RU130392U1 - DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID Download PDF

Info

Publication number
RU130392U1
RU130392U1 RU2013106351/28U RU2013106351U RU130392U1 RU 130392 U1 RU130392 U1 RU 130392U1 RU 2013106351/28 U RU2013106351/28 U RU 2013106351/28U RU 2013106351 U RU2013106351 U RU 2013106351U RU 130392 U1 RU130392 U1 RU 130392U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
float
strain gauge
pressure sensor
density
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2013106351/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Яковлевич Носырев
Анастасия Петровна Хачина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority to RU2013106351/28U priority Critical patent/RU130392U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU130392U1 publication Critical patent/RU130392U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, защитную трубу с отверстиями в верхнем и нижнем ее концах, в которой расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой - с тензопреобразователем, микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем и цифровым табло, который соединен с выходом тензопреобразователя, шаговый реверсивный электродвигатель с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, кронштейн с направляющей рейкой, который установлен в верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке с возможностью его вертикального перемещения, отличающееся тем, что в нижней части поплавка выполнены отверстия, одно отверстие на высоте 20-40 мм и два в нижней его части, к которым подсоединены датчик давления и датчик перепада давления, причем датчик давления подключен к первому нижнему отверстию, а датчик перепада давления подключен к верхнему и второму нижнему отверстиям поплавка, выходы всех датчиков подключены к микроконтроллеру с аналогово-частотным преобразователем и цифровым табло.A device for measuring the level and density of a liquid containing a float in the form of a hollow cylinder, the lower end of which is hermetically closed, a protective pipe with holes in its upper and lower ends, in which the float is located, a strain gauge, a flexible cable, one end of which is connected to the float, and the other with a strain gauge, a microcontroller with an analog-to-digital converter and a digital display, which is connected to the output of the strain gauge, a stepping reversing electric motor with a micrometer screw, which is fixed Yen on its shaft, a bracket with a guide rail, which is installed in the upper end of the protective tube, and a micrometer screw connected to a strain gauge, which is mounted on the guide rail with the possibility of vertical movement, characterized in that the holes are made in the lower part of the float, one hole on 20-40 mm high and two in its lower part, to which a pressure sensor and a differential pressure sensor are connected, the pressure sensor being connected to the first lower hole and the differential pressure sensor connected to rhnemu and second lower openings of the float, the outputs of all sensors connected to the microcontroller with analog-frequency converter and a digital display.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня и плотности жидкости в замкнутых объемах, и также в местах, где происходит управление производством.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to measure the level and density of liquids in confined spaces, and also in places where production control takes place.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметически закрыт, гибкий трос, защитную трубу с отверстиями в нижнем и верхнем ее концах, гидрозатвор в виде сосуда с горловиной и стакана, которые заполнены незамерзающим негорючим жидким диэлектриком, тензопреобразователь, стержень, один конец которого соединен с тензопреобразователем, а другой со стаканом гидрозатвора [Патент РФ №2229691, МПК G01F 23/30, опубл. 27.05.2004, БИ №15, авторы Поляев Г.В. и др].A device for measuring the liquid level, containing a float in the form of a hollow cylinder, the lower end of which is hermetically closed, a flexible cable, a protective pipe with holes in its lower and upper ends, a water seal in the form of a vessel with a neck and a glass, which are filled with a non-freezing non-combustible liquid dielectric, strain gauge, a rod, one end of which is connected to the strain gauge, and the other with a glass shutter [RF Patent No. 2229691, IPC G01F 23/30, publ. 05.27.2004, BI No. 15, authors Polyaev G.V. and etc].

Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется тем, что устройство не обеспечивает измерение плотности жидкости по глубине.The disadvantage of this device is its limited functionality. This is because the device does not provide a measurement of the density of the liquid in depth.

Известно устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, защитную трубу с отверстиями в верхнем и нижнем ее концах, в которых расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой - с тензопреобразователем, микроконтроллер - с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с выходом тензопреобразователя и шаговый реверсивный электродвигатель с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, с кронштейном с направляющей рейкой, который установлен в верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке с возможностью его вертикального перемещения [Патент РФ №2277229, МПК: G01F 23/30, G01N 9/10, опубликовано 27.05.2006, БИ №15, авторы Бердников A.M. и др].A device is known for measuring the level and density of a liquid, containing a float in the form of a hollow cylinder, the lower end of which is hermetically closed, a protective pipe with holes in its upper and lower ends, in which the float is located, a strain gauge, a flexible cable, one end of which is connected to the float, and the other with a strain gauge, the microcontroller with an analog-to-digital converter, which is connected to the output of the strain gauge and a step reversing electric motor with a micrometer screw, which is mounted on its shaft, with a bracket with a guide rail that is installed at the upper end of the protective tube, and a micrometer screw connected to a strain gauge that is mounted on the guide rail with the possibility of its vertical movement [RF Patent No. 2277229, IPC: G01F 23/30, G01N 9 / 10, published 05.27.2006, BI No. 15, authors Berdnikov AM and etc].

Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности - измерение плотности по глубине и отсутствие возможности тарировки устройства без его отключения.The disadvantage of this device is its limited functionality - density measurement in depth and the inability to calibrate the device without turning it off.

Данное техническое устройство выбрано в качестве прототипа.This technical device is selected as a prototype.

Техническим результатом является расширение функциональной возможности устройства за счет измерения плотности по глубине и массы жидкости.The technical result is to expand the functionality of the device by measuring density in depth and mass of the liquid.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения уровня и плотности жидкости, содержащем поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, защитную трубу с отверстиями в верхнем и нижнем ее концах, в которой расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой - с тензопреобразователем, микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем и цифровым табло, который соединен с выходом тензопреобразователя, шаговый реверсивный электродвигатель с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, кронштейн с направляющей рейкой, который установлен в верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке с возможностью его вертикального перемещения, согласно полезной модели, в нижней части поплавка выполнены отверстия, одно отверстие на высоте 20-40 мм и два в нижней его части, к которым подсоединены датчик давления и датчик перепада давления, причем датчик давления подключен к первому нижнему отверстию, а датчик перепада давления подключен к верхнему и второму нижнему отверстиям поплавка, выходы всех датчиков подключены к микроконтроллеру с аналогово-частотным преобразователем и цифровым табло.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the level and density of the liquid containing the float in the form of a hollow cylinder, the lower end of which is hermetically closed, a protective pipe with holes in its upper and lower ends, in which the float, strain gauge, flexible cable, is located, one the end of which is connected to the float, and the other to the strain gauge, a microcontroller with an analog-to-digital converter and a digital display, which is connected to the output of the strain gauge, a stepping reversible electric motor with a micrometer screw that is mounted on its shaft, a bracket with a guide rail that is installed at the upper end of the protective tube, the micrometer screw connected to a strain gauge that is mounted on the guide rail with the possibility of its vertical movement, according to a utility model, in the lower part of the float holes are made, one hole at a height of 20-40 mm and two in its lower part, to which a pressure sensor and a differential pressure sensor are connected, and the pressure sensor is connected to the first lower a verst, and the differential pressure sensor is connected to the upper and second lower holes of the float, the outputs of all sensors are connected to a microcontroller with an analog-to-frequency converter and a digital display.

Датчик давления и датчик перепада давления позволяют измерить плотность жидкости на любом уровне без отключения устройства.The pressure sensor and differential pressure sensor allow you to measure the density of the liquid at any level without turning off the device.

На фиг. представлено устройство для измерения уровня и плотности жидкости.In FIG. A device for measuring the level and density of a liquid is presented.

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости содержит: вертикально расположенную защитную трубу 1, отверстия 2 и 3, поплавок 4, гибкий трос 5, тензопреобразователь 6, микроконтроллер 7 с аналогово-частотным преобразователем и цифровым табло, кронштейн 8, направляющую рейку 9, шаговый реверсивный электродвигатель 10, микрометрический винт 11, нижнее первое отверстие 12, нижнее второе отверстие 13, верхнее отверстие 14, датчик давления 15 и датчик перепада давления 16.A device for measuring the level and density of a liquid contains: a vertically arranged protective tube 1, holes 2 and 3, a float 4, a flexible cable 5, a strain gauge 6, a microcontroller 7 with an analog-to-frequency converter and a digital display, an arm 8, a guide rail 9, a stepwise reversible an electric motor 10, a micrometer screw 11, a lower first hole 12, a lower second hole 13, an upper hole 14, a pressure sensor 15 and a differential pressure sensor 16.

При измерении уровня жидкости устройство работает следующим образом.When measuring the liquid level, the device operates as follows.

В исходном положении уровень жидкости в резервуаре ниже предельного или отсутствует. В этом случае нижний конец поплавка 4 не контактирует с жидкостью. Под действием силы тяжести поплавка 4 FT=mg тензопреобразователь испытывает деформацию порядка 0,1 мм, где m - масса поплавка, g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения. В данном случае на цифровом табло микроконтроллера 7 высвечивается "0". При поступлении жидкости в резервуар на поплавок 4 действует давление P=ρgH, где ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, Н - высота уровня жидкости.In the initial position, the liquid level in the tank is below the limit or absent. In this case, the lower end of the float 4 is not in contact with the liquid. Under the influence of the gravity of the float 4 F T = mg, the strain gauge experiences a strain of the order of 0.1 mm, where m is the mass of the float, g = 9.8 m / s 2 is the acceleration of gravity. In this case, “0” is displayed on the digital display of the microcontroller 7. When liquid enters the tank, the float 4 acts under pressure P = ρgH, where ρ is the density of the liquid, g is the acceleration of gravity, and N is the height of the liquid level.

Под действием этого давления выталкивающая сила, равная ρ gHS, где S - площадь основания поплавка, перемещает поплавок вверх. Под действием выталкивающей силы деформация тензопреобразователя 6 снижается, и на его выходе появляется электрический сигнал U1, значение которого пропорционально уровню Н жидкости. Электрический сигнал с выхода тензопреобразователя 6 поступает на вход АЦП микроконтроллера 7, и его цифровое табло показывает измеренный уровень Н жидкости.Under the influence of this pressure, a buoyancy force equal to ρ gHS, where S is the area of the base of the float, moves the float up. Under the action of the buoyant force, the strain of the strain gauge 6 decreases, and an electric signal U 1 appears at its output, the value of which is proportional to the level N of the liquid. The electrical signal from the output of the strain gauge 6 is fed to the input of the ADC of the microcontroller 7, and its digital display shows the measured liquid level H.

При измерении плотности жидкости устройство работает следующим образом.When measuring the density of a liquid, the device operates as follows.

Микроконтроллер 7 запоминает величину электрического сигнала U1, который поступает на его вход от тензопреобразоателя 6, пропорциональный измеренному уровню h1 жидкости. С выхода управляющего микроконтроллера 7 электрические импульсы поступают на вход шагового реверсивного электродвигателя 10, закрепленного на кронштейне 8, вал его поворачивается, и микрометрический винт 11 перемещает вверх тензопреобразователь 6 по наравляющей рейке 9, трос 5 и поплавок 4, который переходит в положение h2. В этом случае электрический сигнал, величина которого равна U2, поступает от тензопреобразователя 6 на первый вход микроконтроллера 7.The microcontroller 7 remembers the magnitude of the electrical signal U 1 , which is supplied to its input from the strain gauge 6, proportional to the measured liquid level h 1 . From the output of the control microcontroller 7, electric pulses are fed to the input of the stepping reversible electric motor 10 mounted on the bracket 8, its shaft rotates, and the micrometer screw 11 moves the strain gauge 6 along the leveling rail 9, the cable 5 and the float 4, which goes into position h 2 . In this case, an electrical signal, the value of which is equal to U 2 , comes from the strain gauge 6 to the first input of the microcontroller 7.

Разность потенциалов от тензопреобразователя 6 при положении поплавка h1 и h2 равна ΔU=U1-U2,The potential difference from the strain transducer 6 when the position of the float h 1 and h 2 is equal to ΔU = U 1 -U 2 ,

Figure 00000002
Figure 00000002

где k - коэффициент пропорциональности;where k is the coefficient of proportionality;

h2-h1=const.h 2 -h 1 = const.

Микроконтроллер 7 в соответствии с соотношением (1) определяет плотность жидкости, так как ΔU=f(P) его цифровое табло показывает измеренную плотность жидкости.The microcontroller 7 in accordance with the relation (1) determines the density of the liquid, since ΔU = f (P) its digital display shows the measured density of the liquid.

После этого с выхода управляющего микроконтроллера 7 поступают электрические импульсы на вход шагового реверсивного электродвигателя 10, и вал его поворачивается в обратном направлении. В этом случае микрометрический винт 11 перемещает тензопреобразователь 6 с тросом 5 вниз, поплавок 4 занимает исходное положение h1 и устройство переходит в режим измерения уровня.After that, the output of the control microcontroller 7 receives electrical impulses to the input of the stepping reversible electric motor 10, and its shaft rotates in the opposite direction. In this case, the micrometer screw 11 moves the strain gauge 6 with the cable 5 down, the float 4 occupies the initial position h 1 and the device enters the level measurement mode.

Для измерения массы жидкости и плотности жидкости, а также для контроля работы тарировки устройства без отключения устройства используются показания датчика давления 15, подключенного к отверстию 12 и датчика перепада давления 16, подключенного к отверстиям 13 и 14. Показания датчиков соответствуют следующим зависимостям P=ρgH, ΔP=ρgΔh. Отсюда ρ=ΔP/(gΔh), где Δh известная величина, a H=P/(ρg). Масса жидкости в сосуде равна M=FHρ, где известная площадь сосуда. Для измерения плотности жидкости по глубине поплавок перемещается из глубины до поверхности и на контрольных глубинах производят замер давления и перепада давления по ним определяют плотность ρ=ΔP/(g·Δh) и определяют глубину H=P/(ρ·g). Устойчивое положение поплавка 4 при поступлении жидкости в резервуар или ее сливе обеспечивает защитная труба 1 и отверстия в 2 и 3, сделанные в верхнем и нижнем концах трубы, что исключает сбои или потерю информации.To measure the mass of the liquid and the density of the liquid, as well as to control the calibration of the device without turning off the device, the readings of the pressure sensor 15 connected to the hole 12 and the differential pressure sensor 16 connected to the holes 13 and 14 are used. The readings of the sensors correspond to the following dependences P = ρgH, ΔP = ρgΔh. Hence, ρ = ΔP / (gΔh), where Δh is a known quantity, and H = P / (ρg). The mass of liquid in the vessel is M = FHρ, where the known area of the vessel. To measure the density of the liquid along the depth, the float moves from depth to the surface and at control depths, pressure is measured and the pressure drop is used to determine the density ρ = ΔP / (g · Δh) and the depth H = P / (ρ · g) is determined. A stable position of the float 4 when the liquid enters the tank or drains it provides a protective pipe 1 and holes in 2 and 3, made in the upper and lower ends of the pipe, which eliminates failures or loss of information.

Предлагаемое устройство для измерения уровня и плотности позволяет повысить точность измерения плотности по высоте, а затем определить наличие примесей и массу жидкости.The proposed device for measuring the level and density allows you to increase the accuracy of measuring density by height, and then determine the presence of impurities and the mass of liquid.

Claims (1)

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, защитную трубу с отверстиями в верхнем и нижнем ее концах, в которой расположен поплавок, тензопреобразователь, гибкий трос, один конец которого соединен с поплавком, а другой - с тензопреобразователем, микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем и цифровым табло, который соединен с выходом тензопреобразователя, шаговый реверсивный электродвигатель с микрометрическим винтом, который закреплен на его валу, кронштейн с направляющей рейкой, который установлен в верхнем конце защитной трубы, причем микрометрический винт связан с тензопреобразователем, который установлен на направляющей рейке с возможностью его вертикального перемещения, отличающееся тем, что в нижней части поплавка выполнены отверстия, одно отверстие на высоте 20-40 мм и два в нижней его части, к которым подсоединены датчик давления и датчик перепада давления, причем датчик давления подключен к первому нижнему отверстию, а датчик перепада давления подключен к верхнему и второму нижнему отверстиям поплавка, выходы всех датчиков подключены к микроконтроллеру с аналогово-частотным преобразователем и цифровым табло.
Figure 00000001
A device for measuring the level and density of a liquid containing a float in the form of a hollow cylinder, the lower end of which is hermetically closed, a protective pipe with holes in its upper and lower ends, in which the float is located, a strain gauge, a flexible cable, one end of which is connected to the float, and the other with a strain gauge, a microcontroller with an analog-to-digital converter and a digital display, which is connected to the output of the strain gauge, a stepping reversing electric motor with a micrometer screw, which is fixed Yen on its shaft, a bracket with a guide rail, which is installed in the upper end of the protective tube, and a micrometer screw connected to a strain gauge, which is mounted on the guide rail with the possibility of vertical movement, characterized in that the holes are made in the lower part of the float, one hole on 20-40 mm high and two in its lower part, to which a pressure sensor and a differential pressure sensor are connected, the pressure sensor being connected to the first lower hole and the differential pressure sensor connected to rhnemu and second lower openings of the float, the outputs of all sensors connected to the microcontroller with analog-frequency converter and a digital display.
Figure 00000001
RU2013106351/28U 2013-02-13 2013-02-13 DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID RU130392U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106351/28U RU130392U1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106351/28U RU130392U1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU130392U1 true RU130392U1 (en) 2013-07-20

Family

ID=48790891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013106351/28U RU130392U1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU130392U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A continuous water-level sensor based on load cell and floating pipe
US20140096603A1 (en) Accurate fluid level measurement device
CN104280096A (en) Self-floating water level tester
CN207317897U (en) A kind of open space Weighing type liquid level meter
RU130392U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND DENSITY OF A LIQUID
CN200958992Y (en) Magnetic-striction evaporating sensor
US5343743A (en) Asymmetrical displacement flowmeter
CN203502061U (en) Rotor flow meter
CN102759388A (en) Foam-resisting liquid level detector
CN105841779B (en) Non-direct contact type underground water level meter
CN110554447A (en) magnetostrictive rain gauge and rain sensing method
CN112326073B (en) Soil pressure measuring device for model test and calibration method thereof
CN204240908U (en) Sediment thickness survey instrument at the bottom of priming concrete pile hole
CN203964995U (en) Novel anti-fluctuation liquid level scale
RU2631017C2 (en) Method of measuring vertical profile of sea water density and device for its implementation
CN210142435U (en) Portable buoyancy experiment demonstration device for physical teaching
CN208984076U (en) Hydrology low water level high flow rate water gauge
RU2277229C1 (en) Device for measuring level and density of liquid
CN201765024U (en) Remote indirect liquid depth measurement and display device
CN103726516A (en) High-precision cast-in-place pile pore diameter detection technology
CN102323003A (en) High-accuracy automatic liquid pressure gauge
CN203024764U (en) Level gauge
CN204405481U (en) Changeable fluid picnometer
CN111693114A (en) Large-scale oil storage tank liquid level meter
CN212721663U (en) Density measuring device of constant volume tube piston type oil-gas-water multiphase flowmeter

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140214