Устройство для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях

 

iii 861

Союз Советских

Соцкалксткческкх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВЛВСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.02.80 (21) 2877786/18-10 с присоедикением заявки !ее (23)Приоритет (Я)М. Кд.

G 01 F 23/!8

Веударетеанай кемктет

CCCP ав явлен кзеаретеннй в етхрктвй

Опубликовано 07.09.81. Беллетень М 33 (53) УДК б81.128. .43 (088.8) Дата опубликования описания 07.09.81

/;.

В. М. Бескоровайный и М. Н. ГуманнМс е

l (72) Авторы изобретения

Киевский институт автоматики им. XXV (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙС ГВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ

В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЕМКОСТЯХ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатываю5 щей и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее преобразователь давления, установленный в нижней части объекта контроля, и измерительный преобразователь (1)

Такое устроиство обеспечивает линейную зависимость выходного сигнала от высоты столба жццкости и не может быть использовано для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях.

13

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения количества жидкости, содержащее преобразователь давления, состоящий из мембраны, контактирующей со столбом жидкосЗВ ти, давление которого зависит от измеряемого количества, и связанной с силовоспринимающим элементом типа "сопло-заслонка" с силовой обратной связью, и измерительного преобразователя, который имеет привод, функционального кулачка, выполненный в виде сильфонного механизма с ленточной передачей H2 Ocb программного кулачка, которым связан кинематически с качающимся толкателем. Качающийся толкатель связан с роликом. Угловые mpeMeщения толкателя передаются рабочей пружине, один конец которой связан с качающимся толкателем, а другой — с пневмопреобразователем, содержащим компенсированное усилительное реле и узел обратной связи. Пневмопреобраэо. ватель соединен с индикатором (2).

Величина выходного сигнала измерительного преобраэовател» соответствует количеству жидкости, находящейся в емкости.

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная, сложностью конструкции, содержащей множество механических движущихся деталей, имеющих также гистерезис и люфт.

Целью изобретения является повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что ° устройстве для измерения количества жидкости

8á1958

3 в горизонтальных цилиндрических емкостях, содержащем преобразователь давления, состоящий иэ мембраны, центр которой размещен в нижнем конце вертикального диаметра сечения емкости, контактирующей с жидкостью и связанной с силовоспринимающим элементом, измерительный преобразователь и последовательно соединенные масштабный усилитель и индикатор, силовоспринимающий элемент выполнен в виде магнитоупругого преобразовате- 1О ля, состоящего из сжимаемого и растягиваемого контуров с одинаковым знаком магнитострикции и охватывающих их обмоток, подключенных к источнику напряжения переменного тока, а измерительный преобразователь включает три независимых измерительных канала и два пороговых элемента с последовательно включенными реле, причем вход первого канала подключен к выходу обмотки сжи-. маемого контура и через делитель — к выходу растягиваемого, а его выход соединен с входом масштабного усилителя через нормально замкнутые контакты обоих реле, вход второго канала подключен к выходам обмоток сжимаемого и растягиваемого контуров, а его выход соединен с входом: усилителя через нормально разомкнутый контакт первого реле и нормально замкнутый контакт второго реле, а также с входами пороговых устроиств, вход третьего канала подключен к выходу обмотки растягиваемого контура и через делитель — к обмотке сжимаемого контура, а его выход соединен с входом усилителя через нормально разомкнутый контакт второго реле.

На фиг, 1 представлена зависимость площади сегмента 5 от высоты столба жидкости на фиг. 2 — общий вид емкости с установленным под ней преобразователем давления; на фиг. 3 — схема устройства.

Количество жидкости в емкости определяется как произведение площади 5 сегмента, образуемого жидкостью, при вертикальном сечении емкости, на длину емкости, но так как длина для каждой конкретной емкости неизменна, то задача сводится к реализации .закона изменения площади сегмента, образуемого жидкостью при изменении уровня.

Приведенная на фиг. 1 зависимость площади сегмента от высоты 5 = f Ц<) условно может быль разбита на три отрезка, причем отрезок

0-1 зависимости 5 = Я Ь ) описывается уравнением вида где 0 — напряжение на выходе преобразователя;

Р— усилие, прикладываемое к преобразователю;

C1, Q, C — постоянные коэффициенты.

Следовательно, вычитая или суммируя выходные характеристики сжимаемого и растягиваемого контуров преобразователя и задавая

45 определенным образом величины коэффициентов уравнений (1), (2) и (3), можно реализовать закон зависимости площади сегмента от уровня жидкости, используя .магнитоупругий преобразователь, воспринимающий давление столба жидкости и преобразующий его в электричес50 кий сигнал. Дпя измерения количества жидкости необходимо в точках I и 11 производить переключение измерительных каналов (осуществляется с помощью двух пороговых элементов и двух реле), каждый из которых настраивается на отработку одной из функций, соответствующей.уравйению (1), (2) или (3), и выходной сигнал умножить на длину емкости (реализуется посредством масштабного усилителя).

$ . =С +ЬИ+СЬ, (a) ! о-I где Q . .— площадь сегмента в любой !О-Т .й точке отрезка 0 — 1

, ц — постоянные коэффициенты, вычисленные способом наименьших квадратов;

% — высота столба жидкости в емкости.

Отрезок I-II можно выразить как

61I», =5А Ь (1-М, Щ где ЯА — площадь сегмента в области А;

= площадь сегмента в любой -й

Ъ вЂ” постоянный коэффициент; И,! — высота столба жидкости в точке 1.

Отрезок II-III определен как где 9 ь — суммарная площадь сегмента в

АВ областях А и !з

Ъ, С вЂ” постоянные коэффициенты;

Ъ вЂ” высота столба жидкости в точке!1, Эти три уравнения описывают характеристику зависимости изменения площади сегмента, образованного жидкостью, от уровня с точностью порядка 2 0,5%.

В качестве силовоспринимающего элемента использован магнитоупругий преобразователь, состоящий из сжимаемого и растягиваемого магнитопроводов. с одинаковым знаком магнитострикции, причем выходной сигнал сжимаемого магнитопровода (эависимость выходного напряжения с охватывающей его обмотки от прилагаемого усилия) описывается уравнением вида (1), а растягиваемого — уравнением виО=а "-о" р " р (4) 5 8619

Данное устройство для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях (см. фиг. 2 и 3) содержит преобразователь давления 1, состоящий из мембраны

2, контактирующей с жидкостью и связанной с силовоспринимающим элементом 3, который выполнен в виде магнитоупругого преобразователя и состоит из сжимаемого 4 и растягиваемого 5 контуров с одинаковым знаком магнитострикции и охватывающих их обмоток 6 и 7, включенных последовательно с делителями 8 и 9. Измерительный преобразователь 10 включает три измерительных канала 11, 12 и

13, каждый из которых состоит из последовательно включенных фильтра 14, блока согласования 15, выполненного в виде операционного усилителя с потенциометром 16, блока умножения 17 с регулировочным потенциометром 18, два пороговых элемента 19 и 20 с элементами установки уровня срабатывания 21 и 22, два реле 23 и 24 с двумя нормально замкнутыми (25 и 26) и двумя нормально разомкнутыми (27 и 28) контактами, масштабный усилитель 29 с потенциометром 30, индикатор 31.

Входы пороговых элементов 19 и 20 соединены с выходом канала 12, а выходы — соответственно с обмотками реле 23 и 24. Вход . канала 11 подключен к выходу обмотки 6 и через делитель 9 — к выходу обмотки 7. Вход3О канала 12 подключен к выходам обмоток 6 и 7. Вход канала 13 подключен к выходу обмотки 7 и через делитель 8 к обмотке 6. Выход канала 11 соединен посредством масштабного усилителя, 29 с индикатором 31 через контакты 25 и 26, выход канала 12 — через контакты 27 и 26 и выход канала 13 — через контакты 28.

При заполнении емкости жидкостью увеличивается давление, воздействующее на преобраэо- 4g ватель давления 1, мембрана 2 которого воспри- . нимает и передает зависящее от высоты столба жидкости давление силовоспринимающему элементу 3.

Если уровень жидкости находится в области 45

А, т.е. не превышает значения %, то пороговые элементы 19 и 20 находятся в исходном состоянии и реле 23 и 24 подключают своими контактами 25 и 26 канал 11, реализующий уравнение (1), к масштабному усили- зп телю 29,. который умножает плошадь сектора на длину емкости. Выход масштабного усилителя подключен к индикатору 31.

Если уровень жидкости превысит значение

11,1, сработает пороговый элемент 19, уровень срабатывания которого настраивается на значение Ь,1, с помощью элемента установки

21. Пороговый элемент включит реле 23, которое контактом 27 подключает к входу мас58 6 штабного усилителя канал 12, реализующий уравнение (2), и отключает контактом 25 канал 11.

Если уровень жидкости превысит значение, срабатывает пороговый элемент 20, уровень срабатывания которого настраивается на значение hg с помощью элемента 22, Iloроговый элемент 20 включает реле 24, которое контактом 28 подключает к входу масштабного усилителя канал 13, реализующий уравнение (3), и отключает контактом 26 канал 12.

Информационный сигнал с каждого из магнитопроводов 4 и 5 снимается с делителей

8 и 9, включенных последовательно с обмотками 6 и 7 соответственно, и, в зависимости от значений коэффициентов при квадратичных уравнениях (1) и (3), устанавливается положение их движков.

Блок согласования 15 служит для установки нулевых составляющих при уравнениях (1) ... (3) с помощью потенциометра 16, т.е. согласует выход магнитоупругого преобразователя . входом блока умножения, который.предназ.начен для получения определенных значений коэффициентов при переменной составляющей.

Канал 11 настраивается на реализацию зависимости (1), канал 12 — на реализацию (2), канал 13 — на (3). Выходной сигнал снимается с выхода масштабного усилителя и подается на индикатор 31.

Таким образом, данное устройство позволяет измерять количество жидкости с учетом указанного профиля сосуда, имеет более простую конструкцию, в которой отсутствуют подвижные механические узлы, благодаря чему исключаются погрешности от механического гистерезиса и люфтов и достигается более высокая надежность.

Формула изобретения

Устройство для измерения количества жидкости в горизонтальных цилиндрических емкостях, содержащее преобразователь давления, состоящий из мембраны, центр которой установлен в нижнем конце вертикального диаметра емкости, контактирующей с жидкостью и связанной с силовоспринимающим элементом, измерительный преобразователь и последовательно соединенные масштабный усилитель и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности силовоспринимающий элемент выполнен в виде магнитоупругого преобразователя, состоящего из сжимаемого и растягиваемого контуров с одинаковым знаком магнитострикции и охватывающих их обмоток, подключенных к источнику напряжения переменного тока, а иэмерительныи преоб» разователь включает три независимых измери7 861958 8 тельных канала и два пороговых элемента с дннен с входами пороговых устройств, вход последовательно включенными реле, причем третьего подключен к выходу обмотки растявход, первого канала подключен к выходу об- гиваемого контура и через делитель — к обмотки сжимаемого контура и через делитель мотке сжимаемого контура, а его выход соедиI — ыходу растягиваемого а его нен с входом усилителя через нормально выход соединен с входом маспгтабного усыпи- разомкнутый контакт второго реле. теля чер, нормально замкнутые контакты обоих реле вход второго канала подключен Источники информации, к выходам обмоток сжимаемого и pans- . принятые во внимание при экспертизе

У 784 гиваемого контуров, à его выход соеди- lg 1. Патент Швейцарии 601 нен с входом усилителя через нормально р»- кл. G 01 L 7/02, 1978. зомкнутый коНтакт первого. ле

Н ервого. реле и нормально 2. Авторское свидетельство СССР Н 398884, замкнутый контакт второго реле, а также сое- кл. 6 01 F23/14, 1972 — (прототип). (25

Of

Фиг.!

861958

Составитель В. Аксенов

Техред 3. Фанта

Корректор О. Билак

Редактор О. Филиппова

Подписное

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

Заказ 6528/34 Тираж 702

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5