Способ определения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером

Авторы патента:

Алфёров Владимир Николаевич (RU)

Васильев Дмитрий Анатольевич (RU)

Агеев Анатолий Иванович (RU)

Федорченко Владимир Николаевич (RU)

Лутчев Александр Вениаминович (RU)

Холкин Александр Николаевич (RU)

G01F23/24 - путем измерения сопротивления резистора, изменяющегося за счет контакта с проводящей жидкостью

Владельцы патента RU 2548579:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ (RU)

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.

Настоящее изобретение относится к области криогенной техники и может быть преимущественно использовано в различного рода накопительных сосудах.

Известен способ измерения уровня жидкого гелия с помощью дискретного уровнемера. Дискретные (точечные) измерители уровня жидкого гелия используются, главным образом, в случаях, когда не требуется точное знание уровня, когда необходимо зафиксировать наличие определенного уровня, или когда показания линейного свехпроводящего уровнемера недостоверны, например, во время захолаживания сосуда.

В качестве датчиков применяются чаще всего объемные сопротивления марки Allen Bradley или отечественные ТВО, чаще всего используется с номиналом 1 кОм. Для него имеется снятая с высокой точностью зависимость сопротивления от температуры.

Известен способ определения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером, основанный на запитке датчика током с постоянным напряжением источника и измерении скачка тока при переходе датчика между жидкой и газообразной фазами [В.И. Лаврентьев, В.В. Чураков. Дискретный уровнемер жидкого гелия. Препринт ИФВЭ №83-131, 1983 г. или Dedikov Yu. A., Filippov Yu. P. Characteristics of Russian Cryogenic Temperature Sensors, Pros. Of the ICEC 18, India, Bombay, 2000, p.627-630]

Недостатком известного способа является то, что требуется калибровка его перед измерением. Это вызвано тем фактом, что разброс величин сопротивления датчика может составлять до 20% и таким образом вносить значительную погрешность в измерение скачка тока.

Задача, решаемая изобретением, заключается в нахождении способа определения уровня жидкого гелия точечным датчиком, не требующим его предварительной калибровки.

Поставленная задача решается с помощью анализа разброса значений сопротивления датчика во времени в разных средах.

На фиг.1 приведены значения сопротивления датчика во времени на разных уровнях относительно зеркала жидкого гелия при подведенной мощности 10-15 мВт. Горизонтальная шкала соответствует снижению датчика ступенями по 10 мм. Соответственно, ступенями возрастает величина сопротивления, достигая максимума при полном погружении в жидкий гелий. Видна высокая стабильность показаний датчика в жидкости и несколько худшая на расстоянии от зеркала, что определяется турбулентностями паров гелия. Наибольший разброс показаний соответствует пограничному состоянию, это вызывается энергичным вскипанием жидкости, возможно, локальным, под воздействием выделяемого тепла. Анализируя разброс показаний сопротивления датчика, можно судить о том, находится он в жидкой или газообразной среде. Явление повышенного разброса можно использовать в качестве предупреждающего сигнала о приближении уровня к пороговому при заполнении сосуда.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежом.

На фиг.2 изображена блок-схема такого измерителя. Он включает в себя следующие компоненты:

1 - точечный резистивный датчик температуры и уровня жидкого гелия присоединенные к контроллеру по четырехпроводной схеме. Величина сопротивления при комнатной температуре порядка 1 кОм.

2 - контроллер.

3 - ЭВМ.

Ниже приведен пример осуществления заявляемого способа.

Контроллер 2 реализует следующие функции:

- запитку датчика током 2-3 мА;

- измерение напряжения на датчике и сопротивления датчика с периодом около 1 сек;

- измерение разброса значений сопротивления за 1-3 сек;

- сравнение полученных данных по разбросу с пороговыми: разброс в доли Ом соответствует положению датчика в жидкости, разброс в единицы Ом соответствует положению датчика в парах гелия, разброс более 10 Ом соответствует пограничному состоянию; вывод об уровне датчика по отношению к зеркалу жидкого гелия;

- связь с ЭВМ.

ЭВМ 3 обеспечивает визуализацию данных.

Способ измерения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером с точечным резистивным датчиком температуры марки ТВО и контроллером управления процессом измерения, отличающийся 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.

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

Датчик границы сред (дгс) для нефтеводяной фильтрующей установки (нвфу) // 2509985

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.

Устройство для измерения электропроводности и устройство для обработки жидкости // 2507485

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).

Способ определения уровня раздела фаз в каналах // 2506544

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.

Измеритель уровня сжиженного гелия // 2505789

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

Датчик контроля уровня жидкости // 2456551

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.

Емкостный способ измерения уровня жидкостей и устройство для его осуществления // 2407993

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.

Измерительное устройство и устройство измерения проводимости для определения количества протекающей электрически проводящей жидкости, измерительный элемент и способ // 2381460

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.

Способ определения уровня жидкости и устройство для его осуществления // 2336502

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.

Датчик контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода // 2321831

Кондуктометрический способ измерения уровня жидкости // 2559117

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.

Устройство для измерения уровня потока жидкости в открытом канале // 2570431

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.

Измеритель уровня жидкости // 2579542

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.

Способ определения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером // 2579774

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.

Динамический датчик уровня жидкости // 2615910

Изобретение может быть использовано для контроля уровня жидкости в различных сосудах. Динамический датчик уровня жидкости, содержащий мостовую схему с включенным в ее плечо измерительным резистором, выполненным по длине контролируемого столба жидкости, с последовательно подключенными операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, бортовым компьютером, в котором имеется пластмассовый корпус трубчатого сечения, на внешней поверхности которого выполнена резьба для крепления, на всей внутренней поверхности напыление оксидным порошком, с нижнего торца закрыто пластмассовым диском с отверстиями, покрытым снизу сеткой, а сверху корпус закрыт навинчивающейся пластмассовой крышкой, имеющей контакты на внешней поверхности, со сквозными отверстиями и пластмассовым стержнем, равным по длине с корпусом и установленным соосно с зазором от внутренней поверхности корпуса, имеющим снаружи по всей длине напыление оксидным порошком. Техническим результатом является постоянный контроль уровня жидкости, в любой емкости проводящей и непроводящей, повышение точности показания прибора. 2 ил.

Способ реализации датчика уровня // 2619314

Изобретение может использоваться для контроля уровня как нагреваемых, так и ненагреваемых электролитов, растворов и/или промывной воды в ваннах гальванических линий. Способ реализации датчика уровня включает изготовление основания и размещение через расположенные в нем отверстия чувствительных элементов, включая общий электрод и/или электрод для контроля наличия жидкости в ванне, подключенных к устройству для контроля уровня. Размещение чувствительных элементов выполняют с возможностью их вертикального перемещения и фиксации их положения внутри соединяемых с нижней поверхностью основания датчика уровня и/или кронштейна для размещения последнего проходных втулок, выполненных с резьбой и цапфовыми зажимами или соединенных с резьбовыми элементами, оснащенными цапфовыми зажимами, используемыми для фиксации выбранного положения электродов с помощью гаек, фиксирующих выбранные положения чувствительных элементов. При этом металлические электроды размещают либо в трубках из неэлектропроводного материала, либо в общем экране. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей способа при регулировке положения электродов датчика уровня и снижение вероятности ложных срабатываний. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Зонд для контроля поверхностного уровня текучей среды в сосуде и способ для установки зонда в сосуде // 2645127

Настоящее изобретение относится к способу установки зонда для контроля поверхностного уровня текучей среды в сосуде, установленного внутри сосуда с его внешней стороны, а также к сосуду для использования в указанном способе. Указанный сосуд (2) имеет боковую стенку (6) и первое отверстие (22) в боковой стенке (6) для установки зонда (20, 120) внутрь сосуда (2) для контроля уровня текучей среды, при этом зонд (20, 120) имеет первый конец (24'), второй конец (24") и детектор (24), расположенный между ними. При этом детектор (24) имеет множество датчиков (38) вдоль его длины и средство (40) для передачи, при его использовании, связанной с поверхностным уровнем информации от датчиков на средство управления. При этом зонд (20) снабжен первым средством (28) и по меньшей мере вторым средством (36) для прикрепления зонда (20). Передающее средство (40) установлено в соединении с первым или вторым средствами (28; 36) закрепления, при этом первое отверстие (22) имеет такие размеры, что обеспечивается возможность введения второго средства (34, 36; 136) закрепления зонда (20, 120) внутрь сосуда (2). Техническим результатом является возможность легкой установки и обслуживания, поскольку зонд устанавливается снаружи сосуда. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.