Тепловой уровнемер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сациапистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11@779 (21) 2795746/18-10 (51М

G F 23/22 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет 08. 07 . 77

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 681 128. .. 62 (088. 8) Опубликовано 070681 5юллетень № 21

Дата опубликования описания 100681 (72) Авторы изобретения

В. И. Юсим, Л. Д. Ноткин, В.Л. Тру

-., 1 3!

Одесский ордена Трудового Красно о Знамени ".п6литеяй ческий институт и Научно-производств нное ., объединение

"Кислородмаш" (71) Заявители (54) ТЕПЛОВОЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам для контроля уровня,и может быть использовано в химической, пищевой, машиностроительной промышленности и в других производствах, а также для производства, где необходимо использование сжиженных газов и их хранение в иэотермических сосудах.

Известны уровнемеры, содержащие протянутый по всей высоте изМеряемой жидкости термочувствительный резистивный элемент, который нагревается проходящим через него электрическим током.

Такие уровнемеры имеют термочувствительный рабочий и компенсирующие датчики, выполненные из проволоки с большим температурным коэффициентом сопротивления и включенные в смежные плечи измерительной мостовой схемы, питаемой от стабилизированного источника, и содержат вторичный прибор; например электронный автоматический мост, включенный в измерительную диагональ моста (1g . указанное устройство предназначено для измерения уровня масла в кар-,. тере двигателя и имеет V-образный чувствительный элемент, смонтированный в перфорированной трубе, обеспечивающей с помощью отверстий свободный доступ,к датчику иэмеряемой жидкости, над которой находится воздух.

Термочувствительный элемент включен в одно из плеч мостовой схемы, в смежное с ним плечо включен резистор, чувствительный к температуре и расположенный над максимальным уровнем измеряемой жидкости. Этот терморезистор предназначен для создания компенсирующего эффекта при изменении температуры масла в картере двигателя.

В этом указателе уровня V-образная форма чувствительного элемента создает нелинейную зависимость между его сопротивлением и уровнем измеряемой среды, при которой шкала вторичного прибора будет также нелиней-ной.

Рабочий элемент находится только в одном плече мостовой схемы, что обеспечивает минимально возможную. чувствительность схемы при постоянных значениях остальных параметров.

Терморезистор, расположенный над максимальным уровнем масла, фактически вводит компенсацию на температуру воздуха, в котором он находится, а

836529 не на температуру масла, которая оказывает влияние на изменение сопротивления рабочего элемента.

Указанный уровнемер обладает значительной погрешностью, особенно при измерении уровня сжиженных газов в изотермических сосудах, так как изменение температуры в сосуде приводит одновременно к изменению давления, что вызывает соответствующее изменение теплофизических свойств жидкости и находящегося над ней ее пара.

Известен также тепловой уровнемер, который частично устраняет недостатки вышеприведенного указателя уровня с помощью вертикального расположения рабочего чувствительного элемента, введения компенсирующих элементов, установленных в газовой и жидкой фазах контролируемого сосуда, что повышает точность измерения и обеспечивает линейность шкалы уровнемера (2).

Однако он обладает минимально возможной чувствительностью для четырехплечей мостовой схемы, так как имеет только один рабочий чувствительный элемент. В связи с тем, что часть резисторов, создающих совместно с рабочим и двумя компенсирующими элементами мостовую схему, расположены вне сосуда, то такое устройство имеет существенную дополнительную погрешность из-за изменения сопротивления проводов, соединяющих плечи моста и суммирующихся с сопротивлением рабочего и компенсирующих элементов;

Существенным недостатком является также то, что измерительный и компенсирующие датчики электрически и геометрически по высоте контролируемого. сосуда соединены последовательно.

Такая конструкция ограничивает возможный диапазон измерения предлагаемого уровнемера ЛН «, величиной, не превышающей 1/3 полной высоты контролируемого сосуда.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния изменения сопротивления проводников, соединяющих плечи мостовой измерительной схемы.

Для достижения этой цели в предла,гаемом уровнемере мостовая измерительная схема полностью размещена в контролируемом сосуде, при этом вывод одной из вершин моста, расположенной в нижней части устройства, выполнен в виде трубки с коаксиальными разъемами на концах, внутри которой размещен проводник, выводящий вторую нижнюю вершину моста, а на концах трубки горизонтально закреплены компенсирующие элементы.

На фиг. 1 изображена электрическая схема уровнемера; на фиг. 2— компоновка измерительного устройства.

Измерительная схема устройства (фиг. 1) представляет собой четырехпЛечий мост, состоящий из двух рабо чих термочувствительных элементов 1, включенных в противоположные плечи, и двух компенсирующих элементов, один из которых 2 всегда расположен в газе, а другой 3 — в жидкости. При этом вершины моста 4 и 5 расположены в верхней части устройства и их вывод . выполнен обычными проводниками 6 и 7.

Вершины 8 и 9 расположены в нижней части устройства и их вывод осуществ ляется с помощью трубки 10 и проводника 11 через коаксиальные разъемы

12 и 13. Питающая диагональ моста (вершины 4 и 9) подключена к стабилизированному источнику питания 14, выходной сигнал на измерительной диа15 гонали (вершины 5 и 8) измеряется вторичным прибором 15.

Два рабочих чувствительных элемента 1 выполнены из проволоки с большим значением, произведения темпераЩ турного коэффициента сопротивления на удельное сопротивление, например, хромеля, и расположены вертикально и параллельно друг другу по всей высоте контролируемого сосуда, Компенд сирующие элементы — резисторы 2 и 3 выполнены as того же материала, что и чувствительные элементы, и расположены на верхней (на чертежах не показана) и нижней шайбах, закрепленных

З по концам трубки. Вершина 9 мостовой схемы соединена с внутренним электродом 12а, а вершина 8 — с внешним электродом 12б, розетка коаксиального разъема 12 установлена на шайбе

16. Вилка. разъема 12 установлена так, что ее внешний электрод 12в соединен с трубкой 10, а внутренний 12г — с проводником 11, проложенным внутри трубки.

Аналогично выполнено соединение

40 трубки 10 и проводника 11 с помощью коаксиального разъема 13, вилка которого установлена на трубке, а розетка — на герметизирующем переход- . нике 17.

4 Переходник 17 выполнен из электроизолирующего материала, например текстолита, и служит для обеспечения герметичного вывода электрических цепей измерительной схемы, находяgp щейся в контролируемом сосуде, через латунные шпильки (на чертежах не показаны) к контактам штепсельного разъема 18, расположенного снаружи сосуда и служащего для соединения вершин моста с источником питания 14 и вторичным прибором 15.

Измерительная схема устройства располагается внутри перфорированного кожуха (на чертежах не показан), защищающего чувствительные элементы

6() от,механических повреждений, гасящего возможные колебания жидкости при транспортировке сосуда и обеспечивающего свободный доступ измеряемой среды к рабочим чувствительным элеЯ ментам.

836529

Формула изобретения

55 бО

Тепловой уровнемер работает следующим образом.

При нулевом уровне жидкости в контролируемом сосуде с помощью источника питания 14 устанавливается такой ток накала рабочих чувствительных элементов 1, чтобы мостовая схема находилась в равновесии и сигнал на измерительной диагонали (вершины

5 и 8) равен нулю. Повышение уровня жидкости в сосуде приводит к тому, что теплоотдача от части рабочих термочувствительных элементов, оказавшихся в жидкости, увеличивается, их температура, а соответственно и сопротивление понижаются.

Мост выходит из равновесия и на измерительной диагонали появляется сигнал. Величина разбаланса мостовой схемы, а следовательно, и величина выходного сигнала, измеряемого. вторичным прибором 15, прямо пропорциональны значению уровня жидкости в сосуде.

Изменение температуры измеряемой среды приводит к изменению условий теплоотдачи частей чувствительных элементов, расположенных как в газе, так и в жидкости. При этом возникает дополнительная погрешность измерения. уровня. Так, например, увеличение температуры измеряемой среды приводит к увеличению температуры и сопротивления чувствительного элемента и

:уменьшению разбаланса мостовой схемы при постоянном уровне жидкости в сосуде.

Однако при этом увеличиваются также и сопротивления компенсирующих резисторов 2 и 3, которые находятся в тех же условиях теплообмена, что и части чувствительных элементов, проходящих соответственно через газовую н жидкостную фазы. Так как компенсирующие резисторы выполнены из того же материала, что и рабочие элементы, и включены в смежные с ними плечи мостовой схемы, то тем самым осуществляется автоматическая компенсация на изменение теплофизических свойств жидкости и газа и погрешность измерения умейьшается.

Заявляемое устройство отличается тем, что мостовая измерительная схема полностью помещена в контролируемом сосуде, вследствие чегО исклю=,чаются из электрической схемы дополнительные "паразитные" проводники, служащие в схеме прототипа для соединения между собой плеч моста. С помощью такого решения исключается влияние изменения сопротивления этих проводников из-за изменения температуры измеряемой среды на точность измерения.

Использование для вывода вершин мостовой схемы, расположенных в нижней части устройства, трубки и проходящего внутри нее проводника исключает дополнительные конструктивные элементы, осуществляющие крепле-, ние проводников, которые были бы необходимы для вывода нижник вершин в противном случае.

Такое решение дает возможность совместить в одноМ конструктивном элементе — трубке нескольких функций: элемента, обеспечивающего электрический вывод одной из вершин Моста, расположенной;в нижней части устройства; монтажного, несущего элемента, на котором собраны все детали измерительного преобразователя; кожуха, обеспечивающего защиту от механического повреждения проводника, осущест15 вляющего электрический вывод второй нижней вершины моста.

Использование коаксиальных разъемов, закрепленных на концах трубки, дает значительные преимущества в

Щ удобстве изготовления частей измерительного устройства, как отдельных элементов, их унификации, при наладge измерительной мостовой схемы и. монтаже устройства в целом. р Расстояние между компенсирующими резисторами, расположенными горизонтально на концах трубки, определяет диапазон измерения и зависит только от ее длины, при этом расширяется диапазон измерения.

Все это позволяет осуществлять измерение уровня сжиженных газов с точностью не хуже 2Ъ, что дает возможность более полного наполнения и опорожнения как транспортных, так и стационарных изотермических сосудов без опасения их перелива и образования твердой фазы. При этом значительно сокращается количество пробегов транспорта между заводами40 поставщиками н потребителями. Экономический эффект от внедрения устройства на транспортных изотермическнх сосудах для сжиженного углекислого газа типа ЦЖу-б и ЦЖУ-9, выпус45 каемых нПО "кислородмаш", по предварительным оценкам может быть около

75 тыс. руб. на годовой выпуск сосудов.

Тепловой уровнемер, содержащий расположенный вертикально в контролируемом сосуде чувствительный элемент и два компенсирующих элемента, размещенных соответственно в жидкой н газовой фазах, включенных в мостовую измерительную схему, которая соединена с источником питания и вторичным прибором, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью увеличения точности за счет исключения влияния изменения сопротивления проводников, соеднняющих плечи моста, мостовая измерительная схема полностью разме836529 цена в контролируемом сосуде, при этом вывод одной из вершин моста, расположенной в нижней части уровнемера, выполнен в виде трубки с коаксиальными разъемами на концах, внутри которой размецен проводник, выводящий вторую нижнюю веригину моста, а на концах трубки горизонтально закреплены компенсируюцие элементы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

1266.887, кл. G 01 f 23/24, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 540149, кл. G 01 f 23/22, 1975 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 3101/32

Тираж 702 Подписное

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