Сигнализатор уровня жидкого азота



Сигнализатор уровня жидкого азота
Сигнализатор уровня жидкого азота
Сигнализатор уровня жидкого азота

 


Владельцы патента RU 2523085:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости и может быть использовано в автоматических системах автоматики и аварийной сигнализации для измерения уровня жидкого азота. Сигнализатор уровня жидкого азота включает терморезисторы, расположенные на контролируемых уровнях в дьюаре и через которые проходит ток подогрева. Измерительный узел каждого из терморезисторов, выполняющий функцию определения изменения сопротивления терморезистора, функцию сравнения измеренного сопротивления с эталонным и функцию индикации, выполнен в виде микроконтроллера, подключенного токовыми выходом и входом для измерения напряжения к терморезистору. Микроконтроллер на токовом выходе формирует ток подогрева. Микроконтроллер дополнительно имеет функцию обновления эталонного значения сопротивления терморезистора при формировании сигнала о достижении жидким азотом контролируемого уровня. Технический результат - повышение быстродействия сигнализатора жидкого азота при опорожнении и заполнении дьюара, а также уменьшение непроизводственных потерь жидкого азота, вызванных кипением и испарением жидкого азота на нагретом термочувствительном элементе и исключение влияния на результат контроля изменения характеристик терморезистора из-за эффекта «старения». 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости и может быть использовано в автоматических системах автоматики и аварийной сигнализации для измерения уровня жидкого азота.

Известен индикатор уровня жидкого азота (патент США №4187723, МПК G01F 23/22, опубл. 12.02.1980), содержащий первый и второй резисторы, расположенные на контролируемых уровнях в дьюаре. При погружении резисторов в жидкий азот они охлаждаются, их сопротивления и напряжения на них изменяются, что фиксируется устройством сравнения и отображается на индикаторе как превышение жидким азотом контролируемого уровня. При выходе резисторов из жидкого азота они нагреваются проходящим через них постоянным током, их сопротивления и падения напряжения на них изменяются, что фиксируется устройством сравнения и отображается на индикаторе как понижение уровня жидкого азота ниже контролируемых уровней.

Недостатком данного сигнализатора является влияние эффекта старения терморезисторов на результат контроля, а также низкое, часто недостаточное, быстродействие сигнализатора при уменьшении уровня жидкого азота, так как для нагрева в газовой среде охлажденного жидким азотом терморезистора, протекающим через него небольшим фиксированным током, требуется достаточно длительное время.

Известен регулятор уровня жидкого азота (патент США №4404809, МПК F17C 13/02, опубл. 20.09.1983) (прототип), в состав которого входят первый и второй углеродные резисторы, сопротивление которых меняется при погружении в низкотемпературную жидкость, причем первый и второй углеродные резисторы расположены таким образом, чтобы определять верхний и нижний уровни жидкости; первое и второе устройства для определения изменений сопротивления первого и второго углеродных резисторов, причем каждое из них содержит первый и второй эталонный резистор; а также первое и второе устройства для сравнения сопротивлений первого и второго углеродных резисторов с сопротивлениями первого и второго эталонных резисторов соответственно, и устройство, реагирующее на сигналы первого и второго устройств сравнения.

Недостатком данного индикатора также является возможность влияния эффекта «старения» терморезисторов на результат контроля, а также низкое, часто недостаточное, быстродействие сигнализатора при опорожнении емкости с жидким азотом, обусловленное медленным нагревом в газовой среде охлажденных жидким азотом терморезисторов с незначительным током подогрева.

Величина тока подогрева терморезисторов в подобных устройствах ограничена максимальной рассеиваемой мощностью терморезистора в газовой среде: его увеличение приводит к перегреву терморезистора в газовой среде и выходу его из строя, а также к повышенному расходу жидкого азота из-за кипения и испарения на постоянно излишне нагретом терморезисторе. Кроме того, при увеличении значения тока подогрева улучшается быстродействие прибора при опорожнении емкости с жидким азотом, но ухудшается быстродействие при ее заполнении, так как для захолаживания жидким азотом перегретого терморезистора требуется значительное время.

Задачей данного изобретения является повышение быстродействия сигнализатора жидкого азота при опорожнении и заполнении дьюара, а также уменьшение непроизводственных потерь жидкого азота, вызванных кипением и испарением жидкого азота на нагретом термочувствительном элементе и исключение влияния на результат контроля изменения характеристик терморезистора из-за эффекта «старения».

Данная задача решается тем, что в сигнализаторе уровня жидкого азота, включающем терморезисторы, расположенные на контролируемых уровнях в дьюаре и через которые проходит ток подогрева, измерительный узел каждого из терморезисторов, выполняющий функцию определения изменения сопротивления терморезистора, функцию сравнения измеренного сопротивления с эталонным и функцию индикации, выполнен в виде микроконтроллера, подключенного токовым выходом и входом для измерения напряжения к терморезистору, причем микроконтроллер на токовом выходе формирует ток подогрева: при заполнении дьюара - минимально необходимый для определения изменения сопротивления терморезистора, а при опорожнении - определяемый по формуле

i п = i 0 e α | R R э т | ,                                  ( 1 )

где α = ln ( i п р е д i 0 ) | N | ,

R - текущее значение сопротивления терморезистора, Ом;

Rэт - эталонное значение сопротивления терморезистора, Ом;

iпред - предельно допустимое значение тока, кратковременно протекающего через терморезистор, А;

i0 - текущее значение тока, проходящего через терморезисторы, определяемое измерительной схемой, А;

N - пороговая величина разности значений текущего сопротивления терморезистора и его эталонного значения, при котором принимается решение об отсутствии жидкого азота на контролируемом уровне, Ом.

Микроконтроллер дополнительно имеет функцию обновления эталонного значения сопротивления терморезистора при формировании сигнала о достижении жидким азотом контролируемого уровня.

Пример схемы сигнализатора показан на фиг.1.

Сигнализатор состоит из терморезисторов R1, R2, микроконтроллера МК со схемой питания (на фиг.1 не показана) и индикатора И. Терморезисторы R1, R2 одновременно подключены к соответствующим токовым выходам Out1, Out2 и измерительным аналоговым входам In1, In2 микроконтроллера МК. Выход микроконтроллера МК подключен к индикатору И. Терморезисторы R1, R2 располагаются на соответствующих контролируемых уровнях внутри дьюара (на фиг.1 не показано).

Сигнализатор для одной точки контроля, например, в месте установки терморезистора R1 работает следующим образом. Первоначально дьюар полностью свободен от жидкого азота, а сигнализатор находится в режиме контроля заполнения. С выхода Out1 микроконтроллера МК через терморезистор R1, находящийся в газовой среде, протекает небольшой постоянный ток i0, который незначительно нагревает терморезистор R1 до температуры равновесия и создает на нем падение напряжения U1, поступающее на аналоговый измерительный вход In1 микроконтроллера МК. В микроконтроллере МК в соответствии с заданной программой по измеренному значению U1 и известному значению тока на выходе Out1 производится вычисление текущего значения сопротивления терморезистора R1. В микроконтроллере МК вычисляется разность между измеренным значением сопротивления R1 и его эталонным значением, зафиксированным в процессе первоначальной калибровки, и сравнивается с программным пороговым значением N. Так как терморезистор R1 имеет температуру выше температуры жидкого азота, то его измеренное сопротивление отличается от эталонного значения. Их разность превышает пороговое значение N. Микроконтроллер МК на своем информационном выходе формирует сигнал о отсутствии жидкого азота на контролируемом уровне, что отображается с помощью индикатора И в любой удобной для персонала форме.

При заполнении дьюара жидким азотом он достигает уровня, на котором установлен терморезистор R1, и охлаждает его до температуры жидкого азота. При этом сопротивление терморезистора R1 изменяется, а измеренная в микроконтроллере МК разность сопротивления терморезистора R1 и его эталонного значения становится равной или меньше порогового значения N. Микроконтроллер МК на своем информационном выходе формирует сигнал об достижении жидким азотом контролируемого уровня, что отображается с помощью индикатора И в любой удобной для персонала форме. Сигнализатор для данной точки контроля переходит в режим контроля опорожнения. При этом в микроконтроллере МК обновляется эталонное значение сопротивления терморезистора R1.

В режиме контроля опорожнения с токового выхода Out1 микроконтроллера МК через терморезистор R1 протекает соответствующий постоянный ток iп1, который формируется в соответствии с формулой (1), реализованной с помощью программного обеспечения. При нахождении терморезистора R1 в жидком азоте его измеренное сопротивление практически равно эталонному значению, ток iп1 в соответствии с формулой (1) равен i0. При постепенном уменьшении уровня жидкого азота в дьюаре в какой-то момент времени резистор R1 оказывается в газовой среде. Ток iп1, протекая через терморезистор R1, начинает его нагревать, а измеренное сопротивление терморезистора R1 начинает отличаться от эталонного значения. При этом микроконтроллер МК в соответствии с формулой (1) формирует ток iп2, несколько больший, чем первоначально равный i0. Увеличенный ток iп2 вызывает еще больший нагрев терморезистора R1 и еще большее отклонение его измеренного сопротивления от эталонного значения, что приводит к формированию на токовом выходе Out1 еще большего значения тока iп2. Данный процесс носит лавинообразный характер и приводит к тому, что значение разности измеренного в микроконтроллере МК сопротивления R1 и его эталонного значения превышает программно установленный порог N. В этом случае на выходе Out1 формируется ток, равный i0, терморезистор R1 принимает температуру равновесия в газовой среде, микроконтроллер МК на своем информационном выходе формирует сигнал об отсутствии жидкого азота на контролируемом уровне в месте установки резистора R1, что отображается с помощью индикатора И в любой удобной для персонала форме, а сигнализатор для данной точки контроля переходит в режим контроля заполнения.

Процесс контроля уровня жидкого азота, на котором установлен терморезистор R2, идентичен вышеописанному. При необходимости количество точек контроля может быть увеличено.

В связи с тем, что ток нагрева в режиме контроля опорожнения лавинообразно увеличивается практически сразу при выходе корпуса терморезистора из жидкого азота время, необходимое для нагрева терморезистора и срабатывания сигнализатора, многократно уменьшается по сравнению с использованием небольшого фиксированного тока подогрева.

Уменьшение времени срабатывания в режиме контроля опорожнения повышает точность контроля, так как при длительном времени нагрева в момент срабатывания сигнализатора уровень жидкого азота может отличаться от уровня установки терморезистора.

Так как ток подогрева в режиме контроля заполнения устанавливается небольшим, то терморезистор в газовой среде не перегревается и его охлаждение при погружении в жидкий азот происходит практически мгновенно, а быстродействие сигнализатора при заполнении дьюара жидким азотом остается высоким.

Благодаря тому, что при формировании сигнала о достижении жидким азотом контролируемого уровня обновляется эталонное значение сопротивления терморезистора, предотвращается влияние на результат контроля изменения характеристик терморезистора из-за эффекта старения.

1. Сигнализатор уровня жидкого азота, включающий терморезисторы, расположенные на контролируемых уровнях в дьюаре и через которые проходит ток подогрева, измерительный узел каждого из терморезисторов, выполняющий функцию определения изменения сопротивления терморезистора, функцию сравнения измеренного сопротивления с эталонным и функцию индикации, отличающийся тем, что измерительный узел каждого из терморезисторов выполнен в виде микроконтроллера, подключенного токовым выходом и входом для измерения напряжения к терморезистору, причем микроконтроллер на токовом выходе формирует ток подогрева: при заполнении дьюара - минимально необходимый для определения изменения сопротивления терморезистора, а при опорожнении - определяемый по формуле
,
где ,
R - текущее значение сопротивления терморезистора, Ом;
Rэт - эталонное значение сопротивления терморезистора, Ом;
iпред - предельно допустимое значение тока, кратковременно протекающего через терморезистор, А;
i0 - текущее значение тока, проходящего через терморезисторы, определяемое измерительной схемой, А;
N - пороговая величина разности значений текущего сопротивления терморезистора и его эталонного значения, при котором принимается решение об отсутствии жидкого азота на контролируемом уровне, Ом.

2. Сигнализатор уровня жидкого азота по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно имеет функцию обновления эталонного значения сопротивления терморезистора при формировании сигнала о достижении жидким азотом контролируемого уровня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода в установках для очистки воды от нефтепродуктов или обводненных нефтепродуктов от воды.

Описывается устройство (1) для измерения электропроводности, по меньшей мере, для определения уровня наполнения электропроводных жидкостей. Предусмотрен измерительный элемент (10), по меньшей мере, с одним несущим корпусом (12) и, по меньшей мере, двумя, имеющими первый (42) и второй (44) концы и проходящими в вертикальном направлении электродами (40а, b), причем электроды (40а, b) в зоне первого конца (42) имеют, по меньшей мере, одну экранированную зону (22), и каждый электрод (40а, b) имеет, по меньшей мере, одну первую и одну вторую соответственно граничащую с экранированной зоной (22) свободную контактную поверхность (46, 52).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении раздела фаз в парогенерирующих установках. Способ заключается в том, что устанавливают датчик, выполненный, например, в виде электропроводной проволоки, в канале по направлению силы тяжести нагревают датчик путем пропускания тока через датчик, измеряют электрическое сопротивление датчика R, отличающийся тем, что измеряют ток I, проходящий через датчик, определяют приращение температуры датчика на участках датчика, контактирующих с паровой и жидкой фазами Δtп=I2R/πdLαп, Δtж=I2R/πdLαж, определяют удельное электрическое сопротивление датчика, контактирующего с паровой и жидкой фазами ρп=ρ0(1+βΔtп), ρж=ρ0(1+βΔtж), определяют толщину парового hп и жидкостного слоя hж:hп=(RS-ρжL)/(ρп-ρж), hж=L-hп, где ρж и ρп - удельное электрическое сопротивление датчика, находящегося в жидкой ρж и паровой фазе соответственно; R - электрическое сопротивление датчика; I - ток через датчик; L - длина датчика; S - поперечное сечение датчика, β - термический коэффициент сопротивления, d - диаметр датчика, ρ0 - удельное электрическое сопротивление материала датчика при t=20°C, αп, αж - коэффициенты теплоотдачи на поверхности датчика при взаимодействии с паровой и жидкой фазами.

Изобретение относится к устройствам для определения уровня криогенной жидкости и может быть применено как в криогенерирующих установках, так и в системах, потребляющих криопродукцию.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным датчикам контроля уровня, и может быть использовано в системах и приборах для контроля уровня топлива при хранении, заправке, а также в процессе работы двигателей на криогенном топливе при жестких механических воздействиях.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, например в резервуарах с нефтью или нефтепродуктами.

Изобретение относится к измерительному устройству для определения количества d(V(z)) электрически проводящей жидкости с проводимостью LF с помощью емкости при изменяющихся в вертикальном направлении (z-направлении) уровнях заполнения.

Изобретение относится к области средств для автоматизации контроля уровня различных жидкостей в промышленных и бытовых резервуарах, а также для контроля наличия и протока жидкостей в трубопроводах.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода в установках для очистки воды от нефтепродуктов или обводненных нефтепродуктов от воды.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для контроля уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей в гидравлических системах (топливных, охлаждающих, накопительных и др.), например, уровня масла, топлива или тосола на транспортных средствах.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ измерения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером с точечным резистивным датчиком температуры марки ТВО и контроллером управления процессом измерения отличается тем, что датчик устанавливается на разных уровнях и определяется разброс показаний значений сопротивления датчика: стабильный и малый разброс указанных значений характеризует расположение датчика в жидкой среде гелия, несколько худший разброс указанных значений характеризует расположение датчика в газообразной среде, наибольший разброс указанных значений соответствует положению датчика у поверхности жидкого гелия, и по итогу анализа разброса показаний сопротивления определяют уровень жидкого гелия. Задача, решаемая изобретением, заключается в нахождении способа определения уровня жидкого гелия точечным датчиком, не требующим его предварительной калибровки. 2 ил.

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидких металлов в атомно-энергетической промышленности. Кондуктометрический способ позволяет измерять уровень жидкого металла без введения каких-либо элементов конструкции уровнемера внутрь резервуара, где находится жидкий металл. Способ состоит в том, что в зоне возможного положения или перемещения уровня жидкого натрия в резервуаре на внешней поверхности стенки резервуара создается электрическое поле. Затем на выбранной локальной области, расположенной на внешней стенке резервуара с помощью двух электродов и измерительного устройства измеряется напряженность электрического поля, по которой вычисляется присутствие на данном участке за стенкой резервуара одной из сред, электропроводность которой соответствует либо жидкому натрию, либо воздуху. Электроды через определенные промежутки устанавливаются на всей зоне возможного положения уровня. Последовательным или одновременным зондированием стенки на различных участках резервуара дискретно-аналоговым способом определяется место, где находится граница раздела между воздухом и жидким натрием, т.е. определяется положение уровня жидкого металла в резервуаре. Электрическое поле образуется с помощью тока, подводимого к двум электродам, контактирующим с внешней стороной стенки резервуара, причем один из электродов находится на самой верхней части резервуара, куда может подняться уровень жидкого натрия, а другой электрод находится на самой нижней части резервуара. Напряженность электрического поля на внешней поверхности стенки резервуара определяется путем измерения отношения разности потенциалов между двумя зондирующими электродами, расположенными по вертикали на некоторой выбранной локальной области внешней поверхности резервуара, к расстоянию между этими электродами. Технический результат: надежный контроль уровня жидкого металла при обеспечении заданных метрологических характеристик в широком диапазоне температур, а также непрерывность контроля и умеренная стоимость. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике измерения уровня потока жидкости, протекающего по открытому каналу. Техническим результатом является повышение надежности измерения уровня. Устройство состоит из первичного преобразователя, имеющего участок канала, по которому протекает поток жидкости, и измерительного блока, имеющего источник переменного напряжения низкой частоты, причем первичный преобразователь имеет кран, выполненный из электропроводного материала и подключенный к водопроводной сети, и два электрода, из которых один расположен по линии траектории струи, приблизительно на ее середине, а другой расположен в потоке на дне канала, причем кран и электрод, расположенный на дне канала, подключены к источнику переменного напряжения низкой частоты, а электрод, расположенный приблизительно на середине струи, и электрод, расположенный на дне канала, подключены ко входу измерительного блока, и отличается тем, что первичный преобразователь имеет лоток, выполненный из неэлектропроводного материала и расположенный между краном и электродом, находящимся на дне канала, под углом α<π/2 к поверхности раздела сред «воздух - жидкость», а электрод, расположенный по линии траектории струи приблизительно на ее середине, закреплен в полости лотка. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкостей при заполнении и опорожнении резервуаров, в частности уровня компонентов жидкого криогенного топлива в емкостях и баках при жестких механических воздействиях. Технический результат - повышение механической прочности и надежности измерителя уровня жидкости, точности его измерений, а также возможность его расположения с наклоном к вертикали, что повышает его универсальность применения для баков (емкостей) различных геометрических конфигураций. Дополнительно повышение технологичности изготовления устройства и снижение его стоимости. Измеритель уровня жидкости, содержащий корпус измерителя с размещенными по его высоте в каждой контрольной точке измеряемых уровней одним или несколькими терморезисторами «точечного» исполнения, отличающийся тем, что корпус измерителя выполнен полым трубчатым с посадочными местами для терморезисторных датчиков, выходы которых проводными линиями связи соединены с внешним измерительным прибором, при этом в контрольных точках измеряемых уровней точечные терморезисторы, установленные в нескольких датчиках, находятся в плоскости, параллельной поверхности жидкости, корпус измерителя при установке расположен вертикально или под углом к вертикали, при этом посадочные места нескольких терморезисторных датчиков установлены под соответствующими углами, зависящими от угла наклона корпуса к вертикали так, что их точечные терморезисторы расположены в контрольных точках измеряемых уровней, а в плане в каждой точке измерения терморезисторные датчики равномерно разнесены относительно друг друга. 8 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в различного рода накопительных сосудах. Предложен способ измерения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером с точечным датчиком, содержащим резистивный датчик температуры марки ТВО и контроллер управления процессом измерения. Новым является то, что анализируют изменение значений сопротивления датчика при запитке его поочередно током 0,1 и 3 мА и по величине скачка сопротивления судят о фазе вещества. Технический результат - определение уровня жидкого гелия точечным датчиком без предварительной калибровки. 2 ил.
Наверх