RU1791721C - Устройство дл измерени уровн жидкости в герметичных резервуарах - Google Patents

Abstract

Использование изобретени  относитс  к приборостроению и предназначено дл  определени  уровн  жидкости, в частности в резервуарах, Чувствительный элемент из эластичного материала выполнен в виде шара , внутрь него залита жидкость и сам он закреплен на нижнем конце цилиндрической трубки, имеющей в верхней части входное окно. Уровень жидкости внутри чувствительного элемента измер етс  оптоволоконным датчиком, состо щим из источника и приемника света и излучающего и приемного светодиодов. Выше входного окна внутри трубки между ограничителем снизу и защелкой сверху на цилиндрической пружине установлен с возможностью движени  в вертикальной плоскости подпружиненный диск, к верхней поверхности которого закреплен цилиндрический шток, имеющий в средней части винтовой выступ длиной I тс L, где L обща  длина штока, проход щий через ступицу с лопаст ми и выступами, наход щуюс  между двум  дисковыми крышками, соединенными с верхней поверхностью резервуара, корпусом трубки и между собой. В теле штока по всей его длине выполнен канал, а сама трубка установлена на опороных стойках с возможностью регулировани  по высоте. 4 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  определени  уровн  жидкости, в частности в герметично закрытых емкост х.

Известно устройство дл  измерени  уровн  жидкости в емкости, содержащее в нижней части колокол, отверстие которого прикрыто тонкой эластичной мембраной, а в верхней - манометр.

Согласно данной схеме о значении измер емого уровн  суд т по давлению воздуха , заполн ющего манометрическую систему.

Однако известное устройство имеет высокую погрешность ввиду применени  эластичной мембраны и отсутстви  учета давлени  в наджидкостном пространстве. Кроме того, имеют место погрешности измерени , определ емые классом точности манометров и изменени ми плотности жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству  вл етс  указатель.уровн  жидкости, выбранный в качестве прототипа, содержащий трубку из немагнитного материала, нижней частью сообщающуюс  с жидкостью в резервуаре, а верхней - с наджидкостным пространством . Внутри трубки помещен поплавок, который снабжен трем  магнитами, расположенными под углом 120 друг отно

о

-ч ю

сительно друга в специальных гнездах с возможностью перемещени  в радиальном направлении перпендикул рно оси трубки. Снаружи вокруг трубки расположено ферромагнитное кольцо, выполненное из спи- рали и по всей окружности практически без нат га. При необходимости обеспечени  сигнализации об аварийно м уровне жидкости указатель 3&$ef Выть снабжен сигнализатором , св з1нн ймт м гштЬуправл емыми кон- тактами, уст Ао еШыми внутри трубки. Дл  контрол  уровШТёрТйётизировэнной жидкости служит эластична  оболочка, раздел юща  герметизированную жидкость и жидкость, наход щуюс  в указателе.

Недостатком данного устройства  вл етс  его низка  точность ввиду температурной погрешности.

Цель изобретени  - исключение температурной погрешности.

Цель достигаетс  тем, что введены подпружиненный диск, цилиндрический шток с винтообразной средней частью длиной I 1/3 L, где L - обща  длина штоков, и каналом, прот женным по всей длине и со- общенным одним концом с атмосферой, другим -.с внутренней полостью трубки, и спица с криволинейными лопаст ми между двум  крышками с возможностью враще- ни , при этом нижний конец штока жестко соединен с диском, снабженным выступами , вход щими в паз, выполненные на внутренней поверхности трубки, а верхний конец винтообразной части штока закреп- ,лен в ступице, трубка снабжена ограничите- лем хода диска в виде кольцевого буртика, расположенного выше в/одногоокна, и пластинчатой защелкой, установленной на.ее внутренней стенке, причем верхн   крышка выполнена с возможностью закреплени  к крышке резервуара, а нижн  .- к верхнему торцу трубки. .

Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод, что за вленное техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позвол ет сделать вывод об отсутствии в них признаков, Сходных с существенными отличительными признаками в за вленном.техническом решении, и признать его соответствующим критерию существенные отличи .

На фиг.1 показан общий вид устройства дл  измерени  уровн  жидкости; на фиг.2 - местный разрез; на фиг.З - положение приемного диска в верхней точке движени ; на фиг.4 - местный разрез.

Устройство дл  измерени  уровн  жидкости содержит (фиг..1,2) цилиндрический

корпус в виде трубки 1, котора  имеет входное окно 2, расположенное выше определенного уровн  налива жидкости, Трубка установлена вертикально внутри резерва 3 и закреплена на опорных стойках 4 с возможностью регулировани  по высоте. На нижнем конце трубки 1 закреплен чувствительный элемент 5 из эластичного материала , выполненный в форме шара, внутрь которого залита жидкость, над которой внутри трубки 1 установлены св занный с источником света 6 излучающий оптоволоконный световод 7, имеющий скошенный торец на выходе, и приемный световод 8, имеющий выпуклый торец на входе и св занный другим концом с приемником света 9, который в свою очередь электрически св зан со счетным устройством 10. Излучающий оптоволоконный световод 7 имеет пр мой входной торец, а на выходе - скошенный с углом

| С2 arc Sin (Cos .Ua)/Nc (1)

где Ua - апертурный угол с осью входа;

пс - показатель преломлени  световеду- щей жилы.

В верхней части трубки 1, выше входного окна 2 внутри самой трубки 1, между ограничителем 11 в виде кольцевого буртика снизу и пластичной защелкой 12 в пазах 13. выполненных в стенках трубки 1 параллельно ее оси, установлен с возможностью движени  в вертикальной плоскости приемный диск 14, имеющий выступы 15, совпадающие с пазами 13. В центре приемного диска 14 жестко закреплен цилиндрический шток 16, имеющий в средней части винтовой выступ 17 длиной 1 1/3 L, где L-обща  длина штока 16. В теле штока 16 по всей его длине выполнен канал 18, один конец которого сообщаетс  с атмосферой, а другой - с полостью над приемным диском 14. Верхний конец винтового выступа 17 установлен в ступице 19 с криволинейными лопаст ми 20 и выступами, котора  установлена между двум  дисковыми крышками 21 с возможностью вращени . Места выхода цилиндрического штока 16 из корпуса устройства 1 и из резервуара 3 снабжены уплотнител ми 22. Верхн   дискова  крышка закреплена за верхнюю поверхность резервуара 3, а нижн   - за корпус устройства 1 и соединены между собой по крайней мере двум  кронштейнами 23. Приемный диск 14 установлен на цилиндрической пружине 24.

Устройство работает следующим образом .

Известно, что дл  закрытых сосудов (герметичных резервуаров) расчетна  формула абсолютного давлени :

РА Ро + у h Ро + ghi РА + РИЗб (2),

где Ризб - избыточное давление в резервуаре:

р - плотность жидкости;

hi - высота столба жидкости в точке измерени  (3).

Гидростатическое, давление Рв столба жидкости высотой hi направлено внутрь объема жидкости и давит на чувствительный элемент 5, имеющий силу сопротивлени  стенок

F K«X

(3)

где К - модуль упругости материала, из ко- 20 торого выполнен чувствительный элемент 5:

X - перемещение стенок чувствительного элемента 5.

Уравнение равновеси  системы можно записать25

F + Р0 pghi + Ро Отсюда

(4)

Значение X определ етс  высотой h2 столба жидкости, залитой внутрь чувстви- тельного элемента 5 с помощью оптоволоконного датчика с внешней амплитудой модул ции интенсивности, состо щего из излучающего светодиода 7, имеющего скошенный выходной торец с углом скоса со- гласно формуле (1) дл  обеспечени  минимальных потерь света на выходе. Входной пр мой торец излучающего световода 7 св зан с источником 6. Приемный световод 8 имеет выпуклый входной торец и пр мой выходной конец, св занный с приемником света 9, который электрически св - зан со счетным устройством 10, отградуированным в единицах уровн  жидкости ..

Таким образом, направленный пучок света, отража сь от границы раздела сред жидкость - газ под различными углами (в зависимости от высоты жидкости П2, воспринимаетс  приемным оптоволоконным световодом с различной интенсивностью (в зависимости от угла отражени , падающего от излучающего световода 7 луча от границы раздела сред залита  жидкость - газ, и изменени  величины угла входного конуса лучей в приемный световод 7) и воспринимаетс  приемником света 10. Приемник света 10 выдает выходной сигнал Рвых, воспринимаемый счетным устройством 10. Счетное устройство 10 в зависимости от величины Рвых выдает значение уровн  жидкости в резервуаре.

В исходном состо нии уравнение равновеси  приемного диска;

mg + Рз Fg.

(6)

где m - масса приемного диска 14;

g - ускорение свободного падени ;

Рз - сила упругости пластинчатой защелки 12;

Fg - сила давлени  в наджидкостном пространстве.

В результате изменени  температуры окружающего воздуха (нагрев лучами солнца , перемещение слоев воздуха и т.д.) стенки резервуара получают определенное количество тепла:

Q Сцтм A ti,

(7),

где Qi - количество полученного тепла;

Ci - удельна  теплоемкость материала, из которого выполнены стенки резервуара;

mi - масса материала, из которого изготовлен резервуар;..,-.

Ац - изменение температуры стенок резервуара.

Стенки резервуара отдают часть тепла залитой жидкости

Q2 02ГП2 A t2

(8)

В результате этого система выходит из состо ни  термодинамического равновеси  и совершает работу по изменению сил давлени  и объема

AAi P AV

или

AAi P-X V( At 2),

(10)

где а - коэффициент объемного расширени  жидкости при нагревании.

Вследствие этого увеличиваетс  сила давлени  Fg и нарушаетс  равенство 5, принима  вид:

mg + Fa Fg

(11)

При этом пластич:еска$1 защёлка 12 открываетс  и приемный диск 14 начинает свое движение вверх, в этом случае выражение (11) приобретает вид:

mg Рд

Приемный диск 14 с ускорением продолжает движение вверх по пазам 13, выполненным в корпусе трубки 1 при помощи своих выступов. Так как цилиндрический шток 16 жестко закреплен на верхней поверхности приемного диска 14, то он также движетс  вверх, при этом воздейству  своим винтовым выступом 17 на выступы в ступице 19 и раскручива  ее по принципу волчка. При этом работа ДА1 по изменению сил давлени  и объема преобразуетс  во вращательное движение ступицы 19 с лопаст ми 20, котора , соверша  работу Л А2, измен ет (снижает) температуру паров и снижает величину силы Рд, действующей на приемный диск.

При достижении приемным диском 14 своего максимального верхнего положени  канал 18 сообщает атмосферу с наджидко- стным пространством, т.е. выход канала, сообщавший атмосферу с полостью над приемным диском 14, выходит из корпуса трубки 1 (фиг.2,3). При этом сила давлени  РД понижаетс  и выражение (11) приобретает вид:

Приемный диск 14 сжимает пружину 24 и опускаетс  вниз. При этом цилиндрический шток 16 своим концом выходит из уплотнени  22 в верхней части резервуара 3. открыва  доступ воздуха из атмосферы в наджидкостное пространство. После выравнивани  силы давлени  Рд и силы упругости пружины 24 получаетс 

10 тд-К2Х Рд

(16)

тд Рд

(13)

Приёмный диск 14 движетс  вниз и возвращаетс  в исходное положение, преодолев сопротивление пластинчатой защелки 12 и устанавлива  равновесие

mg + Рз Рд

При создании внутри резервуара 3 ваку- уметрического давлени  (обычно около 400 Па)

-К2Х + (15) где К - коэффициент упругости пружины 24.

т.е. пружина 24 возвращает приемный диск 14 в исходное положение. При этом цилиндрический шток 16 верхним концом входит

Claims (1)

15 в уплотнение 22 в верхней части резервуара 3, прекраща  доступ воздуха из атмосферы в наджидкостное пространство. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  уровн  жид20 кости в герметичных резервуарах, содержащее корпус в виде вертикально установленной трубки с входным окном, сообщающим внутреннюю ее полость с газообразной средой, к нижнему торцу которой

25 прикреплен чувствительный элемент из эластичного материала, заполненный рабочей жидкостью и св занный с преобразователем , отличающеес  тем, что, с целью исключени  температурной погрешности, в

30 трубку введены подпружиненный диск, цилиндрический шток с винтообразной средней частью длиной I 1 /3 L, где L - обща  длина штока, и каналом, прот женным по всей длине и сообщенным одним концом с

35 атмосферой, другим - с внутренней полостью трубки, и ступица с криволинейными лопаст ми между двум  крышками с возможностью вращени , при этом нижний конец штока жестко соединен с диском,

40 снабженным выступами, вход щими в пазы, (14)выполненные на внутренней поверхности трубки, а верхний конец винтообразной части штока закреплен в ступице, трубка снабжена ограничителем хода диска в виде

45 кольцевого буртика, расположенного выше входного окна, и пластинчатой защелкой, установленной на ее внутренней стенке, причем верхн   крышка выполнена с воз- мржЪостью прикреплени  к крышке резер50 вуара, а нижн   - к верхнему торцу трубки.

Приемный диск 14 сжимает пружину 24 и опускаетс  вниз. При этом цилиндрический шток 16 своим концом выходит из уплотнени  22 в верхней части резервуара 3. открыва  доступ воздуха из атмосферы в наджидкостное пространство. После выравнивани  силы давлени  Рд и силы упругости пружины 24 получаетс 

10 тд-К2Х Рд

(16)

Фиг.З

Вид А

Фиг.4