RU2188396C2 - Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment - Google Patents
Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2188396C2 RU2188396C2 RU99112587/28A RU99112587A RU2188396C2 RU 2188396 C2 RU2188396 C2 RU 2188396C2 RU 99112587/28 A RU99112587/28 A RU 99112587/28A RU 99112587 A RU99112587 A RU 99112587A RU 2188396 C2 RU2188396 C2 RU 2188396C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- tube
- sensitive elements
- sensitive
- valve
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам и устройствам измерения параметров жидких сред, таких как уровень, плотность, градиент плотности, температура жидкости, а также границы раздела фаз в двухфазных средах, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности на резервуарных парках нефтепроводов. The invention relates to instrumentation, in particular to methods and devices for measuring parameters of liquid media, such as level, density, density gradient, liquid temperature, as well as the phase boundary in two-phase media, and can be used in various industries, in particularly in tank farms of oil pipelines.
Известен способ измерения уровня жидкости, заключающийся в измерении давлений на двух пьезометрических трубках - подвижной и неподвижной при попеременном барботировании через них воздуха и сравнении измеренных давлений между собой. О величине уровня жидкости судят по перемещению подвижной трубки относительно неподвижной, причем перед началом перемещения измеряют перепад давления на неподвижной трубке, компенсируют его до фиксированной величины и при сохранении фиксированного значения давления на неподвижной трубке перемещают подвижную трубку, доводя давление в ней до предварительно измеренного давления на неподвижной трубке (А.с. СССР 1499876). A known method of measuring the liquid level, which consists in measuring the pressures on two piezometric tubes - movable and stationary when alternately sparging air through them and comparing the measured pressures with each other. The liquid level is judged by the movement of the movable tube relatively stationary, and before the start of the movement, the pressure drop across the fixed tube is measured, compensated for it to a fixed value, and while maintaining a fixed pressure value on the fixed tube, the movable tube is moved, bringing the pressure in it to the previously measured pressure fixed tube (A.S. USSR 1499876).
Недостатком данного способа является сложность реализации при измерении больших значений уровня. При больших величинах измеряемого уровня требуется перемещать подвижную трубку на значительную величину (до половины высоты уровня жидкости), что во многих реальных случаях составляет 5-10 метров и не может быть реализовано простыми способами с приемлемой точностью. The disadvantage of this method is the difficulty of implementation when measuring large level values. With large values of the measured level, it is required to move the movable tube by a significant amount (up to half the height of the liquid level), which in many real cases is 5-10 meters and cannot be realized by simple methods with acceptable accuracy.
Известен также способ измерения уровня жидкостей, наиболее близкий к предлагаемому изобретению и выбранный за прототип способа, заключающийся в попеременном барботировании воздуха в течение трех тактов измерения через основную нижнюю (первый такт), дополнительную верхнюю (второй такт) трубки, а также через обе эти трубки одновременно (третий такт), и измерении перепада давлений на этих трубках и между ними. О величине уровня жидкости судят по результатам трех тактов измерения по формуле:
L=l+h•(1+(у1-у3)/(y1-у2)),
где l - расстояние между нижним срезом основной трубки и дном,
h - расстояние между нижними срезами трубок,
y1, y2, y3 - результаты измерения в 1-3 тактах соответственно (А.с. СССР 1649290).There is also known a method of measuring the level of liquids closest to the proposed invention and selected as the prototype of the method, which consists in alternately sparging air for three measurement cycles through the main lower (first measure), additional upper (second measure) tube, and also through both of these tubes simultaneously (third beat), and measuring the pressure drop across these tubes and between them. The value of the liquid level is judged by the results of three measurement steps according to the formula:
L = l + h • (1+ ( y 1 -y 3) / (y 1 -y 2)),
where l is the distance between the lower cut of the main tube and the bottom,
h is the distance between the lower sections of the tubes,
y 1 , y 2 , y 3 - measurement results in 1-3 cycles, respectively (A.S. USSR 1649290).
Недостатком данного способа является сложность реализации в случае, когда требуется высокая точность измерения. Фактически точность данного способа определяется точностью дифференциального манометра. У лучших образцов дифференциальных манометров погрешность измерения составляет 0,08-0,1%, следовательно, для диапазона измерения уровня 10 м погрешность не может быть менее 1 см, что неприемлемо для многих практических целей. The disadvantage of this method is the difficulty of implementation in the case when high measurement accuracy is required. In fact, the accuracy of this method is determined by the accuracy of the differential pressure gauge. For the best samples of differential pressure gauges, the measurement error is 0.08-0.1%, therefore, for a level measuring range of 10 m, the error cannot be less than 1 cm, which is unacceptable for many practical purposes.
Известно устройство для измерения уровня жидкостей, наиболее близкое к предлагаемому изобретению и выбранное в качестве прототипа устройства, содержащее блок питания воздухом, питающий плюсовую и минусовую независимые пневмолинии, между которым включен дифманометр. Плюсовая линия через нормально открытый пневмоклапан питает основную измерительную трубку, погруженную в жидкость на глубину H, а через нормально закрытый пневмоклапан - дополнительную трубку, погруженную в жидкость на глубину H-h. Минусовая пневмолиния через нормально открытый пневмоклапан и пневмодроссель связана с атмосферой, а через нормально закрытый пневмоклапан питает дополнительную трубку. Выход дифманометра связан с входом управляюще-вычислительного блока (контроллера), выходы которого соединены с входами управления пневмоклапанов (А.с. СССР 1649290). A device for measuring the level of liquids is known that is closest to the invention and selected as a prototype of the device, comprising an air power supply unit supplying positive and negative independent pneumatic lines between which a differential pressure gauge is connected. A positive line through a normally open pneumatic valve feeds the main measuring tube immersed in a liquid to a depth of H, and through a normally closed pneumatic valve - an additional tube immersed in a liquid to a depth of H-h. The negative pneumatic line through the normally open pneumatic valve and pneumatic throttle is connected to the atmosphere, and through the normally closed pneumatic valve it feeds an additional tube. The output of the differential pressure gauge is connected to the input of the control and computing unit (controller), the outputs of which are connected to the control inputs of the pneumatic valves (A.S. USSR 1649290).
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, особенно когда требуется измерять в широком диапазоне уровней. Фактически точность данного устройства определяется точностью дифференциального манометра. У лучших образцов дифференциальных манометров погрешность измерения составляет 0,08-0,1%, следовательно, для диапазона измерения уровня 10 м погрешность не может быть менее 1 см, что неприемлемо для многих практических целей. Кроме того, при больших динамических диапазонах на погрешность результата измерения начинает влиять градиент плотности - в нижней части резервуара плотность жидкости выше, чем в верхней, и это может привести к повышению погрешности измерения. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, especially when you want to measure in a wide range of levels. In fact, the accuracy of this device is determined by the accuracy of the differential pressure gauge. For the best samples of differential pressure gauges, the measurement error is 0.08-0.1%, therefore, for a level measuring range of 10 m, the error cannot be less than 1 cm, which is unacceptable for many practical purposes. In addition, at large dynamic ranges, the density gradient begins to influence the error of the measurement result - the liquid density in the lower part of the tank is higher than in the upper one, and this can lead to an increase in the measurement error.
Измеритель содержит трубку 1, погруженную в контролируемую среду 2, которая представляет собой двухфазную смесь с границей раздела. На трубке 1 через равные расстояния h расположено k чувствительных элементов 3k, k=7,2,. . . ,n - порядковый номер чувствительною элемента 3k. Верхний чувствительный элемент 3k расположен ниже верхнею предела измерения на величину h, а нижний чувствительный элемент 3n - на уровне нижнего предела измерения уровня. Выходные цепи каждого чувствительного элемента 3k содержат нормально разомкнутый контакт 17k, последовательно соединенный с резистором 18k, а все выходные цепи чувствительных элементов 3k соединены параллельно и образуют двухполюсник, который подключен к преобразователю 15. Чувствительный элемент 3k расположен таким образом, что контакт 17k замыкается, когда граница раздела воздух - жидкость в трубке 1 находится на расстоянии k•h от среза трубки 1.The meter contains a tube 1 immersed in a controlled environment 2, which is a two-phase mixture with an interface. On the tube 1, at equal distances h, k sensing elements 3 k , k = 7.2, are located. . . , n is the sequence number of the sensitive element 3 k . The upper sensitive element 3 k is located below the upper limit of measurement by h, and the lower sensitive element 3 n is at the level of the lower limit of level measurement. The output circuits of each sensor element 3 k contain a normally open contact 17 k connected in series with the resistor 18 k , and all output circuits of the sensor elements 3 k are connected in parallel and form a two-terminal device that is connected to the converter 15. The sensor element 3 k is located so that contact 17 k closes when the air - liquid interface in the tube 1 is at a distance k • h from the cut of the tube 1.
Трубка 1 соединена через плюсовую пневмолинию 4 с плюсовой камерой дифманометра 6, который через второй клапан 9 минусовой пневмолинией 5 также соединен со свободным от жидкости пространством резервуара. Минусовая камера дифманометра 6 соединена со свободным от жидкости пространством резервуара минусовой пневмолинией 5, через третий клапан 10 и параллельно соединенный с ним регулируемый задатчик перепада давления 11. The tube 1 is connected through a positive pneumatic line 4 with a positive chamber of the differential pressure gauge 6, which is also connected through the second valve 9 by a negative pneumatic line 5 to the liquid-free space of the tank. The minus chamber of the differential pressure gauge 6 is connected to the tank-free space of the tank by a negative pneumatic line 5, through a third valve 10 and an adjustable differential pressure regulator 11 connected in parallel with it.
Блок питания воздухом 7 питает воздухом плюсовую пневмолинию 4 через первый клапан 8, а плюсовую пневмолинию 5 через третий клапан 10 и задатчик перепада давления 11. Задатчик 11 представляет собой импульсное пневмосопротивление, содержащее последовательно соединенные четвертый клапан 12, пневмоемкость 14 и пятый клапан 13. Входы управления клапанов 8, 9, 10, 12 и 13 связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами контроллера 16, на первый и второй входы которого поступают сигналы от преобразователя 15 и дифманометра 6 соответственно. The air supply unit 7 supplies air to the positive pneumatic line 4 through the first valve 8, and the positive pneumatic line 5 through the third valve 10 and differential pressure regulator 11. The regulator 11 is a pulsed pneumatic resistance containing a fourth valve 12 connected in series, an air capacity 14 and a fifth valve 13. Inputs the control valves 8, 9, 10, 12 and 13 are connected respectively with the first, second, third, fourth and fifth outputs of the controller 16, the first and second inputs of which receive signals from the converter 15 and the differential pressure gauge 6, respectively of course.
Номиналы резисторов 18k определяются номером k чувствительного элемента 3k, например, для первого чувствительного элемента сопротивление равно 100 Ом, третьего - 110 Ом, пятого - 120 Ом и т.д. для всех нечетных k. Напротив, все резисторы 18k с четным номером k одинаковы и представляют собой терморезистивные преобразователи, контактирующие с контролируемой жидкостью. Преобразователь 15 преобразует величину сопротивления, подсоединенного к нему, в напряжение. Таким образом, в момент замыкания контакта 17k напряжение на выходе преобразователя 15 определяет номер k чувствительного элемента 3k, возле которого находится граница раздела воздух - жидкость в трубке, либо температуру жидкости в районе чувствительного элемента 3k.Resistor values 18 are determined by the number k k k sensing element 3, for example, the first sensing element resistance is 100 ohms, the third - 110 ohms, the fifth - 120 ohms, etc. for all odd k. In contrast, all 18 k resistors with an even k number are the same and are thermistor converters in contact with a controlled fluid. Converter 15 converts the amount of resistance connected to it into voltage. Thus, at the moment of closing the contact 17 k, the voltage at the output of the transducer 15 determines the number k of the sensitive element 3 k , near which there is an air-liquid interface in the tube, or the temperature of the liquid in the region of the sensitive element 3 k .
В качестве составных частей измерителя можно использовать следующие элементы:
- Чувствительные элементы 3 - переключатели торцевые серии БПТ - 211, ТУ 16-526.442-78, у которого в качестве нагрузки используется реле постоянного тока, нормально разомкнутые контакты последнего используются как контакт 17.The following elements can be used as components of the meter:
- Sensitive elements 3 - end switches series BPT - 211, TU 16-526.442-78, which uses a DC relay as a load, normally open contacts of the latter are used as contact 17.
- Дифманометр 6 - прибор типа САПФИР-22ДД, предел измерения 6,3 кПа, класс точности 0,5 (основная погрешность не более 0,03 кПа). - Differential gauge 6 - a device of the SAPFIR-22DD type, measurement limit 6.3 kPa, accuracy class 0.5 (basic error not more than 0.03 kPa).
- Блок питания воздухом 7 - типа БПВЩ - 2А в комплекте с компрессором Ф416. - Air supply unit 7 - type БПВЩ - 2А complete with F416 compressor.
- Клапаны 8, 9, 10, 12 и 13 - элементы Унифицированной Системы Промышленной Пневмоавтоматики (УСЭППА) типа П1.ПР5. - Valves 8, 9, 10, 12 and 13 - elements of the Unified System of Industrial Pneumatic Automation (USEPPA) type П1.ПР5.
- Пневмоемкость 14 - элемент УСЭППА типа ПОЕ.50. - Pneumatic capacity 14 - element USEPPA type POE.50.
- Преобразователь 15 - источник тока, работающий на резистивную нагрузку (резистор 18). - Converter 15 is a current source operating on a resistive load (resistor 18).
- Контроллер 16 - любой промышленный контроллер, у которого есть 2 входа для ввода аналоговых сигналов и 5 выходных сигналов для управления релейной нагрузкой, например, типа КПС 19-06 с соответствующими модулями ввода-вывода. - Controller 16 - any industrial controller that has 2 inputs for inputting analog signals and 5 output signals for controlling relay loads, for example, type KPS 19-06 with corresponding input-output modules.
- Резисторы 18 для четных чувствительных элементов 3 - медные термометры сопротивления градуировки 50М (50 Ом при нулевой температуре ) типа ТСМ-0879. - Resistors 18 for even sensitive elements 3 - copper thermometers of resistance of graduation 50M (50 Ohms at zero temperature) like TSM-0879.
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ
В исходном состоянии жидкость находится в трубке 1 на уровне жидкости в контролируемом резервуаре (на высоте Н относительно чувствительного элемента 3k), клапаны 8 и 10 открыты, а клапан 9 закрыт. Воздух от блока питания воздухом 7 поступает через клапан 8 и пневмолинию 4 в трубку 1, и жидкость из трубки начинает вытесняться, а граница раздела опускаться вниз. Давление в плюсовой камере дифманометра 6 начинает возрастать и в момент, когда граница раздела достигнет чувствительного элемента 3k и замкнется контакт 17k, составит:
P1=ρ1•g•H+Рл1+P0,
где ρ1 - средняя плотность жидкости на участке от поверхности до чувствительного элемента 3k,
g - гравитационная постоянная,
Рл1- потери давления в пневмолинии 4,
Р0 - давление в свободном от жидкости пространстве резервуара.LEVEL MEASUREMENT
In the initial state, the liquid is in the tube 1 at the liquid level in the controlled reservoir (at a height H relative to the sensing element 3 k ), valves 8 and 10 are open, and valve 9 is closed. Air from the power supply unit with air 7 enters through the valve 8 and pneumatic line 4 into the tube 1, and the liquid from the tube begins to be displaced, and the interface drops down. The pressure in the positive chamber of the differential pressure gauge 6 begins to increase and at the moment when the interface reaches the sensitive element 3 k and the contact 17 k closes , it will be:
P 1 = ρ 1 • g • H + P l1 + P 0 ,
where ρ 1 is the average density of the liquid in the area from the surface to the sensing element 3 k ,
g is the gravitational constant
P l1 - pressure loss in the pneumatic line 4,
P 0 - pressure in the free space of the tank.
Одновременно воздух от блока питания воздухом 7 через клапан 10 и минусовую пневмолинию 5 поступает в свободное от жидкости пространство и давление в минусовой камере будет равно:
Р2=Рл2+Р0,
где Рл2 - потери давления в минусовой пневмолинии 5.At the same time, the air from the power supply unit by air 7 through the valve 10 and the negative pneumatic line 5 enters the space free of liquid and the pressure in the negative chamber will be equal to:
P 2 = P l2 + P 0 ,
where R l2 - pressure loss in the negative pneumatic line 5.
Поскольку плюсовая и минусовая пневмолинии 4 и 5 идентичны, то при равных расходах воздуха потери давления в них также равны, следовательно, в момент замыкания контакта 17k сигнал на выходе дифманометра 6 будет равен:
U1=P1-Р2=ρ1•g•H.Since the plus and minus pneumatic lines 4 and 5 are identical, then with equal air flow rates, the pressure loss in them is also equal, therefore, at the moment of contact 17 k closing, the signal at the output of differential pressure gauge 6 will be equal to:
U 1 = P 1 -P 2 = ρ 1 • g • H.
При дальнейшем вытеснениии жидкости граница раздела будет опускаться вниз, контакт 17k разомкнется, а в некоторый момент времени достигнет следующего чувствительного элемента 3k+1 и замкнет в нем контакт 17k+1. Поскольку расстояние между двумя соседними чувствительными элементами 3k и 3k+1 равно h, то сигнал на выходе дифманометра 6 будет равен:
U2=ρ1•g•H+ρ2•g•h,
где ρ2 - средняя плотность жидкости на участке между соседними чувствительными элементами 3.With further liquid displacement, the interface will fall down, the contact 17 k will open, and at some point in time it will reach the next sensitive element 3 k + 1 and close the contact 17 k + 1 in it . Since the distance between two adjacent sensitive elements 3 k and 3 k + 1 is equal to h, the signal at the output of the differential pressure gauge 6 will be equal to:
U 2 = ρ 1 • g • H + ρ 2 • g • h,
where ρ 2 is the average density of the liquid in the area between adjacent sensitive elements 3.
Для малых значений h можно считать, что ρ1 = ρ2 и тогда имеем:
U2=ρ1•g•(H+h).For small values of h, we can assume that ρ 1 = ρ 2 and then we have:
U 2 = ρ 1 • g • (H + h).
В этот момент контроллер 16 закрывает клапан 8 и открывает клапан 9, воздух из трубки 1 начинает вытесняться в свободное от жидкости пространство, граница раздела начнет подниматься, контакт 17k+1 разомкнется и в некоторый момент времени достигнет чувствительного элемента 3k. В момент замыкания контакта 17k на этом чувствительном элементе значение выходного сигнала дифманометра составит:
U1=ρ1•g•H,
контроллер 16 откроет клапан 8 и закроет клапан 9 и цикл работы устройства повторится.At this moment, the controller 16 closes the valve 8 and opens the valve 9, the air from the tube 1 begins to be displaced into the free space, the interface begins to rise, the contact 17 k + 1 opens and at some point in time reaches the sensing element 3 k . At the moment of closing contact 17 k on this sensitive element, the value of the output signal of the differential pressure gauge will be:
U 1 = ρ 1 • g • H,
the controller 16 will open the valve 8 and close the valve 9 and the cycle of the device will be repeated.
Следовательно, величину Н можно определить по результатам двух соседних измерений U1 и U2 по формуле:
H=h•U1/(U2-U1).Therefore, the value of H can be determined from the results of two adjacent measurements of U 1 and U 2 according to the formula:
H = h • U 1 / (U 2 -U 1 ).
Величина k также однозначно определяется по величине сигнала с дифманометра 6, т.к. либо при первом (U1), либо при втором (U2) измерении ко входу преобразователя 15 будет подключен резистор 18 с нечетным порядковым номером А, номинал которого однозначно связан с порядковым номером k.The value of k is also uniquely determined by the value of the signal from the differential pressure gauge 6, because either in the first (U 1 ) or second (U 2 ) measurement, a resistor 18 with an odd serial number A will be connected to the input of the transducer 15, the value of which is uniquely associated with the serial number k.
Уровень жидкости определятся по результатам двух соседних измерений U1 и U2 и порядкового номера k по формуле:
L=h0+h•(k+U1/(U2-U1)),
где h0 - расстояние от дна до нижнего чувствительного элемента 3.The liquid level is determined by the results of two adjacent measurements U 1 and U 2 and serial number k according to the formula:
L = h 0 + h • (k + U 1 / (U 2 -U 1 )),
where h 0 is the distance from the bottom to the lower sensing element 3.
Погрешность определения уровня включает в себя погрешность задания и поддержания величины h, погрешность срабатывания чувствительных элементов 3 и погрешность измерения давления. Последняя составляющая входит только в погрешность определения величины Н. Т.к. величина Н составляет при больших значениях k малую часть измеряемого уровня, то относительная погрешность дифманометра 6 фактически входит в погрешность результата измерения уровня, ослабленная в k раз. Поскольку первые две составляющие погрешности определения уровня малы, то можно считать, что относительная погрешность результата измерения равна относительной погрешности дифманометра 6, деленной на k. The error in determining the level includes the error in setting and maintaining the value of h, the error in the operation of the sensing elements 3 and the error in measuring pressure. The last component is included only in the error in determining the value of N. Since the value of H is at large values of k a small part of the measured level, then the relative error of the differential pressure gauge 6 is actually included in the error of the level measurement result, weakened by a factor of k. Since the first two components of the error in determining the level are small, we can assume that the relative error of the measurement result is equal to the relative error of the differential pressure gauge 6 divided by k.
Например, пусть требуется измерять уровень, изменяющийся в диапазоне 3-11 м (динамический диапазон 8 м), с погрешностью 5 мм (приведенная погрешность 0,025%) в резервуаре с нефтью, плотностью 800 кг/м3.For example, let you want to measure a level that varies in the range of 3-11 m (dynamic range of 8 m), with an error of 5 mm (reduced error of 0.025%) in an oil tank with a density of 800 kg / m 3 .
1. Выберем дифманометр 6 с пределом измерения 6,3 кПа и основной погрешностью 0,5%, при этом для нефти с плотностью 800 кг/м3 будет перекрыт диапазон уровней от 0 до 0,8 м с максимальной абсолютной погрешностью 4 мм.1. We choose a differential pressure gauge 6 with a measuring range of 6.3 kPa and a basic error of 0.5%, while for oil with a density of 800 kg / m 3 the range of levels from 0 to 0.8 m with a maximum absolute error of 4 mm will be covered.
2. Выберем число чувствительных элементов 3, равное 20, и равномерно установим их от отметки 3 м до отметки 10,6 м. Для чувствительных элементов 3 типа БПТ-211 погрешность срабатывания не превышает 0,2 мм. 2. We select the number of sensing elements 3 equal to 20 and set them evenly from 3 m to 10.6 m. For sensitive elements 3 of the BPT-211 type, the response error does not exceed 0.2 mm.
3. На уровне 10,6 м в чувствительном элементе 3 используется резистор с номиналом 100 Ом, на уровнях 10,2, 9,4, 8,6,..,3,0 м - терморезисторы ТСМ, а на уровнях 9,8, 9,0, 8,2,...,3,4 м (т.е. для остальных нечетных чувствительных элементов 3) устанавливаются резисторы соответственно с номиналом 110, 120,..., 190 Ом. 3. At the level of 10.6 m in the sensitive element 3, a resistor with a nominal value of 100 Ohms is used, at the levels of 10.2, 9.4, 8.6, .., 3.0 m are thermistors TCM, and at levels of 9.8 , 9.0, 8.2, ..., 3.4 m (i.e. for the other odd sensitive elements 3) resistors are installed with a nominal value of 110, 120, ..., 190 Ohms, respectively.
4. В диапазоне изменения температуры нефти от 0 до 100oС сопротивление терморезистора ТСМ градуировки 50М изменяется от 50 Ом до 71,4 Ом, т.е. по напряжению на выходе преобразователя 15 заведомо можно определить номер чувствительного элемента 3, возле которого находится поплавок 2. Для этого преобразователь 15 должен иметь разрешающую способность менее 10 Ом или 7,1% от диапазона 50-190 Ом. Для нечетных чувствительных элементов 3 номер определяется непосредственно по выходному напряжению, для четных - производится инкремент номера предыдущего нечетного или декремент номера последующего нечетного.4. In the range of oil temperature changes from 0 to 100 o With the resistance of the thermistor TCM graduation 50M varies from 50 Ohms to 71.4 Ohms, i.e. by the voltage at the output of the Converter 15, you can obviously determine the number of the sensor 3, near which there is a float 2. For this, the Converter 15 must have a resolution of less than 10 Ohms or 7.1% of the range of 50-190 Ohms. For odd sensitive elements 3, the number is determined directly by the output voltage, for even - the number of the previous odd is incremented or the number of the subsequent odd is decremented.
5. Максимальная основная погрешность определения уровня не превысит суммы погрешности срабатывания чувствительного элемента 3 плюс максимальной погрешности дифманометра 6, т.е. 4,2 мм. Это эквивалентно приведенной погрешности измерения уровня 0,02%, хотя в предложенном способе используется дифманометр класса 0,5. Реально снижение основной погрешности измерения уровня до 0,005% (1 мм) при использовании дифманометра класса 0,25 и 40 чувствительных элементах 3. 5. The maximum basic error in determining the level will not exceed the sum of the error in operation of the sensing element 3 plus the maximum error in the differential pressure gauge 6, i.e. 4.2 mm. This is equivalent to the given measurement error of the level of 0.02%, although the proposed method uses a differential pressure gauge of class 0.5. Actually, the main level measurement error is reduced to 0.005% (1 mm) when using a differential pressure gauge of class 0.25 and 40 sensing elements 3.
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ
Пусть ρ1 - средняя плотность жидкости на участке от поверхности до первого чувствительного элемента 3, ρk - средняя плотность на k-м участке между чувствительными элементами 3k-1 и 3k, k=2, 3,...n.DENSITY MEASUREMENT
Let ρ 1 be the average density of the liquid in the region from the surface to the first sensor 3, ρ k the average density in the kth region between the sensors 3 k-1 and 3 k , k = 2, 3, ... n.
Пусть в исходном состоянии граница раздела жидкость - воздух находится в трубке 1 на уровне жидкости в контролируемом резервуаре (на высоте Н относительно первого чувствительного элемента 3), клапаны 8 и 10 открыты, а клапан 9 закрыт. Воздух от блока питания 7 поступает через клапан 8 и пневмолинию 4 в трубку 1 и жидкость из трубки начинает вытесняться, а граница раздела опускаться вниз. Давление в плюсовой камере дифманометра 6 начинает возрастать и в момент, когда граница раздела достигнет чувствительного элемента 3 и замкнется контакт 17, будет равно:
P1=ρ1•g•Н+Рл1+Р0.Suppose that in the initial state, the liquid – air interface is in the tube 1 at the liquid level in the controlled reservoir (at a height H relative to the first sensor 3), valves 8 and 10 are open, and valve 9 is closed. The air from the power supply unit 7 enters through the valve 8 and the pneumatic line 4 into the tube 1 and the liquid from the tube begins to be forced out, and the interface drops down. The pressure in the positive chamber of the differential pressure gauge 6 begins to increase and at the moment when the interface reaches the sensing element 3 and contact 17 is closed, it will be equal to:
P 1 = ρ 1 • g • H + P l1 + P 0 .
При дальнейшем движении вытеснения жидкости из трубки граница раздела будет последовательно проходить мимо следующих чувствительных элементов 3k и давления в плюсовой камере дифманометра 6 в эти моменты составят:
P2=P1+ρ2•g•h,
P3=P2+ρ3•g•h,
...With further movement of the liquid displacement from the tube, the interface will sequentially pass by the following 3 k sensitive elements and the pressure in the plus chamber of the differential pressure gauge 6 at these moments will be:
P 2 = P 1 + ρ 2 • g • h,
P 3 = P 2 + ρ 3 • g • h,
...
Pk=Pk-1+ρk•g•h.P k = P k-1 + ρ k • g • h.
При достижении границы раздела чувствительного элемента 3 с четным порядковым номером контроллер 16 закрывает клапаны 8 и 10 и подключает к минусовой камере дифманометра 6 задатчик перепада давления 11. Одновременно контроллер управляет клапанами 12 и 13, так что в минусовой камере дифманометра 6 создается такое давление, при котором сигнал на выходе дифманометра 6 равняется нулю. Для этого контроллер в течение некоторого времени открывает клапан 12 и закрывает клапан 13, воздух поступает в пневмоемкость 14 и давление в ней начинает расти. В некоторый момент времени контроллер закрывает клапан 12 и открывает клапан 13 и воздух из емкости 14 поступает в пневмолинию 5. Задавая частоту переключения клапанов 12 и 13, можно изменять среднее давление в пневмоемкости 14 в широком диапазоне. Upon reaching the interface of the sensing element 3 with an even serial number, the controller 16 closes the valves 8 and 10 and connects the differential pressure switch 11 to the negative chamber of the differential pressure gauge 11. At the same time, the controller controls the valves 12 and 13, so that such pressure is created in the negative chamber of the differential pressure gauge 6, when which the signal at the output of the differential pressure gauge 6 is zero. For this, the controller for some time opens the valve 12 and closes the valve 13, the air enters the pneumatic reservoir 14 and the pressure in it begins to increase. At some point in time, the controller closes the valve 12 and opens the valve 13 and the air from the tank 14 enters the pneumatic line 5. By setting the switching frequency of the valves 12 and 13, the average pressure in the pneumatic tank 14 can be changed over a wide range.
Действительно, пусть РA - давление в пневмолинии на клапане 13 в точке А, Рв - давление в пневмолинии на клапане 12 в точке В. При поочередном подсоединении к точкам А и В пневмоемкости объемом V масса газа в ней по основному газовому закону составит:
при подсоединении к точке А - МA=R•V•РA
при подсоединении к точке В - МB=R•V•РB,
где R - коэффициент пропорциональности.Indeed, let P A be the pressure in the pneumatic line at valve 13 at point A, P at the pressure in the pneumatic line at valve 12 at point B. When the pneumatic containers of volume V are connected alternately to points A and B, the mass of gas in it according to the basic gas law will be:
when connected to point A - M A = R • V • P A
when connected to point B - M B = R • V • P B ,
where R is the coefficient of proportionality.
Если поочередно с помощью пневмоклапанов с частотой F подключать пневмоемкость к точкам А и В, то масса газа в ней будет изменяться и это изменение составит:
МА-МB=R•V•(РА-РB),
А массовый расход через нее составит:
Q=F•(МA-МB)=F•R•V•(РА-РB).If, in turn, using pneumatic valves with a frequency of F, the pneumatic capacity is connected to points A and B, then the mass of gas in it will change and this change will be:
M A- M B = R • V • (P A -P B ),
And the mass flow through it will be:
Q = F • (M A -M B ) = F • R • V • (P A -P B ).
Следовательно, изменяя частоту переключения пневмоклапанов 12 и 13 при постоянном расходе воздуха в пневмолинии, можно регулировать перепад давления в ней в широком диапазоне. Таким образом, задатчик перепада давления 11 задает давление, значение которого определяется частотой переключения клапанов 12 и 13. Therefore, by changing the switching frequency of the pneumatic valves 12 and 13 with a constant flow of air in the pneumatic line, it is possible to control the pressure drop in it over a wide range. Thus, the differential pressure controller 11 sets the pressure, the value of which is determined by the switching frequency of the valves 12 and 13.
После достижения нулевого уровня контроллер 16 открывает клапан 8 и вытеснение жидкости из трубки 1 продолжается. Следовательно, сигналы на выходе дифманометра 6 в момент достижения границы раздела чувствительных элементов 3 будут равны:
U1=ρ1•g•H,
U2=ρ2•g•h,
...After reaching zero level, the controller 16 opens the valve 8 and the displacement of fluid from the tube 1 continues. Therefore, the signals at the output of the differential pressure gauge 6 at the time of reaching the interface of the sensitive elements 3 will be equal to:
U 1 = ρ 1 • g • H,
U 2 = ρ 2 • g • h,
...
Uk=ρk•g•h.U k = ρ k • g • h.
При этом перепад давления на камерах дифманометра 6 не превысит предела его измерения. Поэтому по результатам измерения U1, U2,...,Uk можно найти плотности жидкости по слоям:
ρ1=U1/g/H,
ρ2=U2/g/h,
...In this case, the pressure drop on the chambers of the differential pressure gauge 6 does not exceed the limit of its measurement. Therefore, according to the measurement results of U 1 , U 2 , ..., U k you can find the density of the liquid in the layers:
ρ 1 = U 1 / g / H,
ρ 2 = U 2 / g / h,
...
ρk=Uk/g/h
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД
Пусть на k-м участке на уровне l относительно чувствительного элемента 3k проходит граница раздела сред с плотностями ρк и ρк+1. Используя процедуру измерения с компенсацией давления в минусовой камере дифманометра 6 так же, как при определении плотности, имеем:
Uk-1=ρk•g•h,
Uk=ρk•g•(h-1)+ρk+1•g•l,
Uk+1=ρk+1•g•h.ρ k = U k / g / h
MEASUREMENT OF THE BORDER LEVEL OF THE MEDIUM SECTION
Let on the k-th plot at level l with respect to the sensitive element 3 k pass the interface between the media with densities ρ k and ρ k + 1 . Using the measurement procedure with pressure compensation in the negative chamber of the differential pressure gauge 6 in the same way as when determining the density, we have:
U k-1 = ρ k • g • h,
U k = ρ k • g • (h-1) + ρ k + 1 • g • l,
U k + 1 = ρ k + 1 • g • h.
Отсюда, по результатам трех последовательных измерении Uk-1, Uk и Uk+1 можно найти величину l:
l=h•(Uk-Uk-1)/(Uk+1-Uk-1).Hence, according to the results of three consecutive measurements of U k-1 , U k and U k + 1, one can find the value l:
l = h • (U k -U k-1 ) / (U k + 1 -U k-1 ).
Таким образом, для определения уровня раздела сред S необходимо, измеряя плотность, определить номер k слоя, в котором произошел скачок плотности, и по результатам трех соседних измерений вычислить:
S=h0+h•(k+(Uk-Uk-1)/(Uk+1-Uk-1)).Thus, to determine the level of media separation S, it is necessary, by measuring the density, to determine the number k of the layer in which the density jump occurred, and according to the results of three neighboring measurements, calculate:
S = h 0 + h • (k + (U k -U k-1 ) / (U k + 1 -U k-1 )).
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Измерение температуры производится параллельно с измерением уровня, плотности или границы раздела сред, т.к. при этих измерениях обязательно хоть один раз ко входу преобразователя 15 подключается термочувствительный резистор 18 (у чувствительного элемента 3 с четным порядковым номером) и напряжение на выходе преобразователя 15 пропорционально средней температуре в районе расположения термочувствительного резистора 18 чувствительного элемента 3.TEMPERATURE MEASUREMENT
The temperature is measured in parallel with the measurement of the level, density or interface of media, because in these measurements, a temperature-sensitive resistor 18 (for the sensitive element 3 with an even serial number) is connected at least once to the input of the converter 15 and the voltage at the output of the converter 15 is proportional to the average temperature in the region of the temperature-sensitive resistor 18 of the sensor 3.
При определении плотности, последовательно вытесняя жидкость из трубки 1, можно определить температуру во всех слоях резервуара. When determining the density, successively displacing the liquid from the tube 1, you can determine the temperature in all layers of the tank.
Claims (2)
L=h0+h•(k+U1/(U2-U1)) - уровень жидкости,
ρ2=(U2-U1)/g/h - средняя плотность верхнего слоя жидкости между первым и вторым чувствительными элементами,
ρi=Ui/g/h - средняя плотность i-го слоя жидкости, i=3,..., n, n - количество чувствительных элементов,
где h0 - расстояние от дна до нижнего чувствительного элемента;
h - расстояние между чувствительными элементами;
U1, U2 - давления, измеренные в момент срабатывания первого и второго после начала вытеснения жидкости чувствительных элементов;
k - порядковый номер первого из сработавших чувствительных элементов;
Ui - измеренные давления в момент срабатывания i-ых чувствительных элементов, i-3... n;
i - порядковый номер слоя, в котором измеряется средняя плотность;
g - гравитационная постоянная,
среднюю температуру соответствующего слоя жидкости определяют в момент срабатывания чувствительного элемента с четным номером по величине резистора в выходной цепи сработавшего чувствительного элемента, а уровень раздела сред находят, сравнивая вычисленные плотности в каждом из слоев между чувствительными элементами и определяя номер слоя, в котором плотность изменилась на величину, больше, чем заданная, и вычисляют по формуле
S=h0+h•(j+(Uj-Uj-1)/(Uj+i-Uj-1)) - уровень раздела,
где j - порядковый номер слоя, в котором произошло изменение плотности на величину больше заданной;
Uj - измеренные давления в момент срабатывания j-ых чувствительных элементов, j=2...n.1. A method of measuring the level, density, interface and temperature of a liquid in a tank, including air displacing a liquid from a tube immersed in a controlled medium, and measuring the pressure in it, while at the same time the sensing elements are uniformly installed on the tube and triggered, when the air-liquid interface in the tube is at a distance k • h from the tube cut (k = 1 ... n, k is the number, n is the number of sensing elements), the measured pressure in the tube is recorded and the numbers are sensitive elements, moreover, for odd sensitive elements, the number is determined directly by the value of the converter signal, to which all sensitive elements are connected, and for even ones, as the increment of the previous number or the decrement of the number of the subsequent sensitive element, for which resistors with odd number are included in the output circuits whose ratings are determined by the number of the sensitive element, thermistor converters are included in the output circuits of sensitive elements with an even number The contactors in contact with the controlled fluid, in addition, at the moment the second and all subsequent sensing elements are triggered, they stop the fluid displacement and compensate the measured pressure to zero, and then the displacement process continues until the last sensing element operates, and the level and density layers are determined by the formulas
L = h 0 + h • (k + U 1 / (U 2 -U 1 )) - liquid level,
ρ 2 = (U 2 -U 1 ) / g / h is the average density of the upper liquid layer between the first and second sensitive elements,
ρ i = U i / g / h is the average density of the ith liquid layer, i = 3, ..., n, n is the number of sensitive elements,
where h 0 is the distance from the bottom to the lower sensing element;
h is the distance between the sensing elements;
U 1 , U 2 - pressure measured at the moment of operation of the first and second after the beginning of the displacement of liquid sensing elements;
k is the serial number of the first of the triggered sensing elements;
U i - measured pressure at the moment of operation of the i-th sensitive elements, i-3 ... n;
i is the serial number of the layer in which the average density is measured;
g is the gravitational constant
the average temperature of the corresponding liquid layer is determined at the moment of operation of the sensor with an even number by the value of the resistor in the output circuit of the triggered sensor, and the medium level is found by comparing the calculated densities in each of the layers between the sensors and determining the number of the layer in which the density changed to a value greater than the specified value and calculated by the formula
S = h 0 + h • (j + (U j -U j-1 ) / (U j + i -U j-1 )) - section level,
where j is the sequence number of the layer in which the density change is greater than the specified value;
U j - measured pressure at the moment of operation of the j-th sensitive elements, j = 2 ... n.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99112587/28A RU2188396C2 (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99112587/28A RU2188396C2 (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99112587A RU99112587A (en) | 2001-04-27 |
RU2188396C2 true RU2188396C2 (en) | 2002-08-27 |
Family
ID=20221169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99112587/28A RU2188396C2 (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2188396C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009078734A1 (en) * | 2007-12-19 | 2009-06-25 | Statoilhydro Asa | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
US8171785B2 (en) | 2006-08-28 | 2012-05-08 | Statoilhydro Asa | Method for the calculation of fluid interface level |
CN103389257A (en) * | 2013-08-15 | 2013-11-13 | 何冉 | Tabulation metering method of oil product density of oil storage tank |
CN103398921A (en) * | 2013-07-31 | 2013-11-20 | 神华集团有限责任公司 | Density measurement method and system for liquids insoluble each other in container |
CN105019887A (en) * | 2015-07-17 | 2015-11-04 | 河海大学 | Differential pressure slurry depth tester |
-
1999
- 1999-06-02 RU RU99112587/28A patent/RU2188396C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Аналоги не обнаружены. * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8171785B2 (en) | 2006-08-28 | 2012-05-08 | Statoilhydro Asa | Method for the calculation of fluid interface level |
RU2466768C2 (en) * | 2006-08-28 | 2012-11-20 | Статоилхюдро Аса | Method of defining fluid boundary level |
WO2009078734A1 (en) * | 2007-12-19 | 2009-06-25 | Statoilhydro Asa | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
CN101932918B (en) * | 2007-12-19 | 2013-01-23 | 国家石油公司 | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
US8370089B2 (en) | 2007-12-19 | 2013-02-05 | Statoil Asa | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
EA017667B1 (en) * | 2007-12-19 | 2013-02-28 | Статойл Аса | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
CN103398921A (en) * | 2013-07-31 | 2013-11-20 | 神华集团有限责任公司 | Density measurement method and system for liquids insoluble each other in container |
CN103398921B (en) * | 2013-07-31 | 2015-07-15 | 神华集团有限责任公司 | Density measurement method and system for liquids insoluble each other in container |
CN103389257A (en) * | 2013-08-15 | 2013-11-13 | 何冉 | Tabulation metering method of oil product density of oil storage tank |
CN103389257B (en) * | 2013-08-15 | 2015-07-08 | 何冉 | Tabulation metering method of oil product density of oil storage tank |
CN105019887A (en) * | 2015-07-17 | 2015-11-04 | 河海大学 | Differential pressure slurry depth tester |
CN105019887B (en) * | 2015-07-17 | 2018-10-23 | 河海大学 | Differential depth of mud tester |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0052623B1 (en) | Microprocessor controlled valve | |
US5944048A (en) | Method and apparatus for detecting and controlling mass flow | |
US3657926A (en) | Method and apparatus for measuring physical phenomena | |
US8104323B2 (en) | Flow controller, flow measuring device testing method, flow controller testing system, and semiconductor manufacturing apparatus | |
KR100314182B1 (en) | Gas Mass Flow Measurement System | |
CN101932918B (en) | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases | |
KR20100047236A (en) | Mass flow verifiers capable of providing different volumes, and related methods | |
CN1432125A (en) | Method and appts. for controlling level of liquids | |
EP1884752A2 (en) | Methods and systems for liquid volumetric measurement | |
RU2188396C2 (en) | Method of measurement of level, density, interface and temperature of liquid in reservoir and device for its embodiment | |
US2718144A (en) | Metering system | |
EP0378396A2 (en) | Apparatus and method for measuring mass flow of a liquid | |
EP0670476A1 (en) | A fluid sensor | |
RU2709034C1 (en) | Method of determining hydraulic circuit flow characteristic for transition area from turbulent to laminar flow conditions | |
US3134262A (en) | Precision manometer | |
US3338261A (en) | Control apparatus | |
CN111879621B (en) | Intelligent dynamic hydraulic loading device | |
US3033040A (en) | Density measuring apparatus | |
RU2238527C2 (en) | Device for measuring level and density of fluid | |
RU99112587A (en) | METHOD FOR MEASURING LEVEL, DENSITY, SECTION BORDER AND TEMPERATURE IN THE RESERVOIR AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
Wright et al. | Automated Substitution Weighing Apparatus for Liquid Volume Measurement | |
KR102616224B1 (en) | Flowmeter resistant to environmental changes and flow measurement method | |
SU1089420A2 (en) | Piezometric level indicator | |
RU2170912C2 (en) | Method of measurement of level and/or interface of liquid media,mainly water-and-oil emulsions in reservoirs | |
SU817528A1 (en) | Liquid density meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060603 |