Тепловой уровнемер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щвО2799 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 14.09.78(21) 2663079/18-10 (53)м. Кл.з

6 01 Г 23/22 с присоединением заявки HQ—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 070281.Бюллетень Hо 5

Дата опубликования описания 08. 02. 81 (53) УДК 681.128..64(088.8) (12) Авторы изобретения

A.A. Афонин, О.В. Цирлин и А.А. Юшкин (1

Московское ордена Ленина н ордена Трудово о Красного

Знамени высшее техническое училище им. Н. . Ваумана (11) Заявитель (54) ТЕНЛОВОЙ УРОВНИКР

Изобретение относится к тепловой уровиемерам и может найти применение в металлургической, нефтяной, химической, пищевой и других отраслях промьыленности при измерении уровня нагретых жидких, гранулированных, сыпучих и кусковых сред.

Известны тепловые измерители уровня жидких сред, содержащие из- щ мерительный датчик, проходящий через границу раздела жидкой и паровой фаз, два компенсационных датчика, дифференциально-мостовую измерительную схему, к которой подключены датчики, при этом датчики выполнены в виде терморезисторов (1).

Недостаток таких урсэнемерсв теп-. лового принципа действии заключается в их сложности, так как для обеспечения их работы необходимо обязательное питание всех датчиков равными токами, что требует привлечення длЯ этой цели дополнительных технических средств, реалиэующих указанное питание при изменении условий и режима эксплуатации, прн этом недостаточна надежность измерений, например, для электропроводящих сред, так как в этом случае малейшее нарушение поверхности изоляции датчиков приводит к неправильным показаниям и к выходу из строя всего измерителя.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является тепловой уровнемер, содержащий емкость, измерительный и два компенсационных датчика, выполненные в виде тепловых труб с датчиками теплового потока каждый, две газовые камеры, в которых расположены зоны изоляции компенсационных тепловых труб, трубопроводы связи упомянутых камер с парогазовым пространством емкости, два блока сравнения, два аварийных сигнализатора верхнего и нижнего уровней, множительно-деиительное устройство, усилитель, показывающее и регистрирующее устройства (2 ).

Недостаток этого теплового уровнемера состоит в сложности схемного построения, которое заключается в обязательном наличии дополнительных газовых камер для расположении в них участков изоляции компенсационных труб и дополнительных трубопроводов связи упомянутых камер с парогазовым пространством емкости. При измерении уровня в достаточно высоких емкостях с откоситель802799 но небольшой площадью поперечного . сечения данный уровнемер не обеспечивает достижения требуемого диапазона измерения. Кроме того дополнительные камеры и трубопроводы снижают надежность и точность измерения.

Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения, а также упрощение устройства уровнемера.

Поставленная цель достигается эа счет того, что измерительный датчик выполнен из не менее двух равномерно расположенных в диапазоне контролируемого уровня тепловых труб, установленных последовательно с компенсационными тепловыми трубами под углом к боковой стенке емкости таким образом, что в емкости размещены только зоны испарения упомянутых труб и конец зоны испарения предыдущей тепловой трубы является началом зоны испарения последующей тепловой трубы, а в измерительную схему введены сумматор, который включен между одним блоком сравнения и датчиками теплового потока измерите-: льного датчика, и два дополнительных усилителя, каждый иэ которых установлен в схеме между выходом датчика теплового потока соответствующего компенсационного датчика и входом блока сравнения.

На чертеже схематически изображен тепловой уровнемер.

В емкости 1 с нагретой измеряемой средой 2 установлены последовательно по высоте измеряемого уровня под углом к боковой стенке емкости 1 измерительный датчик 3 в виде тепловых труб 4 и компенсационные датчики в виде тепловых труб 5 и 6. Теп»» ловые трубы 4, 5, 6 установлены так, что в емкости 1 расположены только их зоны испарения длиной а конец зоны испарения предыдущей теллавой трубы является началом зоны испарения последующей тепловой трубы.

На зонах конденсации тепловых труб 4 установлены датчики 7 теплового потока. На зоне конденсации парогазовой компенсационной трубы

5 установлен датчик 8 теплового потока, а на зоне конденсации твидовой трубы 6, установленной ниже минимального уровня Н„„„„, располо» жен датчик 9 теплового потока. Ниже

Н „„ установлен термочувствитедьный элемент 10. Датчики 7 теплового потока подключены к входам сумматора

11. Выход сумматора 11 подключен к первому входу первого блока 12 сравнения. Датчик 8 теплового потока через дополнительный усилитель

13, коэффициент усиления которого равен числу тепловых труб 4, под ключен к второму входу блока 12

Я

ЗО

4О

H б0

65 сравнения, первому входу аварийного сигнализатора 14 верхнего уровня и второму входу второго блока 15 сравнения, к первому входу которого через второй дополнительный усилитель

16, коэффициент усиления которого равен числу тепловых труб 4, подключен датчик 9 теплового потока.

Выход усилителя 16 подключен также к первому входу аварийного сигнализатора 17 нижнего уровня.

Вторые входы сигнализаторов 14 и

17 подключены к выходу термочувствительного элемента 10. Выходы блоков сравнения 12 и 15 подключены к входам множительно-делительного устройства 18. Выход множительноделительного устройства 18 подключен к входу усилителя 19, к выходу которого подключены показывающие

20 и регистрирующие 21 устройства.

Предлагаемый уровнемер работает следующим образом.

При уменьшении уровня нагретой среды 2 в емкости 1 от Нмс1„суменьшается величина теплового потока, воспринимаемого тепловыми трубами

4 и передаваемого ими датчикам 7 теплового потока. Тепловые же потоки, воспринимаемые комненсационными тепловыми трубами 5 и 6 и передаваемые ими соответственно датчикам 8 и 9 теплового потока, при неизменности температур парогазовой и измеряемой сред остаются постоянными, при этом тепловой поток трубы 5, как.правило, меньше теплового потока трубы б, потому что коэффициент теплопередачи при контакте трубы с паровой фазой меньше коэффициента теплоаередачи при контакте трубы с измеряемой жидкой или сыпучей средой.

За счет того, что тепловые трубы 4 расположвны равномерно по высоте измеряемой срвды 2 и установлены последовательно с компенсационными тепловыми трубаин 5, 6 под углом к боковой стенке емкости 1 так, что в емкости 1 размещены только зоны испарения упомянутых труб длиной f. и конец зоны испарения предыдущей тепловой трубы 5 (4) являетая началом эоны испарения последующей твцЛовой трубы 4 (б). Тепловые трубы 4, представляющие собой измерительный датчик 3, непрерывно регистрируют уменьшение теплового потока при уиеиьшении уровня среды 2.

Датчики 7-9 теплового потока преобразуют величины тепловых потоков в пропорциональные величины тврмоэлвктродвижущих сил. Датчики 7 - в датчик 8 - в Оя.<., датчик 9— в Ож.к.. Сигналы с выходов датчиков

7 поступают на сумматор 11, где складываются сигналы со всех датчиков 7.

При снижении уровня тепловые трубы

802799

1последовательно оказываются в паро-! газовой среде, постольку сигналы с соответствующих датчиков 7 уменьша» ются и, следовательно, уменьшается суммарный сигнал на выходе сумматора 11. Сигнал с выхода сУмматора

11 поступает на один из входов блока сравнения 12, а сигнал с выхода датчика 8 через усилитель 13 с коэффициентом усиления, равным числу тепловых труб 4, поступает на второй вход блока 12 и на второй вход блока сравнения 15. На первый вход блока сравнения 15 через усилитель 16, коэффициент усиления которого равен коэффициенту усиления усилителя 13, поступает сигнал от датчика 9. В 15 блоках сравнения 12 и 15 происходит сравнение указанных сигналов. С выхода блоков 12 и 15 сигналы рассогласования подаются на входы множительно-делительного устройства 18. 2О

При этом с уменьшением уровня сигнал рассогласования блока 12 уменьшается, а сигнал рассогласования блока 15 при прочих одинаковых условиях сохраняется таким же. В уст- д ройстве 18 выполняется операция деления сигнала рассогласования блока

12 на сигнал рассогласования блока

15 и умножение полученного результата иа постоянное значение напряжения. С выхода устройства 18 сигнал поступает на усилитель 19, к выходу которого подключены пока,зывающее 20 и регистрирующее 21 устройства. При уменьшении уровня результирующий сигнал на выходе устройства 18 и, следовательно, на выходе усилителя 16 уменьшается и при достижении уровня Н „„ становится равным нулю. Устройства 20 н

21 фиксируют изменение во времени ф9 сигнала с выхода усилителя 19, пропорциональное изменению уровня в емкости 1.

При увеличении уровня от Н„„щ работа устройства осуществляется s обратной последовательности.

Число измерительных тепловых труб в рабочем диапазоне изменения . c учетом диаметра трубы определяется as соотношения: е где Н „- Н вЂ” диапазОн иэмера-, мцкс ФРОИМ ния уровняу

- длина участка испарения тепловой трубы; — угол наклона тепловой трубы к бо" ковой стенке емкости

4 — наружный диаметр тепловой трубы.

При использовании предложенного устройстна обеспечивается полная инвариантность измерения среды и ее парогазовой фазы в широком диапазоне температур.

Формула изобретения

Тепловой уровнемер,содержащий измерительный и два компенсационных датчика, выполненные в виде тепловых труб с датчиками теплового потока и измерительную схему, включаю-/

У щую два аварийных сигнализатора верх«

;него и нижнего уровня, к которым подключен термочувствительный элемент, 1установленный в контролируемой среде, и соединенные с упомянутыми сигнали- заторами два блока сравнения, к одному из которых подключен также датчик теплового потока измеритель« ного датчика, а выходы блоков сравнения соединены с множительно-делительным устройством, которое через усилитель подключено к показывающему и регистрирующему устройствам, отличающий сятем,,что,,а целью повышения надежности, точности измерения и упрощения конструкции, измерительный датчик выполнен из не менее двух равномерно расположенных в диапазоие контролируемого уровня тепловых труб, установленных последовательно с компенсационными тепловыми трубами под углом к боковой стенке емкости таким образом, что в емкости размещены только зоны испарения упомянутых труб и конец зоны испарения предыдущей тепловой трубы является началом эоны испарения последующей тепловой трубы, а в измерительную схему введены сумматор, который включен между одним блоком сравнения и датчиками теплового потока измерительного датчика, и два дополнительных усилителя, каждый иэ которых установлен в схеме между выходом датчика теплового потока соответствующего компенсационного датчика и входом блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 540149, кл» G 01 F 23/22, 15.01.75.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2605751/18-10, кл. 6 01 F 23/22, 18.04.78 (прототип).

802799

Составитель Н. Варнек

Редактор каз ТО

Эа 6

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам ивобретений и открытий .

113035 Москва Ж-35 Ра окая иаб. . 4 5

Филиал II Ï Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, кмар