RU2169908C2

RU2169908C2 - Device measuring level of liquid

Info

Publication number: RU2169908C2
Application number: RU99108048/28A
Authority: RU
Inventors: А.И. Чепрасов
Original assignee: Чепрасов Александр Иванович
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: measurement technology, measurement of level of liquids in tanks or separation boundaries of two media. SUBSTANCE: device includes sensitive element connected to power supply source and level gauge. Sensitive element is fabricated in the form of plate made of insulation material and carries thermal resistor in the form of continuous meander over which length contact pads connected to level gauge are positioned. EFFECT: increased measurement accuracy, uninterrupted control and low transit time of measurement. 1 dwg

Description

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости в резервуарах или границы раздела двух сред. The device relates to measuring technique and can be used to measure the liquid level in tanks or the interface between two environments.

Известно "Устройство для непрерывного измерения уровня жидкости" (патент РФ N 2114400, М.кл.⁶ G 01 F 23/22, опубл. 17.06.98), содержащее корпус, нагреватель и электрически изолированный проводник, выполненные в виде единого кабеля с минеральной изоляцией, устройство для измерения сопротивления проводника и устройство для электропитания нагревателя и регулирования его тока накала в зависимости от входной температуры, давления и скорости изменения уровня жидкости. Недостатком этого устройства является низкая точность определения уровня жидкости, обусловленная невозможностью получить сильную линейную зависимость сопротивления проводника от температуры в пределах малых изменений температуры и уровня.It is known "Device for continuous measurement of liquid level" (RF patent N 2114400, M. Cl ⁶ G 01 F 23/22, publ. 06/17/98), containing a housing, heater and an electrically insulated conductor, made in the form of a single cable with mineral insulation, a device for measuring the resistance of a conductor and a device for powering the heater and regulating its glow current depending on the input temperature, pressure and rate of change of the liquid level. The disadvantage of this device is the low accuracy of determining the liquid level, due to the inability to obtain a strong linear dependence of the resistance of the conductor on temperature within small changes in temperature and level.

Известно "Устройство для измерения уровня токопроводной жидкости" (патент РФ N 2084836, М.кл.⁶ G 01 F 23/24, заявл. 12.01.95, опубл. 20.07.97 б. N 20), содержащее чувствительный элемент, подключенный к блоку регистрации, соединенному с блоком индикации и источником питания. Причем чувствительный элемент выполнен в виде ряда колец из электропроводной проволоки, размещенных на диэлектрическом цилиндре с шагом, определяемым по формуле l= 2η - d, где η - ошибка измерения в мм; d - диаметр проволоки в мм, при этом в шаговых промежутках диэлектрического цилиндра размещен слой водоотталкивающего материала, а блок регистрации содержит скользящий контакт и шаговые контактные элементы, соединенные с рядом колец чувствительного элемента. Это устройство имеет низкую точность. Определяемую диаметром проволоки и шириной промежутка между кольцами. Кроме того, это устройство имеет ограниченную область применения, так как работает только в токопроводной жидкости и имеет с ней непосредственный контакт, что приводит к уменьшению надежности в случае агрессивной среды, и этим устройством невозможно определить уровни расслаивающихся сред.It is known "Device for measuring the level of conductive fluid" (RF patent N 2084836, Mcl ⁶ G 01 F 23/24, decl. 12.01.95, publ. 20.07.97 b. N 20), containing a sensing element connected to the registration unit connected to the display unit and the power source. Moreover, the sensitive element is made in the form of a series of rings of conductive wire placed on the dielectric cylinder with a step determined by the formula l = 2η - d, where η is the measurement error in mm; d is the wire diameter in mm, while a layer of water-repellent material is placed in the step intervals of the dielectric cylinder, and the registration unit contains a sliding contact and step contact elements connected to a number of rings of the sensing element. This device has low accuracy. Determined by the diameter of the wire and the width of the gap between the rings. In addition, this device has a limited scope, since it works only in conductive fluid and has direct contact with it, which leads to a decrease in reliability in the case of an aggressive environment, and it is impossible to determine the levels of exfoliating media with this device.

Наиболее близким решением является "Устройство выявления изменений в теплопередаче для определения уровня жидкости или положения границы раздела двух жидкостей в резервуаре" (патент США N 5339689, М.кл.⁶ G 01 F 23/22, 20.05.93, опубл. 23.08.94). Это устройство содержит удлиненный кожух, в котором размещен чувствительный элемент, вдоль продольной оси которого размещены на некотором расстоянии друг от друга пары транзисторов Дармингтона. Проводимость пар, а потому и разность потенциалов этих пар зависит от температуры окружающей среды и теплообмена с нею. Разность потенциалов меняется при изменении уровня жидкости или границы раздела двух сред.The closest solution is "A device for detecting changes in heat transfer to determine the liquid level or the position of the interface between two liquids in the tank" (US patent N 5339689, Mcl. ⁶ G 01 F 23/22, 05.20.93, publ. 23.08.94 ) This device contains an elongated casing, in which a sensing element is placed, along the longitudinal axis of which pairs of Darmington transistors are placed at some distance from each other. The conductivity of the pairs, and therefore the potential difference of these pairs, depends on the ambient temperature and heat exchange with it. The potential difference changes with a change in the liquid level or the interface between two media.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения уровня жидкости или раздела двух сред, определяемая дискретом расположения пар транзисторов. The disadvantage of this device is the low accuracy of determining the liquid level or the separation of two media, determined by the discrete arrangement of pairs of transistors.

В заявляемом устройстве для измерения уровня жидкости, содержащем чувствительный элемент, соединенный с источником питания и определителем уровня, чувствительный элемент выполнен в виде пластины из изоляционного материала с размещенным на нем термосопротивлением в виде непрерывного меандра с контактными площадками, расположенными через интервалы по всей длине термосопротивления и соединенными с определителем уровня. In the inventive device for measuring the liquid level, containing a sensing element connected to a power source and a level meter, the sensing element is made in the form of a plate of insulating material with a thermal resistance placed on it in the form of a continuous meander with contact pads located at intervals over the entire length of the thermal resistance and connected to the level gauge.

Заявляемое устройство обеспечивает высокую точность измерения уровня жидкости или границы раздела двух сред при непрерывности контроля, кроме того, обеспечивает малую инерционность. The inventive device provides high accuracy of measuring the liquid level or the interface between two media with continuous monitoring, in addition, provides low inertia.

На чертеже изображена схема устройства для измерения уровня жидкости. Устройство содержит чувствительный элемент 1, соединенный с определителем уровня 2, который содержит последовательно соединенные коммутатор напряжения 3, выполненный по дифференциальной схеме, АЦП 4 и схему управления и обработки информации 5, выполненную на однокристальной ЭВМ типа МК-51, управляющие входы схемы управления и обработки информации 5 соединены с управляющими входами коммутатора напряжения 3 и АЦП 4. Выход схемы управления и обработки информации через схему передачи данных 7 соединен с устройством управления и индикации 8, находящимся на пульте управления. Источник питания 6 соединен с определителем уровня 2 и чувствительным элементом 1, а его управляемый вход соединен с управляющим выходом устройства управления и индикации 8. Чувствительный элемент 1 выполнен на пластине из стеклотекстолита шириной ≈30 мм и длиной, определяемой измеряемым уровнем. На пластину одним из известных методов нанесено термосопротивление в виде непрерывного меандра с контактными площадками, расположенными по всей длине меандра через ≈50 мм и соединенными с коммутатором напряжения 3, термосопротивление выполнено из материала, имеющего линейную зависимость от температуры, например меди или платины. Чувствительный элемент покрыт тонким слоем изоляционного материала ≈0,02 мм и размещен в защитном удлиненном кожухе. The drawing shows a diagram of a device for measuring liquid level. The device contains a sensing element 1 connected to a level 2 detector, which contains a voltage switch 3 connected in series according to a differential circuit, an ADC 4, and an information processing and control circuit 5 made on a single-chip computer of type MK-51, control inputs of a control and processing circuit information 5 connected to the control inputs of the voltage switch 3 and the ADC 4. The output of the control circuit and information processing through the data transmission circuit 7 is connected to a control and indication device 8, dyaschimsya on the remote control. The power source 6 is connected to a level 2 detector and a sensing element 1, and its controlled input is connected to a control output of a control and indication device 8. The sensitive element 1 is made on a fiberglass plate with a width of ≈30 mm and a length determined by the measured level. One of the known methods is applied to a plate with thermal resistance in the form of a continuous meander with contact pads located along the entire length of the meander through ≈50 mm and connected to voltage switch 3; the thermal resistance is made of a material that has a linear temperature dependence, for example, copper or platinum. The sensitive element is covered with a thin layer of insulating material ≈0.02 mm and placed in a protective elongated casing.

Устройство работает следующим образом: чувствительный элемент 1 запитывается стабилизированным током от блока питания 6. Коммутатор напряжения 3 подключает сегменты термосопротивления к АЦП 4 по алгоритму управления, заложенному в схему управления 5, например последовательно. В процессе работы определяется сопротивление каждого сегмента термосопротивления, сегмент, частично погруженный в жидкость, будет иметь сопротивление, пропорциональное погруженной части. Определение уровня происходит вычислением номера сегмента, частично погруженного в жидкость, началу которого соответствует заранее заданный уровень, и вычислением добавки, соответствующей части сегмента, погруженного в жидкость. Уровни границ сегментов заложены в памяти схемы обработки информации. Вычисление части сегмента, погруженной в жидкость, осуществляют исходя из обычной пропорции по измеренным удельным сопротивлениям сегментов, находящихся полностью или в жидкости или в газе. Устройство может работать как в пассивном, так и в активном режимах, в активном режиме термосопротивление нагревается пропусканием через него сигнального тока фиксированное время. Измерение уровня границы раздела расслаивающихся жидкостей осуществляется аналогично, вследствие имеющихся различий в теплофизических свойствах этих жидкостей. The device operates as follows: the sensitive element 1 is powered by a stabilized current from the power supply 6. The voltage switch 3 connects the segments of the thermal resistance to the ADC 4 according to the control algorithm embedded in the control circuit 5, for example, in series. In the process of work, the resistance of each thermal resistance segment is determined, the segment partially immersed in the liquid will have a resistance proportional to the immersed part. The level is determined by calculating the number of the segment partially immersed in the liquid, the beginning of which corresponds to a predetermined level, and calculating the additive corresponding to the part of the segment immersed in the liquid. The levels of the boundaries of the segments are stored in the memory of the information processing circuit. The calculation of the part of the segment immersed in the liquid is carried out on the basis of the usual proportion of the measured resistivities of the segments that are completely either in the liquid or in the gas. The device can operate in both passive and active modes, in the active mode, the thermal resistance is heated by passing a signal current through it for a fixed time. The measurement of the level of the interface of the stratified liquids is carried out similarly, due to the differences in the thermophysical properties of these liquids.

Испытания показали, что это устройство для измерения уровня жидкости обеспечило точность измерения уровня, высота которого равна 3 м, равную ±10 измеряемого диапазона. Tests showed that this device for measuring the liquid level ensured the accuracy of measuring the level, the height of which is 3 m, equal to ± 10 of the measured range.

Claims

A device for measuring the liquid level containing a sensing element connected to a power source and a level gauge, characterized in that the sensitive element is made in the form of a plate of insulating material with a thermal resistance located on it, made in the form of a continuous meander with contact pads located at intervals the entire length of the thermal resistance and connected to the level gauge.