NO147160B - Nivaa- og egenvektsmaaler. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning

for indikering av en væskes nivå og tetthet i en tank som angitt i innledningen til etterfølgende krav 1.

Nivåmålere av forskjellige slag er tidligere kjent,

av hvilke mange dog er beheftet med den ulempe at de ikke tar hensyn til væskens tetthet eller spesifikke vekt, og i mange tilfeller heller ikke det i tanken herskende gass- eller lufttrykk. Dette kan ha til følge at når f.eks. et fartøy har fylt sine

tanker ved en relativ lav temperatur og seiler til varmere strøk, kommer ekspansjonsrommene i tanken til å bli fylt og hvis disse rom er beregnet utilstrekkelig, kommer væsken til å strømme over og renne over bord. Mulighet for feilberegninger av dette slag er den at forekommende trykkfølsomme følere er plassert nær tankens bunn overfører et måleresultat til indikatoren som kun svarer til trykket (vekten) av den væskesøyle som belaster føl-

eren. Uten å kjenne til væskens spesifikke vékt kan man ikke få frem væskehøyden. Da dessuten væskens spesifikke vekt endres ved temperaturvariasjoner og oppgaven fra leverandøren med hen-

syn til væskens spesifikke vekt ikke alltid stemmer med den leverte vare, kompliseres beregningen av nødvendig ekspansjons-

monn ennå mere.

Nivåmålere er også kjent,f.eks. fra US-pat.nr. 3.038.336, hvilke muliggjør en beregning av væskens tetthet gjennom måling av trykkforskjellen mellom to nivåer i tanken.

Denne type'nivåmålere er dog ikke konstruert til å indikere sluttfyllingen av en tank til et forutbestemt maksimalnivå uavhengig av væskens tetthet.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe en nivåmåler, hvilken muliggjør en nøyaktig indiker-

ing av sluttforløpet av fyllingen av en tank til et forubestemt maksimalnivå uavhengig av væskens tetthet, og hvilken gir en direkte indikering av tettheten når maksimalt nivå er oppnådd. Anordningen skal være enkel i sin oppbygning og arbeide selvvirkende uten energitilskudd og derfor være 100% eksplosjons- og brannsikker. Denne oppgave er løst ved hjelp av de karakteris-

tiske trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølg-

ende krav 1.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende med henvisning til tegningen som viser to utførelseseksempler.

Fig. 1 viser anordningen ifølge.oppfinnelsen skjema-tisert og delvis i snitt idet tanken er vist fylt til høyeste tillatte nivå,

fig. 2 og 3 viser i større målestokk snitt gjennom anordningens øvre resp. nedre trykkavfølingsorgan,

fig. 4 og 5 viser anordningens indikatorer sett forfra og bakfra og i en stilling som svarer til tom tank,

og

fig. 6 viser skjematisk anordningen ifølge oppfinnelsen utført med elektroniske komponenter.

I tegningen betegner 1 en tank, f.eks. på et far-tøy, forsynt med tankvegger 2, tankbunn 3 og tanktak 4. Direkte ovenfor tankbunnen 3 er det anordnet en første føler

5 bestående av et hus 6 til hvis nedre side det er tilsluttet en trykkdåse 7 forsynt med en av en belg 9 understøttet trykkplate 8 som via en stang 10 eller lignende er forbundet med et hydraulisk dobbeltvirkende trykkorgan 11. Dette omfatter ved hjelp av stenger 13 sammenkoplede trykkdåser 14 og 15 beliggende på begge sider av en i huset fast anordnet plate 12. Trykkdåsenes membran 16,17 er via avstandsorganer 18,19 fast forbundet til platen 12 i hvilken det er anordnet kanaler 20,21 hvilke munner ut i hver sin trykkdåse. Kanalen 20 forbinder trykkdåsen 1^<:> med et stigerør 22 anordnet på husets øvre del, og kanalen 21 forbinder dåsens 15 indre med et andre stigerør 23. Stigerørene har betydelig større tverr-snittsareal enn forbindelseskanalene 20 og 21. Trykkdåsen lH, kanalen 20 og stigerøret 22, likesom trykkdåsen 15, kanalen 21 og stigerøret 23, danner hvert et hydraulisk system hvor stigerørene kun er delvis fylt.med et hydraulisk medium. Trykkdåsens 7 indre kommuniserer med husets 6 indre som igjen via en rørledning 24 er forbundet med rommet ovenfor det høyeste tillatte væskenivå h maks i tanken. Por å beskytte belgen 9 mot korrosjon er denne innkapslet i en ytre trykk-

dåse som ved et ytre trykk via et flytende trykkmedium i denne påvirker trykkplaten 8.

De to stigerør 22 og 23 er i sin øvre del via hver

sin stigeledning 25 og 26 forbundet med en første indikator 27 bestående av et transparent, U-formet rør 28 hvis frie benender er forsynt med hver sin væskedåse 29 og 30. I U-

røret og delvis også i væskedåsene 29,30 finnes to med hverandre ikke-blandbare væsker av forskjellig farge som i over-gangen mellom disse danner en tydelig skillelinje. Inntil det U-formede rørs 28 ene ben er det plassert en skala gradert fra 0 til 100.

Føleren 5 danner således et med indikatoren 27 sammenhengende hydropneumatisk system der en trykkendring i væsken i tanken kommer til å påvirke trykkdåsen 7 som via trykkdåsene 14 og 15 forandrer væskestammen i stigerøret 22,

23. Væskesøylene i stigerørene 22 og 23 virker som stempler i et pneumatisk system og den i rørene 25 og 26 innesluttede luft overfører et proporsjonalt pluss- eller minustrykk til de respektive væskedåser 29 og 30, hvorved væskesøylens skillelinje i det U-formede målerør 28 kommer til å forskyves i den ene eller annen retning, Nivåforandringen i stige-

røret kan sammenlignes med et stempels slaglengde og produktet av denne og stigerørets effektive areal svarer til stempelets slagvolum.

I tankens øvre del og på en bestemt avstand nedenfor høyst tillatte væskenivå h maks i tanken, er det anordnet to til en enhet sammenbygde følere 32 og 33 hvis fra hverandre vendte trykkflater er beliggende på en bestemt avstand c. Følerne 32 og 33 som i det viste utførelseseksempel utgjøres

av trykkdåser, er stivt forbundet med hverandre via stenger 10,13 og 134. Forøvrig er denne følerenhet konstruktivt utformet på samme måte som føleren 5, og for tilsvarende konstruksjonsdetaljer er det endog anvendt samme henvisnings-betegnelser. Således kommuniserer både trykkdåsens 32 og 33 indre med husets 11 indre som via en ledning 35 står i for-bindelse med rommet ovenfor det høyeste tillate' væskenivå h maks.

Enhetens stigerør 36 og 37 er via ledninger 38 og 39 forbundet med en andre indikator 40 som likeledes består av et U-formet transparent målerør 41 hvis frie benender er forbundet med hver sin væskedåse 42 og 43 som er delvis fylt med to med hverandre ikke-blandbare væsker av forskjellig farge, hvorved skillelinjen mellom disse danner indikerings-linjen. Noen gradert skala er ikke nødvendig idet den for begge indikatorer felles skala 31 med inndeling 0 til 100,

er de eneste avlesningspunkter som er nødvendig for denne indikator.

Følernes 32 og 33 trykkflater 44 resp. 45 er slik dimensjonert at disse flater er omvendt proporsjonale med høyden av den væskesøyle som virker på flatene, dvs. avstanden a resp. b regnet fra den respektive trykkflate til høyeste tillatte væskenivå h maks. ' Dette innebærer at når tanken-1 fylles med ferskvann og dette utøver et trykk på føleren 32, kommer den mørkere væskesøyle i indikatorens 40 U-formede målerør til å presse skillelinjen fra et nivå rett ut for 100-linjen til 0-linjen. Det hydropneumatiske system er slik avveid at.forskyvningen av væskesøylen i indikatoren fra 100- "til.0-linjen svarer til avstanden c, dvs. avstanden mellom følernes 32 og 33 trykkflater 44 og 45. Når væskenivået i tanken har steget til høyde med følerens 33 trykkflate 45, trer denne i virksomhet og en trykkimpuls i mot-satt retning oppnås som medfører at væskesøylen i indikatoren 40 vender ved 0-linjen og går tilbake til 100-linjen. Avstanden b fra trykkflaten 45 til det høyeste tillatte væskenivå h maks er derved valgt slik at når skillelinjen i indikatoren 40 har nådd 100-linjen, er også det høyst tillatte væskenivå i tanken oppnådd. Fylles nå tanken med f.eks. lett dieselolje eller havvann, kommer væskesøylen i indikatoren 40 til å

vende over resp. 0-linjen, hvilket imidlertid er betydningsløst da kun 100-linjen er avgjørende som nivåindikering.

Under hele måleforløpet står begge følere 32 og 33 under innvirkning av gass- eller lufttrykket i rommet ovenfor væskenivået hvilket således innebærer at en trykkompensasjon fir .-','-ed, dvs. at måleutslaget ikke utilbørlig påvirkes av varierende luft eller gasstrykk ovenfor væsken i tanken.

For at ikke vekten av følernes forskjellige konstruksjonsdetaljer såsom trykkplater, forbindelsesstenger osv. skal innvirke på måleresultatet, er væsketrykket fra stigerøret 23 og 37 på trykkdåsen 15 noe større enn tilsvar-

ende væsketrykk fra stigerøret 22 resp. 36, hvorved det er oppnådd en utbalansering.

Dimensjoneringen av anlegget slik at dette passer

til en gitt tankhøyde, skjer gjennom valg av hensiktsmessig trykkflate på føleren 5 hvorved en finjustering kan skje ved plassering av deplasserende legemer,f.eks.prismatiske staver,

i stigerørene. Derved oppnås en økning av væskestemplenes s.laglengde men med bibehold av ønsket slagvolum.

Ettersom signalmediet mellom følerne og indikator-

ene er luft av atmosfæretrykk, skjer måleprosessen selvvirkende, hydropneumatisk, og med stor nøyaktighet. Ved at indikator-

enes målesøyler fremviser såvel tur- som returledning, blir måleverdiene uavhengig av temperaturvekslinger. Anordningen ifølge fig. 1-5 arbeider på følgende måte.

I takt med at 'tanken 1 fylles med væske, f.eks. olje, kommer føleren 5 til å bli utsatt for et suksessivt stigende trykk som påvirker indikatoren 27 der den mørkere væskesøyle stiger fra 0-streken og oppad. Når væsken har nådd føleren 32,kommer denne til å bli satt under trykk, og hvis f.eks.

avstanden mellom følerne 32 og 33 går opp til 0,5 m og av-

standen fra følerens 32 trykkflate 44 til det høyeste tillatte væskenivå, til 1 m, kan bunkringen av tanken skje eksakt til dette nivå ved at indikatorens 40 måleforløp iakttas under de siste metere av bunkringen. Denne stoppes når væskesøylen på indikatorens avlesningsben har fullført sin målesyklus fra 100-linjen til 0-linjen og tilbake til 100-linjen. I denne stilling kan på den andre indikator 27 avleses væskens spesifikke vekt som i det viste eksempel (fig. 1) er 0,95,

ettersom væskesøylen i avlesningsbenet 28 da har stanset på

verdien 95.

Med den viste og beskrevne apparatur kan det så-

ledes på indikatoren 40 avleses væskens høyst tillatte nivå

i tanken uavhengig av den selvstendige vekt, hvilket samtidig oppnås gjennom indikatoren 27. Ved hjelp av de av fartøy-produsenten fremstilte peiletabeller som er utregnet for hver

tank og som for dette formål må være opptegnet i prosent av høyden, kan derfor lett vekten og volumet av tankinnholdet beregnes.

Som det fremgår av fig. 6, kan i tilfeller der eksplosjonsfaren er liten eller ubetydelig, en elektronisk eller en kombinert hydropneumatisk-elektronisk anordning komme til anvendelse. I.dette utførelseseksempel kan enten følerne ifølge det foregående eksempel anvendes eller elektroniske trykkfølere av kjent slag, f.eks. av induktivt, kapasitivt eller pietzoelektrisk utførelse anvendes. Det viste' eksempel vedrører elektroniske følere, av hvilke en første trykkføler 5' er anordnet ved eller i nær tilknytning til tankens bunn 3, en andre trykkføler 32' er anordnet i en høydeavstand S2 under det høyst tillatte væskenivå h maks, en tredje trykkføler 33' i høydeavstand S-^ under høyeste tillatte væskenivå h maks, og en fjerde trykkføler 47 ved eller i nær tilknytning til tankens tak ovenfor væskenivået. Samtlige trykkfølere er anordnet til å avgi elektriske signaler a,b,c og d, til en elektronisk måleverdiomvandler 46, hvilke signaler er proporsjonene med de respektive trykk-føleres omgivelsestrykk. Trykkfølerens 47 utsignal d er derved proporsjonalt med det atmosfære- eller gasstrykk G som hersker i tanken 1 og som altså virker på væskeflaten,videre er trykkfølernes 33',32' og 5 signaler c,b og a, proporsjonale med dels væskehøyden over de respektive trykkfølere, dels væskens tetthet p og dels atmosfæren- eller gasstrykket i tanken, hvilket påvirker væskeflaten eller som virker direkte på trykkfølerne når væskenivået ikke påvirker disse.

Måleverdiomvandleren 46 består i utførelseseksemplet av differensialforsterkere, hvorav en første differensialforsterker F^ er anordnet til å motta signalene d og c fra respektive trykkfølere 47 og 33' og derved subtrahere signalet d fra signalet c, hvorved kompensasjon for atmosfære-eller gasstrykket G i tanken oppnås, samt forsterke differenssignalet med en faktor f^, hvorved det oppnås et utsignal k^. En andre differensialforsterker F^ er anordnet til å motta signalene b og d fra respektive trykkfølere 32 og 47, hvorved signalet d subtraheres fra signalet b slik at kompensasjon for atmosfære- eller gasstrykket G i tanken oppnås, .og differenssignalet forsterkes deretter med en faktor f2 hvilket gir utsignalet k,,. Signalene k-^ og k~ kan nå tegnes som k1 = f (c-d) og k? <=> f? (b-d). Hvis d = G, c'= S1>p+G og b = S2 . p + G, innsettes i respektive ligninger, oppnås k1 = f (<S>1 . p <+> G - G) og k2 = f2(S2 . p + G-G). Hvis maksimalt væskenivå skal indikeres uavhengig av væskens tetthet p velges forsterkningsfaktorene f-^ og f2 slik at ut-signalene k^ og k2 blir like store når væsken har nådd det forutbestemte maksimale nivå. Settes k-^ = k2, følger f1(S1 . p + G-G) = f2(S2 . p + G-G) hvilket gir

Forsterkningsfaktoren f, skal altså være en

S

konstant _2 > f .

<S>l

Signalene k-^ og k2 påvirker i sin turen tredje dif f erensial-forsterker F, i hvilken signalet k2 subtraheres fra signalet k-p den derved fremkommende differens forsterkes til et signal k-j hvilket påføres en første indikeringsanordning 40' av analog eller digitaltype.

Når tanken 1 er tom, viser indikeringsanordningen 40' en utgangsverdi 100. Fylles tanken og væskeflaten når trykk-føleren 32',kommer måleutslaget på indikeringsanordningen til å falle mot 0-verdi. Når væskenivået når trykkføleren 33' vender måleutslaget og når 100-verdien atter indikeres, er høyeste tillatte væskenivå h maks oppnådd og fyllingen av tanken 1 avbrytes.

Trykkføleren 5'» hvilken er anordnet ved tankens bunn, avgir et signal a til en fjerde differensialforsterker F^ i måleverdiomvandleren 46. Utsignalet k^ fra differensial-forsterkeren F^ utgjøres av signalet a subtrahert med signalet d, hvorved kompensasjon for atmosfære- eller gasstrykket i tanken oppnås, og forsterkes deretter med en faktor f^ som er slik valgt at måleutslaget i en andre indikeringsanordning 27' av digital eller analog type angir den påfylte væskes spesifikke vekt. Hvis man så ønsker, kan signalet k^ som svarer til væskens spesifikke vekt, tilføres ytterligere et signalbehandlende organ (ikke vist), der for forskjellige væskenivåer den verdi kan adderes som svarer til tankens opp-målte volum, hvis oppgaver finnes i den av fartøyprodusenten fremstilte peiletabell. En indikator gradert i vekt, f.eks, tonn, tilsluttet dette signalbehandlende organ, kommer så-ledés for forskjellige forutbestemte væskehøyder å angi vekten i tonn.

Takket være oppfinnelsen kan således tankens på-fylling avbrytes eksakt ved en forutbestemt verdi uavhengig av væskens tetthet, og forandringer av væskenivået i nærheten av det maksimale nivå, f.eks. på grunn av varmepåvirkning og dermed følgende tetthetsforandring, kan endog lett avleses.

En alarmanordning kan endog innkoples og varsle når maksimale nivåer ved en eller annen anledning overskrides. Videre kan det ved hjelp av oppfinnelsen oppnås en eksakt angivelse eller indikering av væskens totale vekt, enten ved hjelp av peile-tabellen eller som ovenfor nevnt direkte fra en ytterligere indikeringsanordning.

De elektroniske følere kan hensiktsmessig anordnes slik at deres trykkavfølende flater er beliggende i det vesentlige vertikalt slik at eventuelle vedheftende olje-rester eller lignende ikke påvirker måleresultatet. Skulle en oljerest hefte fast til de hydrauliske følere, kan ifølge oppfinnelsen en slik vektøkning kompenseres på en enkel måte ved at lufteskruer åpnes ved indikatorens væskedåser.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de beskrevne og viste utførelseseksempler idet et flertall variasjoner er tenkelige. Således kan f.eks. de hydrauliske følere anvendes sammen med de elektroniske indikeringsanordningene,

Claims (8)

1. Anordning for indikering av en væskes nivå og tetthet i en tank, hvilken anordning omfatter en første trykkavfølende føler (5,5') som er anordnet ved eller nær tankens (1) bunn (3), en andre og tredje trykkavfølende føler (32, 32 ', 33,33 ' ) , som er anordnet på forskjellige bestemte avstander (a,b,S^,S2) nedenfor det høy J este tillatte væskenivå (h max), idet følerne (5,5', 32,32',33, 33') er utformet til å kompenseres for variasjoner i gass- eller lufttrykket i tanken, en første indikator (27,27') eller et signalbehandlende organ (46), anordnet til å indikere eller behandle signaler fra den første føler (5,5'), for indikering av væskens tetthet når det høyeste tillatte væskenivå er oppnådd, samt en andre indikator (40,40') eller et signalbehandlende organ (46) anordnet til å indikere eller behandle differansen mellom signalene fra den andre og tredje føler (32, 32 ' , 33, 33'), karakterisert ved at den andre resp. tredje føler (32, 32',33, 33') er utformet med seg imellom forskjellig store trykkflater (44,45) eller at de av følerne avgitte signaler (b,c) forsterkes med forskjellige forsterkningsfaktorer (f.1 ,f 2) for kompensering av nevnte føleres (32,32',33,33') forskjellige avstand (S^S.^ fra høyeste tillatte væskenivå (h ), hvorved kvotienten mellom nid. x den andre og tredje følers (32,33) trykkflater (44,45) resp. mellom nevnte f orsterkningsf aktorer (f^fj) er like med den inverse verdi av kvotienten mellom de respektive føleres (32, 32' , 33, 33' ) avstand (S^S^ til det maksimalt tillatte væskenivå (h ).. max

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den første føler (5) utgjøres av en i et hus.(6) innelukket dobbeltvirkende stempelsylinder, trykkdåse (14,15) eller lignende, hvis stempelstang (10) eller lignende er anordnet til å samvirke med en trykkflate (8) som avføler væskens trykk i tanken, og at husets indre og trykkflatens innside står under innvirkning av det gass- eller lufttrykk som råder i rommet ovenfor væskeflaten.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre og tredje føler (32,33) utgjøres av en enhet bestående av en i et hus (6) innelukket dobbeltvirkende stempelsylinder, trykkdåse eller lignende, hvis gjennomgående stempelstang (34) eller lignende er anordnet til med sin ene ende å samvirke med en nedre trykkflate som avføler væsketrykket i tanken, og med sin andre ende å samvirke med en øvre trykkflate eller lignende som avføler væsketrykket i tanken, at husets indre og trykkflåtenes innside står under påvirkning av det gass- eller lufttrykk som råder i rommet ovenfor væskeflaten.

4. Anordning ifølge krav 2 og 3, karakterisert ved at følernes (5,32 og 33) dobbeltvirkende stempel-sylinders eller trykkdåses pluss- og minuskammere er tilsluttet hvert sitt stigerør (22,23,36,37) hvis slaglengde og slagvolum er regulerbare, f.eks. ved at deplasserende legemer er anbringbare i stigerørene.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver føler via ledninger (25,26 resp. 38,39) for et pneumatisk medium, er forbundet med hver sin indikator (27,40) som hver består av et U-formet transparent rør (28,41) hvis frie benender er forbundet med hver sin væskedåse (29,30 resp.

42,43) og at de transparente rør og delvis også væskedåsene er fylt med to ikke med hverandre blandbare væsker av forskjellig farge, slik at en distinkt skillelinje mellom disse dannes, hvilken er beregnet til for det første organ ved fullt væskenivå å angi dets spesifikke vekt og for det andre organ, det høyest tillatte væskenivå i tanken.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at trykkavfølende følere (5',32',33',47) er anordnet til å avgi elektriske signaler (a,b,c,d) til en elektronisk måleverdiomvandler (46).

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte elektroniske måleverdiomvandler (46) hoved-sakelig består av et flertall differensialforsterkere (F^,F2, <F>3,<F>4).

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at den elektroniske måleverdiomvandler (46) er anordnet til å avgi signaler { k^, k^) til i det minste en indikeringsanordning (40',27').