения разности давлений.

В устройство для осуществления заявленного способа, включающее датчик дифференциального давления и соединительные линии, в которых присутствует разделительная жидкость, согласно изобретению, введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, выполненных в виде по меньшей мере двух капиллярных трубок, свободные концы которых установлены в резервуаре с контролируемой жидкостью и жестко закреплены в заданных точках относительно контролируемой жидкости с образованием разности высот. При этом свободные концы соединительных линий выполнены в виде горизонтальных участков небольшой длины, а в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно установлена плоская пластина, параллельная поверхности жидкости.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема устройства-прототипа; на фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения уровня или плотности жидкости.

Устройство для реализации способа содержит датчик 1 дифференциального давления, управляемые дозаторы 2 и 3 разделительной жидкости, блок 4 регистрации и управления, по меньшей мере две капиллярные соединительные линии 5 и 6, и горизонтальную площадку 7, установленную в резервуаре 8 с контролируемой жидкостью. При этом выход датчика 1 дифференциального давления электрически соединен с входом блока 4 регистрации и управления, информационный выход блока 4 служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока 4 подключены к управляющим входам дозаторов 2 и 3, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика 1 дифференциального давления и входами соединительных линий 5 и 6.

Датчик 1 дифференциального давления представляет собой, по существу, известный датчик, например, типа DMD 331-A-S фирмы «БД Сенсоре РУС» (см. по ссылке в Интернете http://www.bdsensors.ru/products/product_info.php?id=19), основная погрешность которого не превышает 0,1% измеряемой величины. Этот датчик включает емкостную ячейку, входы которой изолированы качественными мембранами, предназначенными для контактирования с агрессивными средами, но контакт с кристаллизующимися жидкостями для данной конструкции противопоказан. Кроме того, указанный датчик не желательно размещать в непосредственной близости от технологического оборудования в радиохимическом производстве, а также подвергать воздействию радиационных полей.

Капиллярные соединительные линии 5 и 6 могут быть выполнены из материала, инертного как к контролируемой, так и к разделительной жидкостям, например, металлическими (в частности, из нержавеющей стали), а их внутренний диаметр может составлять, например, 1-2 мм. В варианте исполнения устройства могут быть установлены как две, так и большее количество соединительных линий, например, три или четыре. В этом случае первые две линии могут использоваться для измерения плотности, а вторые две или вторая и третья - для измерения уровня жидкости. При этом могут быть установлены клапаны для переключения линий на один датчик дифференциального давления или использоваться два аналогичных датчика.

В качестве управляемых дозаторов 2 и 3 могут быть использованы, например, мембранные микронасосы типа 7604 фирмы «Bürkert», (см. в Интернете по ссылке http://www.ndps.ru/burkert/DEE/buerkert_products.sk_34.htm), работа которых регулируется программным путем с помощью сигналов от блока 4 регистрации и управления.

Блок 4 регистрации и управления выполнен на основе микроконвертора, который объединяет в себе аналого-цифровой преобразователь входного сигнала и микропроцессор, обеспечивающий регистрацию входного сигнала; обработку информации; периодическую генерацию импульсных последовательностей на двух выходах блока 4, выполненных в виде электронных ключей, для управления дозаторами 2 и 3; обмен данными через информационный выход блока 4, представляющего собой, например, стандартный СОМ-порт и т.д.

Свободные концы соединительных линий 5 и 6 выполнены в виде горизонтальных участков линий небольшой длины и жестко закреплены в контролируемом резервуаре 8 в заданных точках с разностью высот, равной ΔН. Произвольное смещение точек закрепления концов соединительных линий недопустимо, так как это приведет к погрешности в измерениях.

Соединительные линии 5 и 6 выведены из резервуара 8 через верхнюю крышку 9, а их длина может составлять до нескольких десятков метров. Для использования в условиях радиохимического производства наиболее целесообразным является размещение соединительных линий 5 и 6 с повышением от резервуара 8 к датчику 1, но в любом случае датчик 1 должен быть расположен только после выхода соединительных линий за пределы радиационной защиты технологического оборудования.

Если уровень жидкости Н относительно свободного конца линии 6 больше величины ΔН, то есть если свободные концы линий 5 и 6 находятся в контролируемой жидкости, то устройство выполняет функцию контроля плотности жидкости. В другом случае, когда конец линии 6 оказывается погруженным в жидкость, а конец линии 5 находится выше нее, то устройство может быть использовано для контроля уровня жидкости. В последнем случае непосредственно под свободным концом линии 5 установлена горизонтальная площадка 7, площадь которой может составлять, например, несколько квадратных сантиметров.

Способ осуществляют следующим образом.

Для случая контроля плотности жидкости дозатор 3 по команде блока 4 регистрации и управления в течение заданного интервала времени с заданным небольшим расходом дозирует разделительную жидкость в соединительную линию 6. В момент начала дозирования из-за наличия гидродинамического сопротивления линии 6 разность давлений, регистрируемая датчиком 1, получает приращение, пропорциональное по величине гидродинамическому сопротивлению линии 6. Если в процессе дозирования указанное приращение превысит по величине заданный порог, то дозирование прекращается, и в блоке 4 регистрации и управления формируется аварийный сигнал для внешних устройств, означающий неисправность линии 6, связанную, в частности, с ее «засорением» или скоплением в ней пузырьков воздуха.

При дозировании избыточная разделительная жидкость поступает из свободного конца линии 6 в контролируемую жидкость. С учетом этого, в качестве разделительной жидкости выбирается такая, которая растворяется в контролируемой жидкости и практически не меняет ее состав, так как дозируемый объем разделительной жидкости (единицы миллилитров) на несколько порядков меньше объема контролируемой жидкости. После окончания работы дозатора 3 по команде блока 4 регистрации и управления дозатор 2 аналогичным образом дозирует разделительную жидкость в соединительную линию 5. При этом, как и для линии 6, может быть сформирован аварийный сигнал для внешних устройств, означающий неисправность линии 5.

После окончания работы дозатора 2 через некоторое время, занятое переходным процессом, на выходе датчика 1 дифференциального давления регистрируется величина ΔРдатч, пропорциональная разности гидростатических давлений, создаваемых столбом разделительной жидкости и столбом контролируемой жидкости с равными высотами ΔН. Аналогично устройству с применением мембранных разделителей, искомая величина плотности ρ контролируемого раствора определяется с помощью блока 4 регистрации и управления из выражения:

где ррж - плотность разделительной жидкости.

Измерение ΔРдатч и определение ρ производится многократно, до проведения очередных процедур дозирования разделительной жидкости в соединительные линии 5 и 6. Интервал между двумя последующими процедурами дозирования может быть достаточно большим. Его величина, а также объем отдельной порции дозируемой жидкости определяются следующими факторами.

Во-первых, если разделительная жидкость характеризуется небольшим и медленным газовыделением, например, дистиллированная вода, то необходимо прокачивать разделительную жидкость в количествах, позволяющих обновить содержимое каждой капиллярной соединительной линии 5 и 6 в течение приблизительно 6÷8 часов. Например, объем капиллярной линии длиной 20 метров и внутренним диаметром 2 мм составляет около 60 мл. В указанных условиях средний расход разделительной жидкости для каждой соединительной линии 5 и 6 составляет приблизительно 10 мл/час. Мембранные микронасосы типа 7604 фирмы «Bürkert» обеспечивают производительность 5 мл/мин. Соответственно, для выбранного примера общее время работы каждого дозатора 1 или 2 составит 2 минуты в течение часа. Если периодически включать дозаторы 1 и 2 на короткое время, например, по 3 секунды каждый, то средний расход разделительной жидкости величиной 10 мл/час будет обеспечен при проведении процедуры дозирования один раз в 90 секунд. При этом измерение плотности может вестись с периодом 10÷15 секунд без помех со стороны процедуры дозирования.

С другой стороны, в сечениях свободных концов капиллярных соединительных линий 5 и 6 происходит взаимодействие контролируемой и разделительной жидкостей. Скорость этого взаимодействия и влияние изменения состава разделительной жидкости в зоне свободных концов линии 5 и 6 зависит от конкретных составов указанных жидкостей. Например, при контроле азотнокислых растворов и использовании в качестве разделительной жидкости дистиллированной воды процесс носит крайне медленный характер. В течение часа на расстоянии 1 см от отверстия концентрация азотной кислоты в разделительной жидкости не превышает 2% от концентрации азотной кислоты в контролируемом растворе. Т.е. изменение концентрации практически не выйдет за пределы начального горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6. Кроме того, процессы перемешивания в линиях 5 и 6 идентичны. Соответственно, в течение часа останется неизменным значение плотности разделительной жидкости в вертикальных участках, влияющее на величину измеряемой разности давлений ΔР.

В случае если скорость взаимодействия контролируемой и разделительной жидкостей выше, устанавливается меньший период дозирования и меньший объем дозируемой порции. Объем порции должен быть значительно большим, чем внутренний объем начального горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6. Последний при длине начального участка в 10 мм и внутреннем диаметре 2 мм составляет приблизительно 0,03 мл. В приведенном выше примере при периодичности процедуры дозирования 90 секунд и ее продолжительности в 3 секунды для дозатора 1 или 2 объем отдельной порции разделительной жидкости составит 0,25 мл, что существенно больше внутреннего объема горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6.

Для определения уровня раствора в резервуаре необходимо, чтобы поверхность жидкости находилась ниже свободного конца соединительной линии, т.е. чтобы выполнялось условие H<ΔН. В этом случае, в отличие от измерения плотности, при дозировании разделительной жидкости в соединительную линию 5 избыточная разделительная жидкость поступает из свободного конца линии 5 на площадку 7, которая исключает возможность образования висящей капли разделительной жидкости на свободном конце линии 5. Наличие площадки 7 повышает точность определения уровня жидкости Н, т.к. при зависании на свободном конце линии 5 капли разделительной жидкости возникает систематическое смещение измеренной разности давлений ΔР, что вызывает соответствующую погрешность определения уровня Н, эквивалентную примерно 2÷5 мм.

После окончания процедур дозирования регистрируется величина ΔРдатч, пропорциональная разности гидростатических давлений, создаваемых столбом разделительной жидкости высотой ΔН и столбом контролируемой жидкости высотой Н. Аналогично устройству с применением мембранных разделителей, величина Н определяется из выражения:

где ρрж - плотность разделительной жидкости.

Процедура дозирования разделительной жидкости в линии 5 и 6 может осуществляться как поочередно, так и одновременно в обе линии. В последнем случае, если разность давлений ΔРдатч в процессе ближайших измерений практически не изменяется, то это означает, что обе капиллярные линии одинаково не засорены, и в них отсутствуют скопления пузырьков газа. Если же ΔР изменяется, например, в положительную сторону, то это свидетельствует о том, что увеличилось гидродинамическое сопротивление линии, подключенной к положительному входу датчика дифференциального давления, а если ΔР изменяется в отрицательную сторону, то очевидно, что засорена другая капиллярная линия.

Таким образом, благодаря процедуре дозирования разделительной жидкости в устройстве производится регулярное диагностирование рабочего состояния капиллярных соединительных линий, причем в процессе работы устройства, что способствует повышению точности определения измеряемых величин и тем самым повышению надежности работы устройства.

Кроме того, устройство для реализации заявленного способа обеспечивает уменьшение погрешности определения уровня жидкости по сравнению с аналогичными устройствами за счет наличия горизонтальной площадки 7, которая препятствует образованию капель разделительной жидкости на свободном конце линии 5 и тем самым устраняет систематическое смещение измеренной разности давлений ΔРдатч.

Вместе с тем надежность предлагаемого устройства в условиях радиохимического производства оказывается существенно выше, чем у прототипа, т.к. в зоне расположения технологического оборудования в условиях высоких радиационных полей размещаются только узлы, выполненные из металла, включая металлические капиллярные соединительные линии 5 и 6, а какие-либо чувствительные либо исполнительные элементы устройства отсутствуют. Датчик 1 дифференциального давления, управляемые дозаторы 2 и 3 разделительной жидкости, блок 4 регистрации и управления могут быть размещены вне зоны расположения технологического оборудования. При этом стоимость замены элемента устройства, не находящегося в зоне расположения технологического оборудования, невысока, что обеспечивает снижение эксплуатационных расходов в условиях радиохимического производства.

Использование заявленного технического решения позволяет также расширить область его применения для сложных технологических условий, в частности, для радиохимического производства.

1. Способ определения уровня или плотности жидкости, основанный на измерении разности гидростатических давлений в двух точках контролируемого объема, включающий отбор и передачу давлений из двух точек контролируемого объема, расположенных на разной высоте, к датчику дифференциального давления через соединительные линии, заполненные разделительной жидкостью, отличающийся тем, что в качестве соединительных линий используют по меньшей мере две капиллярные линии, свободные концы которых жестко фиксируют в заданных точках относительно контролируемой жидкости с образованием разности высот, в соединительные линии со стороны датчика дифференциального давления периодически дозируют порции разделительной жидкости, измерение разности гидростатических давлений в контролируемом объеме производят в моменты времени в перерывах между дозированием очередной порции разделительной жидкости, а по величине выходного сигнала датчика дифференциального давления определяют уровень или плотность контролируемой жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что свободные концы соединительных линий устанавливают в резервуаре с контролируемой жидкостью и располагают горизонтально в виде участков небольшой длины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозирование порций в две линии осуществляют одновременно или поочередно с известным расходом разделительной жидкости.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для диагностики состояния соединительных линий величину выходного сигнала датчика дифференциального давления в перерыве между дозированием порции разделительной жидкости сравнивают с его величиной, предварительно полученной в момент времени, предшествующий дозированию данной порции, после чего по абсолютному значению разности указанных величин оценивают гидродинамическое сопротивление капиллярных линий.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение плотности контролируемой жидкости производят при расположении свободных концов соединительных линий в заданных точках ниже поверхности жидкости.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение уровня контролируемой жидкости производят при расположении свободного конца одной соединительной линии в заданной точке ниже поверхности жидкости, а свободного конца второй соединительной линии - над поверхностью жидкости в точке, заведомо превышающей возможно достижимый уровень жидкости.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно устанавливают плоскую пластину, параллельную поверхности жидкости.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разделительной жидкости выбирают жидкость, способную смешиваться с контролируемой жидкостью и обладающую низким газовыделением.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что период дозирования порций устанавливают максимальным, если разность давлений в процессе многократных измерений изменяется незначительно, и уменьшают обратно пропорционально скорости изменения разности давлений.

10. Устройство для измерения уровня или плотности жидкости, содержащее датчик дифференциального давления, резервуар с контролируемой жидкостью и размещенные между ними соединительные линии с разделительной жидкостью, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом электрически выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, а соединительные линии выполнены в виде по меньшей мере двух капиллярных трубок, свободные концы которых установлены в резервуаре с контролируемой жидкостью и жестко закреплены в заданных точках относительно контролируемой жидкости с образованием разности высот.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что свободные концы соединительных линий выполнены в виде горизонтальных участков небольшой длины.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно установлена плоская пластина, параллельная поверхности жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в нефтехимической и радиохимической промышленности при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью.

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся продуктов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к контролю состояния расплава в ковше при внепечной обработке стали. .

Изобретение относится к системе для определения оставшегося количества жидкого водорода, хранимого в устройстве хранения водорода. .

Изобретение относится к измерительной технике для дистанционного измерения уровня питательной воды в паровых барабанах энергетических котлоагрегатов. .

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к способам измерения уровня расплавов в ковшах на установках продувки стали инертными газами, например азотом либо аргоном, при использовании для продувки погружных фурм.

Изобретение относится к газовой промышленности, может применяться на газовых промыслах, станциях подземного хранения газа и магистральных газопроводах, в частности для измерения уровня жидкости в газовом сепараторе.

Изобретение относится к измерительной технике по расходомерам, а именно к способам и устройствам измерения объемного расхода жидких сред в открытых водоемах - каналах, не напорных трубопроводах большого сечения и сточных лотках.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам контроля уровня жидкого металла в металлургических агрегатах для плавки или разливки. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в химической и пищевой промышленности при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью в резервуарах, работающих как в условиях разряжения, так и повышенного давления.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к устройствам для измерения уровней и расходов воды в каналах и реках, и может быть использовано в водном хозяйстве

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах. Техническим результатом является повышение точности определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах. Предложено разместить в скважине от устья до глубинного насоса или до продуктивного пласта бронированный многожильный кабель с датчиками давления, равномерно расположенными друг от друга по вертикальной составляющей скважины. Информация по давлению с этих датчиков постоянно подается на контроллер станции управления скважиной и интерпретируется в следующем порядке: определяется по первым двум датчикам коэффициент корреляции прямолинейной зависимости давления от вертикальной глубины скважины. В эту базу добавляется информация по третьему и далее датчику до тех пор, пока не понизится коэффициент корреляции. На конечной стадии расчетов контроллер находит уравнения зависимости давления от вертикальной глубины скважины для двух разных фаз: газовой и жидкостной. Уровень жидкости в скважине определяется как точка пересечения этих двух полученных прямых зависимостей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматизированным системам контроля расхода транспортными средствами. Техническим результатом изобретения являются возможность измерения плотности и уровня топлива в топливных баках транспортного средства, автоматическая компенсация дополнительной погрешности измерения при изменении угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, автоматизация процесса измерения. Технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность и уровень топлива рассчитывают с учетом угла наклона бака по формулам, описанным в изобретении. 2 ил.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, между эксплуатационной колонной и насосно-компрессорными трубами, обводненных газовых скважин в процессе откачки пластовой жидкости погружными электроцентробежными насосами. Техническим результатом изобретения является создание способа определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве обводненной газовой скважины на основе разработанной информационно-измерительной системы путем измерения параметров продукции на забое и устье скважины. Для этого вычислительное устройство информационно-измерительной системы обводненной газовой скважины принимает сигналы от датчиков давлений и температур на выходе из затрубного пространства устья скважины и на глубине забоя скважины при входе в центробежный насос, расхода газа, плотностей газа и жидкости. При этом динамический уровень жидкости определяется по итерационному алгоритму последовательных приближений величины забойного давления от устья скважины до его равенства измеренному значению забойного давления Pзаб по гидродинамическим формулам. 1 ил.
Наверх