CZ21409U1 - Snímač hladiny elektricky vodivé kapaliny, zejména výšky hladiny a frekvence jejího kmitání - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká snímače hladiny elektricky vodivé kapaliny, zejména výšky hladiny a frekvence j ej ího kmitání.

Dosavadní stav techniky

Snímání hladiny, zejména výšky hladiny kapaliny, pěny, prachu atd. je velmi častým technickým problémem. Proto je známa celá řada snímačů hladiny, které pracují na různých principech. Snímat lze různé parametry hladiny, ať už se jedná o hladinu elektricky vodivé či nevodivé látky.

Pro tyto aplikace je známa celá průmyslově používaných snímačů.

Existují však obory, ve kterých je potřeba snímat malou či velmi malou výšku hladiny a také snímat frekvenci kmitání hladiny, jako jsou třeba simulace proudění plynů a kapalin pomocí proudění kapaliny s velmi malou výškou hladiny (malá tloušťka vrstvy kapaliny) speciálně tvarovaným kanálem. Těmito postupy je možno simulovat proudění plynů např. výměníky tepla nebo potrubím nebo koridorem nebo je možné simulovat obtékání trupů lodí vodou, simulovat proudění vody v kanálu apod. Při potřebě snímat nízké či velmi nízké hladiny kapaliny, ať už snímat výšku hladiny nebo frekvenci kmitání hladiny (snímání vln na hladině), se projevuje hlavní nevýhoda stávajícího stavu techniky, kterou je to, že známá zařízení nemají dostatečnou přesnost měření a také nemají dostatečně malé rozlišení, takže snímání či měření hladiny v roz20 sáhu centimetrů či dokonce milimetrů nebo i menších hodnot a to v kombinaci s potřebou snímat či měřit v přesně určených bodech hladiny je dostupnými technickými prostředky prakticky nerealizovatelné.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň snížit nedostatky dosavadního stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo snímačem hladiny elektricky vodivé kapaliny, zejména výšky hladiny a frekvence jejího kmitání, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje měřidlo délky, na jehož vertikálně přestavitelné části je uložena hlavní měřicí elektroda, která je v odstupu od svého spodního konce napojena na vyhodnocovací elektrický obvod, k němuž je dále připojena pomocná měřicí elektroda, pričemž hlavní měřicí elektroda a pomocná měřicí elektroda jsou uspořádány ve vzájemném odstupu a mezi spodním koncem hlavní měřicí elektrody a spodním koncem pomocné měřicí elektrody je dielektrická mezera vyplnitelná elektricky vodivým prostředím, přičemž ve vyhodnocovacím elektrickém obvodu je dále vytvořen signálový výstup s informací o vyplnění dielektrické mezery elektricky vodivým prostředím.

Tímto snímačem je možno účinně a efektivně měřit jak velmi malé výšky hladin elektricky vodivých kapalin, tak i kmitání (vlnění) hladiny elektricky vodivé kapaliny.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkresech, kde ukazuje obr. 1 uspořádání snímače dle technického řešení, obr. 2 příkladná provedení pomocné měřící elektrody a vlasové reduk40 ce a obr. 3 příklad zapojení vyhodnocovacího elektrického obvodu jako zdroje opticko-akustického signálu.

-1 CZ 21409 Ul

Příklad provedení technického řešení

Snímač hladiny elektricky vodivé kapaliny, zejména výšky hladiny a frekvence jejího kmitáni, obsahuje stojan I, na které je vertikálně přestavitelné uložen nosič 2 měřicích elektrod 5 a 8. Ve znázorněném příkladu provedení je stojan I opatřen vertikálním ramenem JO, které je nepohyb5 livou částí vertikálního měřidla délky. Na vertikálním rameni 10 je vertikálně přestavitelné uložena přestavitelná část 11 měřidla délky, na které je uložen nosič 2 měřicích elektrod 5 a 8. Ve znázorněném příkladu provedení je jako měřidlo délky použito digitální posuvné měřítko s digitálním ukazatelem 11 hodnoty a zajišťovacím šroubem 12. V neznázorněném příkladu provedení je jako měřidlo délky použito běžné analogové posuvné měřítko s odečítáním hodnot okem io obsluhy nebo je jako měřidlo délky použit mikrometrický šroub (digitální či analogový) nebo je použito jiné vhodné měřidlo délky s dostatečně malým jednotkovým zdvihem.

Na nosiči 2 měřicích elektrod 5 a 8 je uloženo elektricky vodivé těleso 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8, které jsou v tělese 3 uloženy ve vzájemném odstupu a s dielektrickou mezerou 130 mezi spodním koncem hlavní měřicí elektrody 5 a spodním koncem pomocné měři15 cí elektrody 8. Vodivé těleso 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8 je pro aretaci vzájemné polohy měřicích elektrod 5 a 8 opatřeno pojistným šroubem 4 a umožňuje nastavit měřicí elektrody 5 a 8 do takové vzájemné polohy, aby byl co nejméně ovlivňován průtok snímané kapaliny v oblasti hlavní měřicí elektrody 5.

Hlavní měřicí elektroda 5 je tvořena podélným elektricky vodivým tělesem, V příkladu provede20 ní na obr. 1 je hlavní měřicí elektroda 5 tvořena válcovou tyčkou se závitem na své válcové ploše, přičemž je zašroubována v elektricky vodivém vertikálním otvoru v tělese 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8. Na svém horním konci je opatřena elektricky nevodivým nástavcem 6, kterým je umožněno, aby obsluha ručně zašroubovávala či vyšroubovávala hlavní měřicí elektrodu 5 v elektricky vodivém vertikálním otvoru v tělese 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8, čímž je možné měnit vertikální polohu spodního konce hlavní měřicí elektrody 5. Na svém spodním konci je hlavní měřicí elektroda 5 opatřena kuželovým zakončením, kterým se hlavní měřicí elektroda 5 ponoří během měření do měřené kapaliny. Kuželové zakončení hlavní měřicí elektrody 5 minimalizuje vzlínání měření kapaliny a umožňuje dosahovat přesnějších výsledků. Pro větší minimalizaci vzlínání měřené kapaliny a zejména pro měření frekvence kmitání hladiny měřené kapaliny je možno nasadit na kuželové zakončení hlavní měřicí elektrody 5 elektricky vodivou vlasovou redukci 7, která obsahuje elektricky vodivé pouzdro nasazované na hlavní měřicí elektrodu 5 a elektricky vodivé vlasové zakončení (velmi tenký drát) určené pro ponoření do měřené kapaliny. V neznázorněném příkladu provedení je hlavní měřicí elektroda 5 provedena na svém vnějším povrchu bez závitu, tj. je hladká, a je uložena v hladkém, tj. bez závitu, vertikálním otvoru v tělese 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8.

Pomocná měřicí elektroda 8 je v příkladu provedení znázorněném na obr. 1 tvořena elektricky vodivým podélným tělesem, např. tyčkou pevné nebo proměnné délky (zejména teleskopické uspořádání) uloženou vyjímatelně v elektricky izolovaném vertikálním otvoru v tělese 3 vzájem40 ného polohování měřicích elektrod 5 a 8. V příkladu provedení znázorněném na levé straně obr. 2 je pomocná měřicí elektroda 8 vytvořena jako samostatně stojící elektricky vodivé těleso, které se použije tam, kde by použití pomocné měřicí elektrody 8 z obr. 1 negativně ovlivňovalo snímání kapaliny hlavní měřicí elektrodou 5, přičemž pomocná měřicí elektroda 8 podle levé strany obr. 2 se samostatně vloží do snímané kapaliny zcela mimo ovlivnitelnou oblast hlavní měřicí elektrody 5. Při užití pomocné měřicí elektrody 8 dle levé strany obr. 2 je vhodné vyjmout pomocnou měřicí elektrodu 8 dle obr, 1 z tělesa 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 6 a 8.

Hlavní měřicí elektroda 5 i pomocná měřicí elektroda 8 jsou zapojeny do vyhodnocovacího elektrického obvodu 16, vytvořeného ve znázorněném příkladu provedení jako zdroj 13 opticko50 akustického signálu znázorněného na obr. 3, přičemž mezi spodním koncem hlavní měřicí elektrody 5 a spodním koncem pomocné měřicí elektrody 8 je dielektrická mezera 130 vyplnitelná

-2CZ 21409 υι elektricky vodivým prostředím. Vyhodnocovací elektrický obvod 16, tj. zdroj 13 opticko-akustického signálu obsahuje spínač 15 a signálový výstup 14. který může být tvořen např. optickým prvkem (např. svítivá dioda) nebo akustickým prvkem (vydává zvuk) nebo opto-akustickým výstupem nebo může být tvořen výstupním prostředkem pro výstup měřených hodnot na neznázoměné zařízení pro záznam a zpracování výsledků měření (čítač, zapisovač, osciloskop, počítač atd.). Jakmile se dielektrická mezera 130 vyplní elektricky vodivým prostředím, např. po ponoření hlavní měřici elektrody 5 i pomocné měřicí elektrody 8 do elektricky vodivé měřené kapaliny, může mezi spodními konci měřicích elektrod 5 a 8 procházet elektrický proud (po zapnutí spínače 15), jak bude osvětleno v části textu popisující funkci zařízení. V neznázoměném příkladu provedení je vyhodnocovací elektrický obvod 16 vytvořen bez spínače 15.

Činnost zařízení dle technického řešení je následující.

Stojan 1 se umístí do blízkosti měření. Nosič 2 měřicích elektrod 5 a 8 se vertikálně sníží dolů tak, aby se pomocná měřicí elektroda 8 dle obr. 1 ponořila do měřené kapaliny, která musí být elektricky vodivá. Hlavní měřicí elektroda 5 je vertikálně výše, takže se nedotýká měřené kapaliny. Po uvolnění pojistného Šroubu 4 se pohybuje pomocnou měřicí elektrodou 8 do místa, kde svým ponořením do měřené kapaliny neovlivňuje hladinu kapaliny v oblasti pod hlavní měřicí elektrodou 5. Pokud není možné nalézt takové místo, kde pomocná měřicí elektroda 8 dle obr. 1 neovlivňuje hladinu měřené kapaliny pod hlavní měřicí elektrodou 5, vyjme se pomocná měřicí elektroda 8 dle obr. 1 z tělesa 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8 a použije se pomocná měřicí elektroda 8 dle levé strany obr. 2, která se vloží do měřené kapaliny ve vzdálenějším místě, než dovoluje uložení pomocné měřicí elektrody 8 dle obr. 1 v tělese 3 vzájemného polohování měřicích elektrod 5 a 8.

Nyní se sepne spínač 15 a hlavní měřicí elektroda 5 se pomalu, ve znázorněném příkladě provedení šroubováním, přibližuje svým spodním koncem k měřené hladině kapaliny. V okamžiku, kdy se hlavní měřicí elektroda 5 svým spodním koncem dotkne hladiny, uzavře se elektrický okruh vedoucí od pomocné měřicí elektrody 8 přes měřenou kapalinu k hlavní měřicí elektrodě 5 a výstup 14 vydá nepřerušovaný signál (zvukový, optický, elektrický). V tomto okamžiku se zastaví šroubování hlavní měřicí elektrodou 5 a tato poloha je považována za bod 0 (nula) pro nastávající měření (zejména pro vynulování digitálního měřidla délky, u analogových se provede odečet aktuální hodnoty pro budoucí korekci měření). V neznázoměném provedení s hlavní měřicí elektrodou 5 bez závitu se hlavní měřicí elektrodou 5 směrem k hladině měřené kapaliny pohybuje přímo pohybem přestavítelnou částí Π. měřidla délky.

Pro zjištění výšky hladiny měřené kapaliny se nyní pohybuje přestavítelnou částí 11 měřidla délky, až se spodní konec hlavní měřicí elektrody 5 dotkne dna (tento okamžik je detekován obsluhou, např. opticky). Nyní se odečte hodnota udávaná měřidlem délky a z rozdílu bodu 0 (nula) a této hodnoty se zjistí výška hladiny měřené kapaliny, přičemž tato hodnota je zjištěna s přesností použitého měřidla délky.

Pro zjištění frekvence kmitání hladiny kapaliny je zejména z důvodu přesnosti výhodné nasadit před začátkem měření na spodní konec hlavní měřicí elektrody 5 vlasovou redukci 7. Hlavní měřicí elektrody 5 se stejně jako u měření výšky hladiny šroubováním pomalu přibližuje k hladině. Pokud je při kontaktu konce vlasové redukce 7 s hladinou kapaliny vydán nepřerušovaný výstupní signál, znamená to, že buď hladina v daném místě nekmitá, nebo je konec vlasové redukce 7 ponořen příliš hluboko v měřené kapalině. V případě, že hladině kapaliny v daném místě kmitá, je při pomalém přibližování konce vlasové redukce k hladině kapaliny vydán přerušovaný signál, jehož frekvence přerušování odpovídá frekvenci kmitání hladiny kapaliny v měřeném místě.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné pro simulaci proudění kapalin a pro zpřesňování matematických modelů pro simulaci proudění tekutiny.

Claims (8)

1. Snímač hladiny elektricky vodivé kapaliny, zejména výšky hladiny a frekvence jejího kmitání, vyznačující se tím, že obsahuje měřidlo délky, na jehož vertikálně přestavitelně části (11) je uložena hlavní měřicí elektroda (5), která je v odstupu od svého spodního konce

5 napojena na vyhodnocovací elektrický obvod (16), k němuž je dále připojena pomocná měřicí elektroda (8), přičemž hlavní měřicí elektroda (5) a pomocná měřicí elektroda (8) jsou uspořádány ve vzájemném odstupu a mezi spodním koncem hlavní měřicí elektrody (5) a spodním koncem pomocné měřicí elektrody (8) je dielektrická mezera (130) vyplnitelná elektricky vodivým prostředím, přičemž ve vyhodnocovacím elektrickém obvodu (16) je dále vytvořen signáloio vý výstup (14) s informací o vyplnění dielektrické mezery (130) elektricky vodivým prostředím.

2. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlavní měřicí elektroda (5) je na přestavitelně části (11) měřidla délky uložena vertikálně přestavitelně.

3. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocná měřicí elektroda (8) je odnímatelně uložena na přestavitelně části (11) měřidla délky.

15

4. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlavní měřicí elektroda (5) i pomocná měřicí elektroda (8) jsou tvořeny podélným tělesem z elektricky vodivého materiálu.

5. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocná měřicí elektroda (8) je tvořena samostatně stojícím tělesem z elektricky vodivého materiálu.

6. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve vyhodnocovacím elektrickém

20 obvodu (16) je zapojen spínač (15).

7. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřidlo délky je tvořeno digitálním posuvným měřítkem.

8. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřidlo délky je tvořeno mikrometrickým šroubem.