Тепловой уровнемер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕЦ ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (tt) 742715 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено 18.04.78(21) 2605751/18 10 (51}М. Кл.

Q0 1 F 23/22 с присоединением заявки .%

Государственный комитет (23) Приоритет— па делам изобретений и еткрытнй

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень Рй 23

Дата опубликования описания 3Q,Q6.80 (53}УДК,681 128.64 (088.8) А. A. Афонин, О. В. 1(ирпин и А. A. Юшкин (72) Авторы изобретения

Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище имени H. Э. Баумана (7I) Заявитель (54) ТЕПЛОВОЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение огносится к тепловым уровнемерам и может бьггь применено дпя измерения уровня жидких, сыпучих, гранулированных и кусковых сред в различных стграслях промышленности.

Известен уровнемер жидкостей„содержащий корпус, источник нагрева, чувствительный элемент и вторичный прибор, снабженный тепловой трубой с тепловым экраном, опушенной в измеряемую среду, т0 причем на зоне конденсации тепловой трубы, расположенной вне емкости, установлен чувствительный элемент (11»

Недостатком этого устройства являет ся низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является тепловой измеритель уровня жидких сред, содержаший измерительный датчик, праходяший через границу раздела жидкой и паровой сред, два компенсационных датчика, размещенных соответственно в жидкой и паровой средах, и дифференциально-мостовую измерительную схему, к которой под; кпючены датчики, при этом измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде терморезисторов (2). Недостаток известного урсвнемера заключается в том, что для его работы необходимо обеспечить питание датчиков и выполнить условие обязательного равенства пропускаемых через них токов, что усложняет схемное решение и снижает точность измерения иэ-за дополнительного нагрева датчиков.

Белью изобретения явпяегся повыше» ние надежности и точности измерения уровня, а также расширение диапазона измеретптя и применения..

Это достигается тем, что тепловой уровнемер снабжен двумя распочоженными снаружи емкости камерами, сооб|цен- ными с парогазовым пространством емкости, а измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде тепловых труб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубы установлены горизонтально так, что их

3 74271 зоны испарения расположены соответственно в измеряемой и парогазовой средах, а эоны изоляции — в упомянутых кам рах, Кроме того, измерительная схема имеет два блока сравнения, множительноделительное устройство и усилитель, причем датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубы подключен к первому и второму блокам сравнения, на .вторые входы которых соответственно под-1о ключены датчики теплового потока измерительной и второй компенсационной труб, а выходы блоков сравнения соединены с множительно делительным устройством, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору. Тепловой уровнемер снабжен также аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней, соединенными с датчиками тепловых потоков компенсационных труб и термэчувствительным элементом, установленным в контролируемой среде.

Сушность изобретения поясняется, чертежом, на-котором представлена схема теплового уровнемера. 25

В емкости 3 с нагретой измеряемой средой 2 размешена измерительная тепловая труба 3. Труба 3 установлена вертикально по оси емкости так, что ее зо:на испарения 4 длиной, равнсй

: разнице между максимальным уровнем

Н и минимальным уровнем Н сре нс, ды 2, погружена в среду. Зона изоляции 5 длиной Е >> находится в парогазс вом пространстве емкости 1, а зона конденсации 6 расположена снаружи емкости 1. Выше уровня Н .,охв парогазовом пространстве емкости установлена компенсационная тепловая труба 7. Ниже уровня Н1 „„установлена вторая ком- до пенсационная тепловая труба 8. Зона испарения трубы 7 расположена в парогазовом пространстве емкости 1, а зона испарения трубы 8 — в измеряемой среде 2. Зоны изоляции труб 7 и 8 расположены ссютветственно в камерах 9 и

10, сообшенных с парогазовым пространством емкости 1 Зоны конденсации труб 7 и 8 расположены снаружи камер 9 и 10. На зонах конденсации труб

3,7 и 8 установлены датчики теплового потока 11, 12 и 13 соответственно. Ниже трубы 8 установлен термачувствитепьный элемент 14. Выход датчика 12 подключен к блокам срав епия 55

15 и 16, на вторые входы которых соответственно подключены датчики 11 и 13, а выходы блоков сравнения сое5 4. динены с множительпо-дели гельным устройством 17, выход которого через усилитель 18 связан со вторичным прибором, например показываюшим устройством 19 и регистрируюшим устройством

20. Кроме того, выход термочувствительного датчика соединен с аварийными сигнализаторами верхнего и нижнего уровней 21 и 22, вторые входы которых подключены к выходам датчиков 12 и 13.

Тепловые трубы 3,7 и 8 имеют одинаковую геометрию, выполнены из одного материала, заполнены одинаковым тенпоносителем и снабжены одинаковыми подсасываюшими системами фитильной структуры.

Уровнемер работает следуюшим образом. При уменьшении уровня нагретой реды 2 в t- 0c:TH 1 Hma no Н„„„-и уменьшается величина теплового потока

8 aqua воспринимаемого тепловой трубой

3, так как коэффициент теплопередачи при контакте трубы с измеряемой средой сушественно больше коэффициента теплопередачи для случая контакта трубы с парогазовой фазой, при этом температура измеряемой среды практически всегда больше температуры упомянутой фазы.

Воспринимаемый трубой 3 тепловой поток передается по трубе в зону конденсации 6. Установленный в зоне 6 датчик теплового потока 11 преобразует величину воспринятого трубой 3 теплового потока 9 и д в соответствуюшую величину термоэлектродвижушей силы Цц.,, . В то. же время тепловые потоки, воспринимаемые трубами 7 и 8, при данных температурах среды и парогазовой фазы

"остаются постоянными и равными (3, „и

Q „ соответственно.,Это обеспечивается за счет одинаковых параметров труб, 3, 7 и 8, и за счет расположения труб в емкости. Датчики 12 и 13 преобразуют соответственно тепловые потоки 3>к и Ясна в значения напряжений U пк и U „. Сигнал с выхода датчика 12 поступает на второй вход блока сравнения 15 и на первый вход блока сравнения 16. На первый вход блока сравнения 15 поступает сигнал с датчика 11, а на второй вход блока сравнения 16 поступает сигнал с датчика 13. В блоке 15 происходит сравнение сигнала измерительной тепловой трубы 30и „и сигнала парогазовой компенсационной трубы 7 Opg а в блоке 16— сравнение сигнала компенсационной трубы 8 Upped и сигнала парогазовой КоМпеисационной трубы 7 U ni С выхо742715 да блоков 15 и 16 результирующие сигналы в виде сигналов рассогласования указанных напряжений подаются на соответствующие входы множитепьно-делительного устройства 17. Результат деления сигнала с блока 15 на сигнал с бло ка 16 íà выходе устройства 17 преобразуется путем умножения в соответствующее значение напряжения, которое подается на вход усилителя 18 и с его выхода 10 на показывающее 19 и регистрирующее

20 устройства.

При уменьшении уровня среды 2 сит над рассогласования на выходе блока 15 уменьшается, а сигнал рассогласования 35 на выходе блока 16 остается неизменным при постоянстве температур среды

2 и парогазовой фазы. В результате выходное напряжение уменьшается и становится равным 0 при достижении мини- 20 мального уровня Н„„„.. При увеличении уровня среды до Н 1„, сигнал рассогласования на выходе блока 15 увеличивается, соответственно увеличивается и выходное напряжение и становится максимальным при достижении максимального уровня Н „„,,„

Инвариантность измерения уровня среды 2 при переменности ее температуры и температуры ее парогазовой фазы вы,ге- 30 кает из рассмотрения зависимости теплс вого потока, воспринимаемого тепловой трубой З от изменения уровня средыэ в результате которого определяется отношение (} — Q

M>hp пк

> срк пк

-текущее значение уровня где 6 - среды;

L=H И „.,„.-диапазон измерения, равный длине зоны испарения.

Анализ соотношения показывает, что такое соотношение между измеряемыми величинами обеспечивает полную инва45 риантность измерения уровня при изменении температур среды и ее парогазовой фазы. Необходимо отметить, что указанное выражение получено без уча та тепловых потоков через торцы труб, 59 расположенные в соответствую них средах

Это условие выполняется при достаточной тепловой изоляции упомянутых торцов.

Кроме того, в данном устройстве

55 предусмотрена аварийная сигнализация на случай превып>ения максимально до,пустимого уровня ипн умеш,щения уров ня ниже миниммп но,ц>п стимого, При повышении уровня измеряемая среда достигает участка испарения трубы 7, в которой резко увеличивается величина теплового потока и, следсватепьно, величина выходного напряжения датчика 12, что фиксируется сигнализатором 21. В случае понижении уровня тепловая труба

8 оказывается в парогазовой фазе, что приводит к резкому уменьшению теплового потока в трубе 8 и, следовательно, выходного напряжения датчика 13, что фиксируется сигнализатором 22. Обеспечение инвариантности сигнализации при изменении температуры среды 2 осушест вляется с помошью термочувствительного элемента 16, подключенного своим выходом к входам сигнапизаторов.

Йанное техническое решение повышает надежность и точность измерений при переменных температуре и давлении среды, позволяет измерять уровень как злектропроводных, так и диэлектрических сред, находящихся в жидком, сыпучем, граку пированном и кусковом состоянии, т.е. практически любьг;. сред в широком диапазоне: температур от -- 50 С до +2500 С. о

Формула изобретения

1 Тепловой уровнемер, содержащий измерительный датчик, установленный вертикально в емкости с контролируемойжидкостью, два компенсационных датчика, размещенных соответственно в изма ряемой и парогазовой средах, измерительную схему и вторичный прибор, 0 т л ич ающи йс ятем, что, с целью повышения надежности и точности измерения уровня, расширения диапазона измерения и применения, он снабжен двумя расположенными снару>ки емкости камерами, сообшенными с парогазовым пространством емкости, а измерительный и компенсационные датчики выполнены в виде тепловых труб с датчиками тепловых потоков, причем компенсационные тепловые трубы установлены горизонтально так, чт их зоны испарения расположены соответственно в измеряемой и парогазовой средах, а зоны изоляции — в упомянутых камерах.

2. Тепловой уровнемер по и. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что измерительная схема имеет два блока сравнения, множительно-делительное устройство и усилитель, причем датчик теплового потока парогазовой компенсационной трубы подключен к первому и второму блокам сравнения, на вторые входы которых соответственно подключены датчики теплового потока измерительной и второй компенсационной труб, а выходы блоков срав нИнйя соединены с множитепьно-делительнымустройством, выход которого через усилитель подключен ко вторичному прибору.

3. Тепловой уровнемер по пп. 1 и 2 о т л и ч а ю ш и и с я. тем, что он снабжен аварийными сигнапизаторами верхнего и нижнего уровней, соединенны« ми с датчиками тепловых потоков компен2715 8 сапионных труб и введенным термочувст вительным элементом, установленным в контролируемой среде.

Источники информапии, . принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство по заявке

¹ 241 5737е кл. QO 1 7 23/22э

1976.

2. Авторское свидетельство СССР

10 ¹ 540149 кл.

ЦНИИПИ Заказ 3449/36 Тираж 80 1 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4