RU2055326C1

RU2055326C1 - Device for measuring parameters of liquid contained in reservoir

Info

Publication number: RU2055326C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Булгаков; Анатолий Серафимович Пичугин
Original assignee: Анатолий Александрович Булгаков; Анатолий Серафимович Пичугин
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has microcontroller 1, level detector 2 made in form of float which is linked with metering pulley 5 through transmitting member 4, liquid density detector 11 made in form of buoy which is linked with pulley 13 through rope 12, constant torque motor made in form of pulley 6 with counterweight 8, two counters made in form of two disks 9 and 17, two motion sensors 10 and 18, temperature pickup 19, temporary torque motor made in form of counterweight 16 and metering pulley 14 made in form of Archimedean spiral. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

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

Известен уровнемер КОР-ВОЛ (Технический паспорт фирмы Automatica Muvek, ВНР. Приборы измерения уровня жидкости. Приборы измерения предела уровня. Тип 1101, 1102), 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. Known level gauge KOR-VOL (Technical passport of the company Automatica Muvek, Hungary. Devices for measuring the liquid level. Devices for measuring the level limit. Type 1101, 1102), acting on the principle of accompanying regulation by means of electrical auxiliary energy. In it, the float, which monitors the liquid level, moves the lever with the differential transformer flag through the measuring thread, the mismatch signal from the last, amplified by the amplifier, drives the reversing motor, which rotates the measuring pulley with the measuring thread in one direction or another until the mismatch is compensated.

Уровнемер имеет ряд недостатков:
узкие функциональные возможности отсутствует возможность измерения плотности;
сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности, вследствие чего прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность;
значительная потребляемая мощность прибора требует взрывонепроницаемого исполнения при использовании его во взрывоопасных средах, что ведет к большой его стоимости.The level gauge has several disadvantages:
narrow functionality; there is no possibility of measuring density;
complex kinematic scheme, including several pairs of bearing bearings, water seal; a complex electrical circuit including a servo drive, a differential transformer, a power amplifier, as a result of which the device has a high cost and low operational reliability;
Significant power consumption of the device requires an explosion-proof design when used in explosive atmospheres, which leads to its high cost.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик удельного веса жидкости. Измеритель уровня в этом приборе использует принцип сопровождающего регулирования посредством вспомогательной энергии. Измеритель удельного веса жидкости работает на аналогичном принципе (следящее регулирование). Чувствительным элементом удельного веса является буек, выполненный в форме шарнирного четырехзвенника, расположенного в вертикальной плоскости, при этом буек распределен по всей высоте столба жидкости. Closest to the proposed device is a sensor for the specific gravity of the liquid. The level meter in this device uses the principle of accompanying regulation by means of auxiliary energy. The liquid specific gravity meter works on a similar principle (tracking regulation). A sensing element of specific gravity 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.

Датчик имеет следующие недостатки:
сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности, вследствие чего 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 sensor has the following disadvantages:
complex kinematic scheme, including several pairs of bearing bearings, water seal; a complex electrical circuit including a servo drive, a differential transformer, a power amplifier, as a result of which the device has a high cost and low operational reliability;
the device requires significant additional costs for its explosion resistance, for example, when used in explosive atmospheres;
significant energy consumption of the device due to the use of an engine, two power amplifiers, a transformer, elements of electromagnetic power feedback.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и значительное упрощение его конструкции, улучшение метрологических характеристик датчика удельного веса и устройства в целом. Одновременно с этим решается задача по снижению точностных, технологических и других требований к узлам и деталям устройства, а также снижению монтажных затрат на его внедрение. An object of the invention is to expand the functionality of the device and significantly simplify its design, improve the metrological characteristics of the specific gravity sensor and the device as a whole. At the same time, the task of reducing precision, technological and other requirements for the components and parts of the device, as well as reducing installation costs for its implementation, is being solved.

Для этого в устройстве для измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащем датчик уровня, выполненный в виде поплавка, связанного через передающий элемент с мерным шкивом, датчик удельного веса жидкости, выполненный в виде буйка, связанного через передающий элемент со шкивом и двигатель постоянного момента, двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом, а в устройство дополнительно введены микропроцессорный контроллер, датчик температуры, подключенный к микропроцессорному контроллеру, двигатель переменного момента, выполненный в виде мерного шкива с противовесом, два счетчика и два датчика перемещения, каждый из которых подключен к микропроцессорному контроллеру и установлен на соответствующем счетчике, выполненном в виде перфорированного диска, установленного на торце соответствующего мерного шкива, причем мерный шкив двигателя переменного момента имеет форму спирали Архимеда и установлен соосно со шкивом датчика удельного веса жидкости, буек которого выполнен цилиндрическим. To do this, in a device for measuring the parameters of a liquid in a tank containing a level sensor made in the form of a float connected through a transmitting element with a measuring pulley, a specific gravity sensor of liquid made in the form of a displacer connected through a transmitting element with a pulley and a constant-torque engine, engine the constant torque is made in the form of a pulley with a counterweight, and a microprocessor controller, a temperature sensor connected to the microprocessor controller, and an alternating motor are additionally introduced into the device about the moment, made in the form of a measured pulley with a counterweight, two counters and two displacement sensors, each of which is connected to the microprocessor controller and installed on the corresponding counter, made in the form of a perforated disk mounted on the end of the corresponding measured pulley, and the measured pulley of the variable-torque motor has a spiral shape of Archimedes and is mounted coaxially with the pulley of the sensor for the specific gravity of the liquid, the buoy of which is made cylindrical.

Изобретение позволяет упростить датчик удельного веса и улучшить потребительские свойства устройства за счет замены многозвенного шарнирного буя на буй-цилиндр, позволивший уменьшить трение в конструкции; замены принципа действия датчика удельного веса (плотности) с ариометрического на принцип гидростатических весов, при этом вычислительная модель определения массы жидкости в резервуаре (основного параметра) упрощается и не зависит от побочных параметров. The invention allows to simplify the specific gravity sensor and improve the consumer properties of the device by replacing a multi-link articulated buoy with a buoy-cylinder, which reduces friction in the structure; replacing the principle of the specific gravity (density) sensor with an ariometric one with the principle of hydrostatic weights, while the computational model for determining the mass of liquid in the tank (main parameter) is simplified and does not depend on side parameters.

Действительно, датчик удельного веса в предлагаемом устройстве определяет вес вытесненной буем жидкости, т.е. вес столба жидкости длиной, равной уровню жидкости в резервуаре и поперечным сечением буя
P

где Р вес жидкости в резервуаре;
Р_н.б. вес столба жидкости, вытесненной буем;
S_б площадь поперечного сечения буя;
S_ср среднее значение площади сечения части резервуара, в котором находится жидкость;
α коэффициент линейного расширения материала стенок резервуара и буя, 1^оС;
Δ t разность температур стенок резервуара при измерении веса и при градуировке резервуара.Indeed, the specific gravity sensor in the proposed device determines the weight of the liquid displaced by the buoy, i.e. weight of a liquid column with a length equal to the liquid level in the tank and the cross section of the buoy
P

where P is the weight of the liquid in the tank;
R _n.b. weight of liquid column displaced by the buoy;
S _b the cross-sectional area of the buoy;
S _{cf the} average value of the cross-sectional area of the part of the tank in which the liquid is located;
α the coefficient of linear expansion of the material of the walls of the tank and buoy, 1 ^about C;
Δ t is the temperature difference between the walls of the tank when measuring weight and when calibrating the tank.

Значительными преимуществами новой конструкции являются
простая кинематическая схема датчика удельного веса, что позволяет снизить трение и повысить точность измерения удельного веса;
меньшая погрешность в определении основного параметра резервуара массы жидкости;
возможность монтажа датчика удельного веса на действующих резервуарах;
датчик прост в изготовлении, внедрении и эксплуатации.Significant advantages of the new design are
simple kinematic diagram of the specific gravity sensor, which allows to reduce friction and increase the accuracy of measuring specific gravity;
less error in determining the main parameter of the reservoir of mass of liquid;
the possibility of mounting the specific gravity sensor on existing tanks;
The sensor is easy to manufacture, implement and operate.

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

Устройство для измерения параметров жидкости в резервуаре состоит из трех основных элементов: датчика уровня, датчика удельного веса и датчика температуры, информация с которых объединяется в микропроцессорном контроллере 1. Датчик уровня состоит из поплавка 2, перемещающегося по направляющим струнам 3, который связан передающим элементом, выполненным в виде мерной ленты 4, с мерным накопительным шкивом 5, на оси которого крепится шкив 6 противовеса, 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. Датчик удельного веса состоит из цилиндрического буя 11, связанного тросом 12 со шкивом 13, на оси которого крепится мерный шкив 14 в виде спирали Архимеда, на которой расположен трос 15, натянутый противовесом 16. К торцу мерного шкива спирали Архимеда крепится диск 17 с перфорированными отверстиями, который взаимодействует с датчиком 18 перемещения. Сигнал с последнего поступает на микропроцессорный контроллер. Кроме того, в нижней части резервуара установлен датчик 19 температуры, информация с которого поступает на микропроцессорный контроллер. A device for measuring the parameters of a liquid in a tank consists of three main elements: a level sensor, a specific gravity sensor, and a temperature sensor, the information from which is combined in a microprocessor controller 1. The level sensor consists of a float 2 moving along the guide strings 3, which is connected by a transmitting element, made in the form of a measuring tape 4, with a measured storage pulley 5, on the axis of which a counterweight pulley 6 is attached, connected by a cable 7 to a counterweight 8. A perforated disk 9 is attached to the end of the measuring pulley holes, which interacts with the displacement sensor 10, the signal from the latter is fed to the microprocessor controller. The specific gravity sensor consists of a cylindrical buoy 11 connected by a cable 12 with a pulley 13, on the axis of which a measuring pulley 14 is attached in the form of an Archimedes spiral, on which a cable 15 is located, tensioned by a counterweight 16. A disk 17 with perforated holes is attached to the end of the measuring pulley of the Archimedes spiral. which interacts with the displacement sensor 18. The signal from the latter enters the microprocessor controller. In addition, in the lower part of the tank there is a temperature sensor 19, the information from which is fed to the microprocessor controller.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В датчике уровня использован следящий принцип действия поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося 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 который она намотана. Натяжение мерной ленты 4 обеспечивается двигателем постоянного момента, выполненным из шкива 6 противовеса, связанного тросом 7 с противовесом 8, при этом создается движущий момент постоянной величины в направлении, показанном стрелкой. Когда поплавок 2 находится в верхнем положении, мерная лента намотана на накопительный мерный шкив 5, при этом трос 7 противовеса почти весь смотан со шкива 6. The level sensor uses the following principle of action of the float, 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 completely 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 6 противовеса. Поплавок начинает перемещаться вниз, мерная лента, вращая мерный накопительный шкив 5 и одновременно наматывая трос 7 противовеса на шкив 6 противовеса, 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 6 противовеса 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, на основании которых производится вычисление уровня жидкости. When lowering the liquid level, the weight of the float overcomes the friction moment in the moving sensor system 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 thereby 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 the 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, on the basis of which the liquid level is calculated.

В датчике удельного веса использован принцип гидростатических весов, измеряющий величину выталкивающей силы, действующей со стороны жидкости на буй 11. В процессе определения выталкивающей силы на буй через трос 12 меняется момент вращения на шкиве 13, который соосно связан с мерным шкивом 14 спиралью Архимеда и уравновешен моментом, создаваемым противовесом 16, связанным тросом 15 со спиралью Архимеда. При этом обратной связью, выравнивающей изменение момента на шкиве 13, является изменение радиуса прилагаемой противовесом 16 силы на мерном шкиве 14 спирали Архимеда. Движение последней передается диску 17 с перфорированными отверстиями, взаимодействующему с датчиком 18 перемещения, который определяет величину и направление перемещения диска 17 и передает полученные при этом сигналы микропроцессорному контроллеру 1, который накапливает в своей памяти инкрементно-декрементным путем показания кода датчика, на основании которых производится вычисление плотности жидкости. In the specific gravity sensor, the principle of hydrostatic weights is used, which measures the buoyancy force acting from the liquid side to buoy 11. In the process of determining the buoyancy force to the buoy through the cable 12, the rotation moment on the pulley 13 changes, which is coaxially connected to the measured pulley 14 by the Archimedes spiral and balanced the moment created by the counterweight 16, connected by a cable 15 to the spiral of Archimedes. Moreover, the feedback equalizing the change in moment on the pulley 13 is the change in the radius of the applied counterbalance 16 forces on the measured pulley 14 of the Archimedes spiral. The movement of the latter is transmitted to the disk 17 with perforated holes, which interacts with the displacement sensor 18, which determines the size and direction of movement of the disk 17 and transmits the resulting signals to the microprocessor controller 1, which accumulates in its memory an incremental-decremental indication of the sensor code, based on which fluid density calculation.

Температура измеряется в нижней части резервуара при помощи датчика 19, информация с которого передается на микропроцессорный контроллер 1. The temperature is measured in the lower part of the tank using a sensor 19, the information from which is transmitted to the microprocessor controller 1.

Claims

1. A DEVICE FOR MEASURING LIQUID PARAMETERS IN A RESERVOIR, comprising a level sensor made in the form of a float connected through a transmitting element with a measuring pulley, a liquid specific gravity sensor made in the form of a displacer connected through a transmitting element with a pulley, and a constant-moment motor, different the fact that the constant-torque motor is made in the form of a pulley with a counterweight, and a microprocessor controller, a temperature sensor connected to the microprocessor controller, and an engine are additionally introduced into the device l variable moment, made in the form of a measured pulley with a counterweight, two counters and two displacement sensors, each of which is connected to a microprocessor controller and installed on the corresponding counter, made in the form of a perforated disk mounted on the end of the corresponding measured pulley, and the measured pulley of the variable motor moment has the shape of a spiral of Archimedes and is mounted coaxially with the pulley of the sensor for the specific gravity of the liquid, the displacer of which is made cylindrical.