Гидростатический уровнемер

 

О П И С А Н И Е ()939948

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социалис тически к

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 08.12.80 (21) 3214900/18-10 с присоединением заявки J4— (23) Прноритет— (5t)M. Кд.

G 01 F 23/18

9еударстиеыв квкктет

CCCP ао дмам юобретакий в вткрытвй

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 30 . 06 . 82 (53) УДК681.128..5(088.8) А. Н. Елисеев, В. А. Пучков, И. П Хожутинников

1 и С. П. Тигин (1 "-

Н. Усков ! (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к метрологии, а именно к метрологическим устройствам для измерения уровня и объемного расхода жидкости в цилиндрических емкостях и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Известен гидростатический уровнемер жидкости, содержащий вертикально установленную в емкости V-образную измерительную трубку, концы которой расположены соответственно в зонах верхнего и нижнего уровней. На трубке через равные интервалы установлены детекторы перепада давления, воспринимающие давление жидкости внутри трубки. Уровень жидкости внутри трубки определяется по двум выбранным детекторам с помощью измерительной схемы (1 ).

Недостатком известного устройства ро является невысокая точность измерения, так как оно производит измерения уровня и объемного расхода жидкости дискретно, что не позволяет

2 осуществлять измерение с точностью, превышающей величину шага дискретизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидростатический уровнемер жидкости, содержащий вертикально установленную в емкости V-образную измерительную трубку, проходящую через зоны верхнего и нижнего уровней. Измерительная трубка с наружной стороны дна емкости одновременно соединена с обратным клапаном, отсечным электроклапаном и первичным преобразователем. Гидравлические выходы этих узлов объединены и выведены на крышку дна емкости.

Отсечной электроклапан через электрореле соединен с первичным преобразователем. Выходной сигнал от первичного преобразователя поступает в схему измерения, включающую формирователь, . цифровой вольтметр и счетчик $2 ).

В таком устройстве погрешность состоит из двух слагаемых - погреш939948 ности канала измерения перепада давления и поршвности, обусловленной инерционностью устройств, с помощью которых осуществляется формирование и выполнение команд на выравнивание уровней в V-образной трубке в емкости.

Недостатком устройства является отсутствие возможности достаточно точного измерения расхода жидкости 16 в процессе заполнения и опорожнения емкости, и относительная сложность определения результата измерения, так как он образуется из сложений показаний двух регистрирующих прибо- ts ров, 1

Цель устройства — повышение точности определения уровня и объемного расхода жидкости при опорожнении емкости и обеспечение такой же точнос- щ ти при ее заполнении.

Поставленная цель достигается тем, что схема измерения выполнена в виде подключенной к выходу первичного преобразователя цепи из последовательно соединенных преобразователя аналог частота, электронного ключа и сумматора и соединенного с электронным ключом параллельно аналого-частотному преобразователю сравнивающего устройства, один вход которого соединен с первичным преобразователем непосредственно, а другой - через линию задержки.

На фиг. 1 представлена схема пред35 лагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, характеризующие его работу.

Устройство состоит из цилиндрического резервуара 1, V-образной измерительной трубки 2, изогнутая часть которой выведена эа пределы резервуара, первичного преобразователя 3, установленного в изогнутой части Vобразной трубки, на входе и выходе которого установлены двухходовые электромеханические краны 4 и 5, обладаю45 щие воэможностью переключения в зависимости от режима работы резервуара, входа и выхода первичного преобразователя на длинную или короткую часть V-образной измерительной трубки, отсечного клапана 6, установленного на байпасной трубке и соединенного через промежуточное реле 7 с первичным преобразователем 3.

Схема измерения состоит из сумматора 8, соединенного через электронный ключ 9 и преобразователь аналог частота 10 с первичным преобразователем 3, а также сравнивающего устройства 11, соединенного -. выходом с электронным ключом 9, а входами: одним - непосредственно и другим через линию задержки 12 с первичным преобразователем 3.

Принцип работы устройства основан на сочетании измерения дискретным и непрерывным способами, что достигается за счет непрерывного измерения уровня не по всей высоте резервуара, а следовательно внутри диапазона из- мерения первичного преобразователя и исключения погрешностей фиксации уровня при дискретном способе измерения, обусловленных ине рц ион ност ью уст рой ст в. осуществляющих формирование и выполнение команд на выравнивание уровней в

V-образной трубке и емкости.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно устанавливается переключателем один из двух режимов работы резервуара, например "Наполнение". В этом случае короткая часть

V-образной измерительной трубки 2 через двухходовой электромеханический кран 4 соединяется с входом первичного преобразователя 3, а длинная часть через двухходовой электромеха» нический кран 5 с выходом первичного преобразователя. По мере поступления жидкости в резервуар увеличивается величина перепада давления на первичном преобразователе. Как только эта величина достигает перепада, соответствующего предельному значению для данного первичного преобразователя, срабатывает промежуточное реле

7 и выдается сигнал на открытие отсечного электроклапана б. При открытии отсечного электроклапана столб жидкости. в длинной части измерительной трубки 2 поднимается до уровня в резервуаре. При дальнейшем его наполнении происходит последовательное многократное срабатывание первичного преобразователя 3, реле 7 и отсечно.го электроклапана 6, обеспечивая тем самым непрерывность процесса измерения и регистрации.

Регистрация измеряемого расхода жидкости производится с помощью измерительного канала, включающего первичный;преобразователь 3, имеющий на выходе аналоговый сигнал. Этот сигнал, пропорциональный измеряемому расходу, через преобразователь аналог — частота 10 и электронный ключ

5 9399

9 подается на регистрирующий сумматор 8. Электронный ключ 9, установленный на входе сумматора 8, обеспечивает фиксацию уровня в емкости после прекращения расхода жидкости. Управление ключом осуществляется от сравнивающего устройства 11, на входы которого подается сигнал от первичного преобразователя непосредственно и сигнал от первичного преобразова- 10 теля, прошедший через линию 12 задержки.

Работа первичного преобразователя

3 и электронных устройств 8-12 поясняется с помощью диаграммы, изображен!5 ной на фиг. 2а-д.

На эпюре 2а йоказано изменение выходного сигнала (напряжения) первичного преобразователя 3 при произвольном непрерывном изменении расхода 0 жидкости. В этом случае в преобразователе 10 формируется частотно-модулированный сигнал, изменение которого во времени показано на эпюре 26. Этот сигнал поступает через электронный ключ 9 на вход сумматора 8. При непрерывном изменении расхода на сравнивающее устройство 11 поступает переменный по времени сигнал от первичного преобразователя 3 и через линию 12 З0 задержки этот же, но сдвинутый по времени (не нулевой), той же полярности сигнал. В этом случае на выходе сравнивающего устройства 11, ввиду наличия двух равнополярных (не нуле- 35 вых) сигналов на входе сравнивающего устройства 11, возникает потенциал,,разрешающий прохождение частоты с выхода преобразователя 10 через электронный ключ 9 на сумматор 8. Величина настройки линии задержки определяется диапазоном изменения скорости расхода жидкости,и должна быть не менее, чем на порядок меньше минимального периода срабатывания отсечного клапана.

В том случае, когда расход жидкости в емкости прекращается и жидкость устанавливается на каком-то фиксированном уровне, показание напряжения

50 первичного преобразователя 3 также устанавливается на определенном соот.! ветствующем значении (например, U> на фиг. 2в). При этом с выхода преобразователя 10 на электронный ключ 9 поступает постоянная частота, как

55 указано на участках Сп и С+„фиг. 2г, В этом случае сумматор 8 не будет фиксировать эту частоту, так как на срав48 нивающее устройство 11 будет поступать, от первичного преобразователя 3 сигнал в виде потенциала постоянного значения, а с выхода линии 12 задержки потенциал, равный .нулю, и поэтому на электронный ключ 9 поступает сигнал, запрещающий прохождение частоты от преобразователя 10 в сумматор 8. Заполнение сумматора 8 частотой для общего случая поясняется эпюрами на фиг. 2в,г,д.

В схеме измерения происходит накапливание значений максимальных выход" ных значений информативного параметра первичного преобразователя перепада давления, Результат измерения в данный фиксированный момент времени определяется выражением и

g = 7.", 1- !! где h. — высота уровня в емкости, 1 соответствующая двум последовательным срабатываниям отсечного клапана;.

n — количество срабатывания от-. сечного клапана до фиксированного момента времени.

Наличие запаздывания отсечного клапана 6 и электрореле 7 в устройстве не оказывает влияния на конечный результат, так как это учитывается при измерении каждой величины h., 1

В сумматор заносятся текущие значения выходного информативного параметра первичного преобразователя.

Иаксимальное значение информативного выходного сигнала, соответствующее предыдущему шагу дискретизации, сохраняется в сумматоре, а все последующие значения информативного выходного параметра к нему прибавляются. Таким образом, в текущий момент времени в сумматоре находится значение, соответствующее расходу жидкости за интервал времени с момента начала наполнения.

Средний расход жидкости за любой интересующий интервал времени можно вычислить по занесенным в сумматор значениям в соответствующие моменты времени.

После заполнения емкости жидкостью переключателем устанавливается режим работы "Опорожнение". При этом двухходовые электромеханические краны 4 и

5 переключают короткую часть 1 -образной измерительной трубки с выходом

7 939948 8 первичного преобразователя, а длинную с входом.

Предлагаемое устройство обеспечивает определение уровня и расхода жидкости .при заполнении и опорожнении резервуара. с высокой точностью и надежностью.

Суммарная погрешность составляет

3-43.

Формула изобретения

Гидростатический уровнемер, содержащий 7-образную измерительную трубку, койцы которой расположены в резервуаре, соответственно в зонах верхнего и нижнего уровней, а изогнутая часть выведена наружу и на ней установлен первичный преобразователь, параллельно которому на байпасной трубке расположены отсечной электро. клапан, электрически соединенный через промежуточное реле с выходом первичного преобразователя, и схема измерения, отличающийся, тем, что, с целью повышения точности определения уровня.и расхода жидкости, схема измерения выполнена в виде подключенной к выходу первичного преобразователя цепи из последовательно

1 соединенных преобразователя аналог— частота, электронного ключа и сумматора и соединенного с электронным ключом параллельно аналого-частотному преобразователю сравнивающего устройства, один вход которого соединен с первичным преобразователем непосредственно, а другой — через линию задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе щ 1. Патент Японии N 46-8150, кл. 108 Е4, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2822077/18-10, кп. Q 01 F 23/18, 1979 (прототип).

939948

Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4651/60

Фипиэл ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. >

Составитель Н. Варнек

Редактор E. Лушникова ТехредЛ. Пекарь Корректор В. Синицкая