RU2047845C1

RU2047845C1 - Device to measure level and density

Info

Publication number: RU2047845C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Булгаков; Анатолий Серафимович Пичугин
Original assignee: Анатолий Александрович Булгаков; Анатолий Серафимович Пичугин
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device to measure level and density has multiprocessor controller 1, measuring pulleys 5, 13, pulleys with counterweights 6, 14, counters 9 and 17 in the form of perforated discs, optical movement pickups 10 and 18, multilink buoy 11. Float has hole where upper part of buoy is mounted for movement. Buoy and float are coupled to proper measuring pulley via transmission mechanism. Multiprocessor controller is connected to optical movement pickups put on corresponding counter. Each counter is installed on proper measuring pulley. EFFECT: improved operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам измерения уровня и плотности жидкости. The invention relates to measuring equipment, namely to instruments for measuring the level and density of a liquid.

Известен поплавковый уровнемер с пружинным уравновешиванием. В нем поплавок (чувствительный элемент), перемещающийся вместе с уровнем жидкости, через мерную перфорированную ленту, намотанную на накопительный шкив и подтянутую пружинным двигателем постоянного момента, приводит в движение мерный шкив, вращение которого передается отсчетному устройству. Known float level gauge with spring balancing. In it, a float (sensing element) moving together with the liquid level, through a perforated measuring tape wound on a storage pulley and pulled by a spring-loaded constant-torque motor, drives the measuring pulley, the rotation of which is transmitted to the reading device.

Однако известный уровнемер имеет ряд недостатков. However, the known level gauge has several disadvantages.

Сцепление без проскальзывания мерного шкива с мерной лентой обеспечивается перфорацией мерной ленты и запрессовкой штырей на мерном шкиве; в процессе эксплуатации штыри разбивают перфоотверстия, что приводит к искажению показаний прибора. The clutch without slipping of the measuring pulley with the measuring tape is provided by perforation of the measuring tape and mounting the pins on the measuring pulley; during operation, the pins break perforations, which leads to a distortion of the instrument readings.

Двойная длина (относительно высоты резервуара) мерной ленты из-за установки уровнемера у основания резервуара, а не на крышке; как следствие значительные температурные перепады для той части мерной ленты, которая находится в защитной трубе вне резервуара. Температурная девиация показаний прибора может достигать 10-20 мм. Система угловых роликов, гидрозатвор, несколько пар подшипниковых опор в самом датчике значительно снижают эксплуатационную надежность уровнемера. Ограниченные функциональные возможности (отсутствие возможности измерения плотности). Низкая точность измерения. Double length (relative to the height of the tank) of the measuring tape due to the installation of the level gauge at the base of the tank, and not on the lid; as a result, significant temperature differences for that part of the measuring tape, which is located in the protective tube outside the tank. The temperature deviation of the readings of the device can reach 10-20 mm. The system of angle rollers, a water lock, several pairs of bearing bearings in the sensor itself significantly reduce the operational reliability of the level gauge. Limited functionality (lack of ability to measure density). Low measurement accuracy.

Известен также уровнемер КОР-ВОЛ, действующий на принципе сопровождающего регулирования, посредством электрической вспомогательной энергии. В нем поплавок, следящий за уровнем жидкости, через измерительную нить смещает рычаг с флажком дифференциального трансформатора; сигнал рассогласования с последнего, усиленный усилителем, приводит в движение реверсивный двигатель, который вращает мерный шкив с измерительной нитью в ту или иную сторону до компенсации рассогласования. Also known is the KOR-VOL level gauge, acting on the principle of accompanying regulation, by means of electrical auxiliary energy. In it, a float that monitors the liquid level, through the measuring thread, shifts the lever with the flag of the differential transformer; the mismatch signal from the latter, amplified by the amplifier, drives a reversible motor, which rotates the measuring pulley with the measuring thread in one direction or another until the mismatch is compensated.

В этом приборе имеется ряд недостатков. Узкие функциональные возможности отсутствует возможность измерения плотности. Высокая сложность: сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности. Как следствие прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность. Значительная потребляемая электрическая мощность прибора требует взрывопроницаемого исполнения при использовании его во взрывоопасных средах, что ведет к большой его стоимости. This device has a number of disadvantages. Narrow functionality missing the ability to measure density. High complexity: a complex kinematic scheme, including several pairs of bearing bearings, a water seal; complex electrical circuit including a servo drive, differential transformer, power amplifier. As a result, the device has a high cost and low operational reliability. Significant consumed electrical power of the device requires an explosive performance when used in explosive atmospheres, which leads to its high cost.

Наиболее близким к заявляемому является датчик удельного веса жидкости. Измеритель уровня в этом приборе использует принцип сопровождающего регулирования посредством электрической вспомогательной энергии. Измеритель удельного веса жидкости работает на аналогичном принципе (следящее регулирование). Чувствительным элементом удельного веса жидкости является буек, выполненный в форме шарнирного четырехзвенника, расположенного в вертикальной плоскости, при этом буек распределен по всей высоте столба жидкости. Closest to the claimed is the sensor of the specific gravity of the liquid. The level meter in this device uses the principle of accompanying regulation by means of electrical auxiliary energy. The liquid specific gravity meter works on a similar principle (tracking regulation). A sensitive element of the specific gravity of the liquid is a buoy made in the form of an articulated four-link located in a vertical plane, while the buoy is distributed over the entire height of the liquid column.

Недостатками известного решения являются: сложность прибора: сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности. Отсюда: прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность. Прибор требует значительных дополнительных затрат для его взрывонепроницаемости, например при использовании во взрывоопасных средах. Значительное энергопотребление прибора за счет использования двигателя, двух усилителей мощности, дифтрансформатора, элементов электромагнитной силовой обратной связи. The disadvantages of the known solutions are: the complexity of the device: a complex kinematic scheme, including several pairs of bearing bearings, a water seal; complex electrical circuit including a servo drive, differential transformer, power amplifier. Hence: the device has a high cost and low operational reliability. The device requires significant additional costs for its explosion proofness, for example when used in explosive atmospheres. Significant power consumption of the device due to the use of an engine, two power amplifiers, a transformer, elements of electromagnetic power feedback.

Задачей изобретения является создание датчика со смещением центра тяжести проблемы преобразования сигнала на вторичных интеллектуально-измерительный преобразователь микропроцессорный контроллер. Одновременно с этим решалась задача упрощения механической части преобразователя снижение точностных, технологических и других требований к его узлам и деталям. Задачей изобретения являлось также совмещение функций измерения уровня и плотности. The objective of the invention is to provide a sensor with a displacement of the center of gravity of the problem of converting the signal to a secondary intelligent measuring transducer microprocessor controller. At the same time, the task of simplifying the mechanical part of the converter was reduced, reducing precision, technological and other requirements for its components and parts. The objective of the invention was also the combination of the functions of measuring level and density.

Для этого в датчике уровня и плотности, состоящего из датчика уровня, в который входит поплавок, передающий элемент, мерный шкив, двигатель постоянного момента, счетчик; и датчика плотности, включающего многозвенный шарнирный буек, передающий элемент, новым является то, что у датчика уровня двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом, а счетчик в виде диска, например, перфорированного, передающего сигнал движения через датчик перемещения, например, оптический микропроцессорному контроллеру, а датчик плотности дополнительно содержит мерный шкив, двигатель постоянного момента, выполненный в виде шкива с противовесом, а также счетчик в виде диска, например, перфорированного, передающего сигнал движения через датчик, например, оптически микропроцессорному контроллеру, а многозвенный шарнирный буек имеет в верхней своей части форму цилиндра, при этом датчик уровня и плотности выполнены с возможностью взаимодействия буйка и поплавка. To do this, in the level and density sensor, consisting of a level sensor, which includes a float, a transmitting element, a measuring pulley, a constant torque motor, a counter; and a density sensor including a multi-link articulating buoy transmitting element, it is new that the level sensor has a constant torque motor in the form of a pulley with a counterweight, and a counter in the form of a disk, for example, perforated, transmitting a motion signal through a displacement sensor, for example, an optical microprocessor controller, and the density sensor additionally contains a measured pulley, a constant torque motor, made in the form of a pulley with a counterweight, as well as a counter in the form of a disk, for example, perforated, transmit its signal through a motion sensor, e.g., optical microprocessor controller, a multi-link hinge displacer has in its upper part, a cylindrical shape, wherein the level sensor and the density are adapted to cooperate displacer and displacer.

Совокупность существенных признаков позволила значительно упростить первичный преобразователь и качественно изменить потребительские свойства прибора в целом за счет возможности проведения контроля значимости и допускового контроля полученных результатов; возможности автоматической коррекции систематических погрешностей первичного преобразователя (нелинейность, дрейф параметров) и дестабилизированных факторов (температура, плотность); возможности усреднения полученных результатов; возможности проведения косвенных измерений и расчета различных производных величин (объема, расхода, массы, уставок, предельных уровней и т.д.); возможности программирования параметров и режима работы с центрального устройства управления; возможности передачи полученной информации на внешние устройства в цифровой форме по заданному протоколу обмена с одновременным контролем достоверности передаваемых данных; возможности самоконтроля прибора в целом в автоматическом режиме. The set of essential features allowed us to significantly simplify the primary converter and to qualitatively change the consumer properties of the device as a whole due to the possibility of monitoring the significance and tolerance control of the results; the possibility of automatic correction of systematic errors of the primary transducer (nonlinearity, parameter drift) and destabilized factors (temperature, density); the possibility of averaging the results; the possibility of making indirect measurements and calculating various derived quantities (volume, flow rate, mass, settings, limit levels, etc.); Possibility of programming parameters and operating mode from the central control device; the possibility of transmitting the received information to external devices in digital form according to a specified exchange protocol with simultaneous control of the reliability of the transmitted data; self-monitoring capabilities of the device as a whole in automatic mode.

Значительными преимуществами первичного преобразователя датчика уровня и плотности являются простая кинематическая схема устройства, содержащая всего по одной паре подшипниковых опор, что позволяет снизить трение в системе и повысить точность измерения, практическое отсутствие потребления электроэнергии за исключением маломощных цепей датчиков перемещения; датчик имеет один из простых и дешевых вариантов обеспечения взрывозащиты искробезопасную цепь; датчик прост в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Significant advantages of the primary transducer of the level and density sensor are a simple kinematic diagram of the device, containing only one pair of bearing bearings, which allows to reduce friction in the system and increase the accuracy of measurement, the practical absence of electricity consumption with the exception of low-power circuits of displacement sensors; the sensor has one of the simple and cheap options for providing explosion protection with an intrinsically safe circuit; The sensor is easy to manufacture, install and operate.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Датчик уровня и плотности состоит из двух основных конструкций: датчика уровня и датчика плотности, информация с которых объединяется в микропроцессорном контроллере 1. Датчик уровня состоит из поплавка 2, перемещающегося по направляющим струнам 3, который связан передающим элементом 4, выполненным в виде мерной ленты с мерным накопительным шкивом 5, на оси которого крепится шкив противовеса 6, связанный тросом 7 с противовесом 8. К торцу мерного шкива крепится диск 9 с перфорированными отверстиями, который взаимодействует с датчиком 10 перемещения; сигнал с последнего поступает на микропроцессорный контроллер. Внутри поплавка находится отверстие, в котором вертикально перемещается цилиндрическая часть многозвенного шарнирного буйка 11. Буек связан передающим элементом 12, выполненным в виде мерной ленты с мерным накопительным шкивом 13, на оси которого крепится шкив противовеса 14, связанный тросом 15 с противовесом 16. К торцу мерного шкива крепится диск 17 с перфорированными отверстиями, при этом он взаимодействует с датчиком 18 перемещения, сигнал с которого поступает на микропроцессорный контроллер. The level and density sensor consists of two main structures: a level sensor and a density sensor, information from which is combined in the microprocessor controller 1. The level sensor consists of a float 2 moving along the guide strings 3, which is connected by a transmitting element 4, made in the form of a measuring tape with a measuring storage pulley 5, on the axis of which a counterweight pulley 6 is attached, connected by a cable 7 to a counterweight 8. A disk 9 with perforated holes is attached to the end of the measuring pulley, which interacts with the sensor 10 scheniya; the signal from the latter enters the microprocessor controller. Inside the float there is an opening in which the cylindrical part of the multi-link articulated buoy 11 is vertically moved. The displacer is connected by a transmitting element 12 made in the form of a measuring tape with a measuring storage pulley 13, on the axis of which a counterweight pulley 14 is connected, connected by a cable 15 with a counterweight 16. To the end a measuring pulley is attached to the disk 17 with perforated holes, while it interacts with the displacement sensor 18, the signal from which is fed to the microprocessor controller.

Работа датчика основана на следящем принципе действия поплавка и буйка, плавающих на поверхности жидкости и перемещающихся вместе с ее уровнем. В процессе определения уровня жидкости поплавок 2, подвешенный на мерной ленте 4, при изменении уровня скользит вдоль направляющих струн 3. Мерная лента 4 приводит в движение мерный накопительный шкив 5, на которой она намотана. Натяжение мерной ленты 4 обеспечивается двигателем постоянного момента, выполненным из шкива противовеса 6, связанного тросом 7 с противовесом 8, при этом создается движущий момент постоянной величины в направлении, показанной стрелкой. Когда поплавок 2 находится в верхнем положении, мерная лента намотана на накопительный мерный шкив 5, при этом трос противовеса 7 почти весь смотан с шкива 6. The operation of the sensor is based on the following principle of action of the float and displacer floating on the surface of the liquid and moving along with its level. In the process of determining the liquid level, the float 2 suspended on the measuring tape 4 slides along the guiding strings 3 when the level changes. The measuring tape 4 drives the measuring storage pulley 5 on which it is wound. The tension of the measuring tape 4 is provided by a constant-torque engine made of a counterweight pulley 6 connected by a cable 7 to a counterweight 8, and a constant-moment driving moment is created in the direction shown by the arrow. When the float 2 is in the upper position, the measuring tape is wound on a cumulative measuring pulley 5, while the counterweight cable 7 is almost all wound from the pulley 6.

При понижении уровня жидкости вес поплавка преодолевает момент трения в подвижной системе датчика и момент, создаваемый противовесом 8 через шкив противовеса 6. Поплавок начинает перемещаться вниз, мерная лента, вращая мерный накопительный шкив 5 и одновременно наматывая трос противовеса 7 на шкив противовеса 6, поднимает противовес и накапливает тем самым энергию. При повышении уровня жидкости вес поплавка компенсируется выталкивающей силой жидкости, натяжение мерной ленты 4 уменьшается, при этом шкив противовеса 6 и противовес 8 наматывают мерную ленту 4 на мерный накопительный шкив 5, движение которого передается диску 9 с перфорированными отверстиями, взаимодействующему с датчиком 10 перемещения, который определяет величину и направление перемещения диска 9 и передает полученные при этом сигналы микропроцессорному контроллеру 1, который накапливает в своей памяти инкрементно-декрементным путем показания кода датчика, основываясь на котором, производится вычисление уровня жидкости. Для определения плотности жидкости буек 11 своим нижним шарниром прикрепляется к днищу резервуара, а цилиндрической частью пронизывает плоскость поплавка через отверстие в нем. При неизменной плотности жидкости в резервуаре цилиндрическая часть буйка синхронно перемещается с поплавком 2 при изменении уровня жидкости и через мерную ленту 12 приводит в движение мерный накопительный шкив 13. При помощи противовеса 16 и шкива 14 происходит фиксированное натяжение мерной ленты 12. Движение накопительного шкива 13 передается перфорированному диску 17, который через датчик 18 перемещения передает информацию микропроцессорному контроллеру 1. При изменении плотности жидкости в резервуаре происходит вертикальное смещение цилиндрической части буйка относительно плоскости поплавка, что приводит в конечном итоге к изменению разницы накапливаемых показаний кода уровня и кода плотности, основываясь на которых производится вычисление плотности жидкости. When the liquid level decreases, the weight of the float overcomes the friction moment in the moving system of the sensor and the moment created by the counterweight 8 through the counterweight pulley 6. The float begins to move down, the measuring tape, rotating the measuring storage pulley 5 and at the same time winding the counterweight cable 7 onto the counterweight pulley 6, raises the counterweight and thus accumulates energy. With increasing liquid level, the weight of the float is compensated by the buoyancy force of the liquid, the tension of the measuring tape 4 decreases, while the counterweight pulley 6 and counterweight 8 wind the measuring tape 4 onto the measuring storage pulley 5, the movement of which is transmitted to the disk 9 with perforated holes interacting with the displacement sensor 10, which determines the magnitude and direction of movement of the disk 9 and transmits the resulting signals to the microprocessor controller 1, which accumulates in its memory incrementally decrementally readings of the sensor code, based on which, liquid level is calculated. To determine the density of the liquid, the buoy 11 is attached with its lower hinge to the bottom of the tank, and the cylindrical part penetrates the plane of the float through the hole in it. With a constant density of the liquid in the tank, the cylindrical part of the displacer synchronously moves with the float 2 when the liquid level changes and through the measuring tape 12 drives the measured storage pulley 13. Using the counterweight 16 and the pulley 14, the fixed measuring tape is tensioned 12. The movement of the storage pulley 13 is transmitted perforated disk 17, which transfers information to the microprocessor controller 1 through the displacement sensor 18 the cylindrical part of the displacer relative to the plane of the float, which ultimately leads to a change in the difference between the accumulated readings of the level code and the density code, based on which the liquid density is calculated.

Claims

DEVICE FOR MEASURING LEVEL AND DENSITY, comprising a float connected to the first measuring pulley through the transmitting element, a multi-link articulated buoy connected to the second measuring pulley through the transmitting element, the first constant-torque motor and a conversion unit with indicator, characterized in that the multi-link articulated float is made with a cylindrical upper part, and a second constant-torque engine is additionally introduced into the device, the conversion unit with an indicator made in the form of the first and second counters kov, the first and second optical displacement sensors installed respectively on the first and second counters, and a microprocessor controller connected to the optical displacement sensors, each constant-torque motor made in the form of a pulley with a counterweight and mounted coaxially with a corresponding measured pulley, and on each from the measuring pulleys a corresponding counter is installed, made in the form of a perforated disk, the float is made with a hole in which the upper one is mounted with the possibility of movement ilindricheskaya part of a multi-swivel displacer.