RU1830459C - Способ измерени уровн жидкости - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  уровн  жидкости в любых отрасл х науки и техники. Сущность изобретени : способ основан на измерении давлени , развиваемого весом столба жидкости. Дл  решени  задачи выбирают соответствующие требуемому диапазону измерений упругий чувствительный элемент и измеритель перемещений, соедин ют их между собой, к рабочей полости упругого чувствительного элемента герметично подсоедин ют вертикальный сосуд посто нного сечени , пор дка 1 -5см2, высотой , превышающей уровень верхнего преИзобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение дл  измерени  уровн  жидкости в любых отрасл х науки и техники, дл  реализации в уровнемерах жидкости, основанных на измерении давлени  гидростатического столба жидкости . Предложенный способ обеспечивает упрощение измерени  уровн  и повышение точности измерений за счет компенсации вли ни  плотности контролируемой жидкости столбом самой контролируемой жидкодела измерени , при нормальной температуре заполн ют вертикальный сосуд контролируемой жидкостью до уровн  верхнего предела измерений, погружают собранную систему в емкость с контролируемой жидкостью до совмещени  оси упругого чувствительного элемента с уровнем нижнего предела измерений и при любых значени х давлени  и температуры контролируемой жидкости и окружающего воздуха измер ют пропорционально измер емому уровню жидкости перемещение упругого чувствительного элемента. Уровень контролируемой жидкости определ ют по формуле Н) Нв.п.- MJ, где Hi - уровень жидкости в измер емойЧ-й точке диапазона измерений; Нв.п - верхний Предел измерени  уровн  жидкости; - перемещение , зарегистрированное измерите лем перемещени  в i-й точке измерений; К - коэффициент, посто нный дл  данной системы измерений: К 2/(р S). где р - плотность контролируемой жидкости ; S - эффективна  площадь упругого чувствительного элемента.-Z- жесткость упругого чувствительного элемента. Гил. w Ј сти, равным по высоте верхнему пределу измерений, При этом одновременно обеспечиваетс  компенсаци  от изменени  давлени  контролируемой среды и от изменени  температуры, т.к. вс  система измерений помещена в контролируемую среду. Предлагаемый способ по сн етс  примером его реализации и чертежом, на котором представлена схема измерени  уровн  жидкости. Выбирают измерительный упругий чувствительный , элемент, например, сильфом 1 00 Ы 2 с  о

Description

с известными характеристиками (эффективной площадью S и жесткостью Z). Подвижное дно сильфона 1 соедин ют с входом измерител  перемещений 2 с помощью передаточного элемента 3. В качестве измерител  перемещений 2 может быть использован емкостный , индукционный или какой-нибудь другой преобразователь перемещений в выходной сигнал. Рабоча  полость сильфона 1 соединителем 4 герметично подсоедин етс  к вертикальному сосуду 5, представл ющему собой трубку посто нного сечени , причем сечение этой трубки должно быть незначительным (пор дка t см2), а высота этой трубки должна превышать планируемый верхний предел измерени  уровн  жидкости . При нормальной температуре (20°С) заполн ют внутреннюю полость вертикальной трубки 5 и сильфона 1 компенсационной жидкостью 6, в качестве которой используют саму контролируемую жидкость 7. Погружают собранную систему измерений в емкость 8 с контролируемой жидкостью 7, вывод т линию св зи 9 измерител  перемещений 2 через уплотнитель 10. Совмещают продольную ось сильфона 1 с уровнем нижнего предела измерений. Система измерений готова. Необходимотолько согласовать Нуль измерител  перемещений 2 с положением подвижного дна сильфона 1 при значении уровн  контролируемой жидкости, соответствующем нижнему пределу измерений. Теперь любому значению измер емого уровн  жидкости HI будет соответствовать совершенно определенное значение перемещени  подвижного дна сильфона Л, регистрируемое измерителем перемещений.

Равновесие в системе измерений выражаетс  равенством

рНв.п Hi S + Z Ai .

(1)

Отсюда перемещение подвижного дна сильфона (оно же перемещение Л, регистрируемое измерителем перемещений) будет равно

1 P S (НВп HI)

(2)

о

Из выражени  (2) видно, что дл  данной конкретной системы измерений, когда известны эффективна  площадь и жесткость упругого чувствительного элемента, и плотность контролируемой жидкости р. перемещение А Пр мо пропорционально разности столбов жидкости: базового столба Нв.п. и измер емого Hi.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Задавшись конкретными характеристиками упругого чувствительного элемента - сильфона (эффективной площадью S и жесткостью Z) и контролируемой жидкости (плотностью р и коэффициентом объемного расширени  /8), выполнив вычислени  по формуле (2), легко убедитьс , что при любых значени х температуры погрешность измерений составл ет минимальную величину. Например, при значени х р 1,0 г/см , уЗ 0,001°С, см2, и Z 150 кгс/см2 при любом диапазоне измерений от 0 до 1000 см погрешность от измерени  температуры на 100°С составл ет всего 1 % от номинального перемещени  Д, или 0,1 % на 10°С (дл  краткости изложени  расчеты здесь не привод тс ). Это в 2,5 раза меньше температурной погрешности промышленного уровнемера УВС-М, упоминавшегос  выше.

Нетрудно убедитьс , что на точность измерений по предлагаемому способу совершенно не вли ет статическое давление контролируемой жидкости, т.к. одно и то же давление, установившеес  в емкости 8, одновременно воздействует и на контролируемую жидкость 7 и на компенсационную жидкость б в вертикальной трубке 5. Точно так на измер емую и компенсационную жидкости одинаково воздействуют температуры контролируемой жидкости и окружающей среды, т.к. вс  система измерений находитс  внутри емкости 8.

Еще одним существенным преимуществом предлагаемого способа измерений  вл етс  то положение, что измер емый уровень жидкости автоматически приводитс  к нормальным услови м (к температуре 20°С), что облегчает использование результатов измерени  уровн  дл  учетно-расчет- ных операций. Это приведение результатов измерени  к 20°С обеспечиваетс  заполнением вертикальной трубы компенсационной жидкостью при этой температуре (20РС) до требуемого верхнего предела измерений Нв.п.. При изменении температуры в большую или меньшую сторону высота компенсационного (базового) столба жидкости в вертикальной трубе измен етс  от определенного минимального до определенного максимального значени , но вес этого столба жидкости, а следовательно, и развиваемое им давление на упругом чувствительном элементе остаетс  практически неизменным , т.е. обеспечиваетс  измерение уровн  жидкости HI относительно посто нной базы (точки отсчета)

Преобразовав уравнение (1), получим текущее (измер емое) значение уровн  контролируемой жидкости:

Hi - Нв.п TJTC

(3)

Обозначив посто нные дл  данной системы величины через К получим:

Hi Нв.п - К Ж.

о

Вычислив числовое значение

А - рЪ

и подставив его значение вместе со значением Нв.п. в выражение (4), свод т процесс определени  уровн  жидкости к упрощенной до минимума операции: определ ют в единицах длины перемещение А. зарегистрированное измерителем перемещений, и по формуле (4) вычисл ют измеренный уровень жидкости.

Claims (1)

1. Формула из об р е т е н и   Способ измерени  уровн  жидкости, при котором погружают упругий чувствительный элемент, соединенный с преобразователем его перемещений, в контролируемую среду на уровень нижнего предела измерений и фиксируют выходной сигнал преобразовател  перемещений, отличающийс  тем.

   что, с целью повышени  точности, предварительно подсоедин ют герметично к внутренней полости чувствительного элемента перпендикул рно к его продольной оси вертикзльный сосуд посто нного сечени  1-5 см2 с высотой больше рассто ни  до уровн  верхнего предела измерени  и заполн ют его при нормальной температуре контролируемой жидкостью до уровн  верхнего предела измерений, а уровень контролируемой жидкости Hi определ ют по формуле:

   Hi - Нв.п -К А,

   где Н8.п - верхний предел измерений;

   k - перемещение чувствительного элемента , зафиксированное измерителем в 1-й точке измерени ;

   К - коэффициент, посто нный дл  дан- ной системы измерений

   -Л Л5

   где р - плотность контролируемой жидкости;

   S - эффективна  площадь упругого элемента ,

   Z - жесткость упругого чувствительного элемента.

   Уровень БАЗОВОГО упжплСТОЛЕЛ ВРИ ima

   УРОВень БАЯОвОГО /

   СТОЛБА ПРИ tmtn / У омньшом- го CTOJJBA ПРИ