RU1793247C

RU1793247C - Гидростатический датчик уровн жидкости

Info

Publication number: RU1793247C
Application number: SU914922777A
Authority: RU
Inventors: Ефим Фишелевич Шполянский; Григорий Лаврентьевич Заграй; Михаил Иванович Пырин
Original assignee: Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика"
Priority date: 1991-03-23
Filing date: 1991-03-23
Publication date: 1993-02-07

Description

Изобретение относитс к приборостроению , а именно к уровнемерам жидкости, и может найти применение в системах контрол и учета жидкого химического сырь и продуктов в различных отрасл х промышленности .

Известен гидростатический датчик уровн жидкости, содержащий чувствительный элемент в виде сильфона, передаточный механизм, поплавковый компенсатор плотности жидкости и регистратор перемещений . Принцип действи этого датчика уровн заключаетс в преобразовании давлени гидростатического столба измер емой жидкости, действующего на сильфом, и в преобразовании перемещени подвижного дна сильфона в выходной сигнал. Поплавковый компенсатор плотности жидкости обеспечивает компенсацию температурного изменени плотности контролируемой жидкости.. . .

Недостатками этого известного датчика уровн вл етс значительна сложность конструкции и низка точность измерений, обусловленна зависимостью деформации измерительного сильфона 6т изменени давлени контролируемой жОДкЬстй и несовершенством компенсации от изменени плотности контролируемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс гидростатический датчик уровн жидкости, содержащий корпус, измерительный чувствительный элемент - сильфом, емкостный преобразователь перемещений, соединенный с подвижным дном измерительного сильфона и; поплавковый компенсатор плотности жидкости - неметаллический поплавок, соединенный разделительными сильфонами с корпусом датчика уровн .

Недостатками этого гидростатического датчика уровн жидкости вл ютс значительные погрешности от изменени давлени контролируемой среды (т.е; давление измер емого столба жидкости и статического давлени газа над слоем жидкости воздействуют только на внешнюю поверхность измерительного сильфона) и от изменени плотности контролируемой жидкости при изменении ее температуры (вследствие неравенства коэффициентов объемного расширени контролируемой жидкости и неметаллического компенсационного поплавка ). Кроме того, существенным недостатком этого уровнемера вл етс затрудненный переход на измерение уровн новой жидкости (с новым значением плотности), т.е. в этом случае необходима замена компенсационного поплавка на поплавок с новым объемом (большим или

меньшим прежнего объема). Указанные недостатки обусловливают низкую точность измерений известного уровнемера.

Целью изобретени вл етс повышениеточности измерений.

Поставленна цель достигаетс тем, что в гидростатическом датчике уровн жидкости , содержащем корпус с разделительными сильфонами, упругий чувствительный

0 элемент, преобразователь перемещений, механически соединенный с упругим чувствительным элементом и электрически соеди- . ненный с блоком формировани выходного сигнала и компенсатор плотности жидкости,

5 корпус выполнен в виде герметичной оболочки , содержащей две вертикальные трубы , чувствительный элемент выполнен в виде мембраны, неподвижный бурт которой соединен с наружной стенкой оболочки кор0 пуса, а подвижный жесткий центр мембраны соединен с внутренней стенкой оболочки корпуса посредством разделительных силь- фонов, причем полость герметичной оболочки заполнена компенсационной жидкостью.

5 На чертеже представлена схема конструкции гидростатического датчика уровн жидкости,

Датчик уровн содержит корпус, состо щий из наружной 1 и внутренней 2 герме0 тизированных концентричных оболочек, в-- состав которых вход т вертикальные трубы 3 и 4 соответственно. Внутренн оболочка корпуса 2 содержит разделительные силь- фоны 5 и 6. Подвижные торцы этих сильфо5 нов 5 и 6 соединены с жестким центром 7 . измерительной мембраны 0, наружный неподвижный бурт которой закреплен на наружной оболочке корпуса 1. Неподвижный торец сильфона 6 герметизирован дном 9, а

0 нижн часть наружной оболочки 1 (ниже измерительной мембраны 8) содержит отверсти 10 дл прохода контролируемой жидкости 11. Внутри внутренней оболочки 2 размещен дифференциальный индуктив5 ный преобразователь напр жени , содержащий магнитопроводы 12 и 13, катушки 14 и 15 и корь 16. Якорь 16 соединен с жест- ким центром 7 измерительной мембраны 8 штоком 17, который закреплен также на уп0 ругих направл ющих 18 и 19, закрепленных на оболочке 2. Полость между оболочками 1 и 2 заполнена компенсационной жидкостью 20, в качестве которой использована сама контролируема жидкость 11. Высота стол5 ба компенсационной жидкости.20 выбрана таким образом, что при нормальной температуре (+20°С) она равна верхнему пределу измерений, что вл етс базовым столбом жидкости Не датчика уровн . Базовый столб компенсационной жидкости 20 отделен от

I - нэджидкостного пространства в корпусе

2;1 емкости с контролируемой жидкостью эластичной манжетной мембраной 22, закрепленной на трубах 3 и 4. Индукционный преобразователь перемещений проводами 2 соединен с блоком формировани выходного сигнала 24,закрепленным фланцем 25

j корпусе емкости 21.

Гидростатический датчик уровн жидкости работает следующим образом.

По мере изменени уровн контроли/емой жидкости измен етс разность усилий, действующих на измерительную мембрану со стороны базового столба жидкости Нб в компенсационной полости и измер емого столба жидкости Ни. Эта разность усилий вызовет перемещение жесткого центра 7 измерительной мембраны 8. Это перемещение мембраны 8 передаетс штоку 17 и корю 16. Перемещение кор 16 относительно торцов магнитопроводов 12 и 13 измен ет выходное напр жение на катушках 14 и 15. Это выходное напр жение преобразуетс блоком формировани выходного сигнала 24 в стандартный выход- нфй сигнал датчика уровн , например в токовый сигнал 0-20 мА. Таким образом, перемещение жесткого центра измери- те|льной мембраны (а следовательно, и перемещение кор индукционного преоб- рэ зовател напр жени ) вл етс мерой уровн жидкости.

I Равновесие измерительной системы датчика уровн выражаетс зависимостью

/Об Нб (SM - Si) g /Эи Ни (SM - 82) g + + Af, (ZM+Z1 +Z2). (1)

где Нб - высота базового столба жидкости; I . Ни высота измер емого столба жидко- CTli; ..

I

/Об - плотность компенсационной жидкости;

РИ - плотность контролируемой жидкости; V .

g - ускорение силы т жести;

1 Дм - перемещение жесткого центра из- мёрительно й мембраны;

5м эффективна площадь измерительной мембраны;

Si и S2 - эффективные площади разделительных сильфонов;

ZM - жесткость измерительной мембраны;

1 Zi и 22 - жесткости разделительных сильфонов..

При равенстве плотностей компенсационной и измер емой жидкости (т.к. компенсационна полость заполнена самой контролируемой жидкостью)

(2)

Разделительные сильфоны 5 и 6 выбраны с одинаковой эффективной площадью. Тогда

10

Si 82 Sc .

(3)

Подставив (2) и (3) и выражение (1) и заменив перемещение мембраны Ям на равное ему перемещение кор Я , после пре- 15 образований получим

, р (SM - sc) (Кз - Ни)

Я ZM+2-Sc

(4)

Формула (4) вл етс основной аналитической зависимостью гидростатического датчика уровн жидкости, из которой видно , что дл конкретной конструкций датчика , дл которой эффективные площади и

жесткости мембраны и сильфонов известны , при известной плотности контролируемой жидкости, перемещение кор , а. следовательно и выходной сигнал датчика пр мо пропорциональны значению измер - .

емого уровн жидкости Ни, т.к. высота базового столба жидкости Нб посто нна (вернее, посто нно гидростатическое давление базового столба жидкости). . Высокую точность измерени обеспечивают следующие технические решени , реализованные в предлагаемом датчике уровн :

1. Наличие базового столба компенсационной жидкости обеспечивает измерение уровн контролируемой жидкости относительно посто нной точки отсчета (посто нного нул ) при любых значени х температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха, т.к. гидростатическое давление базового столба жидкости всегда посто нно.

2. Заполнение компенсационной полости самой контролируемой жидкостью обеспечивает высокоточную температурную компенсацию датчика уровн в широком диапазоне температур, т. к, плотность жидкости в контролируемой емкости и в компенсационной полости при изменении температуры измен ютс по одинаковому

закону.

3. Разделение базового столба жидкости и наджидкостного пространства в емкости с контролируемой жидкостью эластичным разделителем обеспечивает независимость измерений от статического давлени контролируемой жидкости, т.к. и на компенсационную, и на измер емую жидкости всегда воздействует одинаковое стат и ческое давление среды.

4. Эластичный же разделитель исключает испарение компенсационной жидкости, а следовательно обеспечивает и посто нство давлени ее столба.

Таким образом, введение жидкостной компенсации плотности контролируемой жидкости вместо поплавковой (как это име0

ло место в известных уровнемерах) обеспечивает значительную более высокую точность измерений (не менее чем в 2 раза), а также улучшает эксплуатационные характеристики предлагаемого датчика уровн жидкости , т.к. при переходе на измерение уровн новой контролируемой жидкости достаточно слить из компенсационной полости старую контролируемую жидкость и заменить ее новой (в уровнемере-прототипе дл этого пришлось бы заменить компенсационный поплавок).

Claims

Формула изобретени

Гидростатический датчик уровн жидкости ,.содержащий корпусе разделительными сильфонами, упругий чувствительный элемент , преобразователь перемещений, механически соединенный с упругим чувствительным элементом и электрически - с блоком формировани выходного сигнала , и компенсатор плотности жидкости, о т л и ч а ю щ и и с тем, что, с целью

повышени точности, корпус выполнен в виде герметичной оболочки, содержащей две вертикальные трубы, чувствительный элемент выполнен в виде мембраны, неподвижный бурт которой соединен с наружной стенкой оболочки корпуса, а подвижный жёсткий центр мембраны соединен с внутренней стенкой оболочки корпуса посредством разделительных сильфонов, причем полость герметичной оболочки заполнена компенсационной жидкостью.