RU2285908C1 - Device for measuring level and density of liquid (variants) - Google Patents

Device for measuring level and density of liquid (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2285908C1
RU2285908C1 RU2005131787/28A RU2005131787A RU2285908C1 RU 2285908 C1 RU2285908 C1 RU 2285908C1 RU 2005131787/28 A RU2005131787/28 A RU 2005131787/28A RU 2005131787 A RU2005131787 A RU 2005131787A RU 2285908 C1 RU2285908 C1 RU 2285908C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
density
float
input
output
level
Prior art date
Application number
RU2005131787/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Галкин (RU)
Александр Сергеевич Галкин
Андрей Иванович Лакеев (RU)
Андрей Иванович Лакеев
Николай Дмитриевич Пискунов (RU)
Николай Дмитриевич Пискунов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ" filed Critical Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ"
Priority to RU2005131787/28A priority Critical patent/RU2285908C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285908C1 publication Critical patent/RU2285908C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

FIELD: engineering of devices for measuring level and density of liquid, pertains to measuring equipment, possible use in systems for measuring level and density of oil products and other liquids, including highly explosive ones, during their dispensing, receipt and storage.
SUBSTANCE: device contains sound duct in form of a string of magnetostriction material with damper and reading coil, first permanent magnet, first, upper, float in form of toroid, mounted with possible movement with second permanent magnet positioned on it, second, lower float with third permanent magnet positioned on it, also made in form of toroid, has means for holding weights, is in immersed state and is suspended on upper float by means of balancing chains, impulse generator, generator-amplifier, level measuring block, density measuring block, output of which is connected to level measuring block, indication block. Device has continuous measurement with high sensitivity threshold, broad density measuring range, level measuring correction depending on liquid density, good temperature stability, possible measuring of density on the surface of liquid, possible shifting of range of measurements both towards lower side of sound duct and towards upper side.
EFFECT: increased efficiency.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения уровня и плотности нефтепродуктов и других жидкостей, в том числе взрывоопасных, при их отпуске, приеме и хранении.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in systems for measuring the level and density of petroleum products and other liquids, including explosive ones, during their dispensing, reception and storage.

Известно множество устройств, позволяющих измерять уровень или плотность в отдельности. Так, например, устройство для измерения уровня топлива (см. патент США №5076100, G 01 F 23/00, 1991) содержит звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован в конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках, усилитель-формирователь, генератор импульсов и счетчик. Данное устройство позволяет проводить измерение двух уровней жидкостей с разной плотностью.There are many devices that allow you to measure the level or density separately. So, for example, a device for measuring fuel level (see US patent No. 5076100, G 01 F 23/00, 1991) contains a sound duct of magnetostrictive material with a damper at one end, a read coil installed in front of the damper, three permanent magnets, one of which it is fixed at the end of the sound pipe from the side of the read coil, and the other two are located on the floats, an amplifier-driver, a pulse generator and a counter. This device allows you to measure two levels of liquids with different densities.

Также существует много разновидностей поплавковых непрерывных плотномеров, отличающихся конструкцией и формой поплавка, типом (механические, электрические, пневматические, оптические) и принципом (индуктивные, потенциометрические) преобразователи перемещения поплавка. Например, в патенте США №3808893, плавающий поплавок с сердечником индуктивного датчика перемещений подвешен к пружине непосредственно. Ряд других разновидностей поплавков того же назначения рассмотрен в патенте США №3827306.There are also many varieties of continuous float densitometers that differ in the design and shape of the float, type (mechanical, electrical, pneumatic, optical) and the principle (inductive, potentiometric) of the float displacement transducers. For example, in US Pat. No. 3,808,893, a floating float with an inductive displacement encoder core is suspended directly from the spring. A number of other varieties of floats for the same purpose are discussed in US patent No. 3827306.

Достаточно полный обзор устройств для измерения плотности представлен в книге С.С.Кивилиса "Плотномеры" изд. "Энергия", Москва 1980 г., где подробно рассмотрены различные типы плотномеров, в том числе и поплавковые. Поплавковые плотномеры классифицируются по двум функциональным признакам - с частичным погружением поплавка и с полным погружением поплавка.A fairly complete overview of devices for measuring density is presented in the book by S. S. Kivilis "Density meters" ed. Energia, Moscow, 1980, where various types of densitometers, including float meters, are examined in detail. Float densitometers are classified according to two functional characteristics - with partial immersion of the float and with full immersion of the float.

Показания плотномеров с частичным погружением поплавка, т.е. находящегося на поверхности, зависят от поверхностного натяжения жидкости, которое, в свою очередь, определяется рядом факторов (таких как давление, температура, смачиваемость) и, как правило, является переменной величиной. Это приводит к снижению точности измерений. Исключить влияние поверхностного натяжения позволяют плотномеры с поплавками полного погружения (поплавково-весовые плотномеры). К числу плотномеров полного погружения относятся так называемые цепочные плотномеры, принцип работы которых изложен в книге С.С.Кивилиса "Плотномеры". Использование цепочек позволяет уравновешивать поплавок в широком диапазоне плотности.Readings of densitometers with partial immersion of the float, i.e. located on the surface, depend on the surface tension of the liquid, which, in turn, is determined by a number of factors (such as pressure, temperature, wettability) and, as a rule, is a variable. This leads to a decrease in measurement accuracy. To exclude the influence of surface tension allow densitometers with floaters full immersion (float-weight densitometers). Density meters of complete immersion include the so-called chain densitometers, the principle of operation of which is described in the book by S. S. Kivilis "Density meters". Using chains allows you to balance the float in a wide range of density.

Указанные преимущества цепочных плотномеров реализованы в патенте на полезную модель RU 46854 U1.The indicated advantages of chain densitometers are realized in the patent for utility model RU 46854 U1.

Однако все эти решения не имеют привязки к поверхности жидкости и не позволяют одновременно с плотностью контролировать уровень жидкости в резервуаре.However, all of these solutions are not tied to the surface of the liquid and do not allow simultaneously with the density to control the level of liquid in the tank.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству измерения уровня и плотности является устройство для измерения уровня и плотности, описанное в патенте РФ №2138028, G 01 F 23/68, G 01 N 9/10 1998 г.The closest in technical essence to the proposed device for measuring the level and density is a device for measuring the level and density described in the patent of the Russian Federation No. 2138028, G 01 F 23/68, G 01 N 9/10 1998

Указанное устройство содержит первый поплавок, установленный с возможностью перемещения, блок преобразователя, установленные в защитном кожухе звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером на первом его конце, катушку считывания, установленную под демпфером, и первый постоянный магнит, расположенный под катушкой считывания, второй поплавок со вторым постоянным магнитом, установленным под первым постоянным магнитом, с возможностью перемещения вдоль звукопровода, причем первый поплавок содержит третий постоянный магнит и расположен между вторым поплавком и вторым концом звукопровода с возможностью перемещения вдоль звукопровода, нижняя часть первого поплавка выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине окружности n стержней, где n≥2, второй поплавок установлен с возможностью свободного перемещения между стержнями первого поплавка, блок преобразователя включает усилитель-формирователь, входы которого соединены с выходами катушки считывания, генератор импульсов, счетчик, регистр памяти, регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, два формирователя импульсов запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, формирователь блокировки, два ключа, вход первого из которых соединен с вторым концом звукопровода, а вход второго соединен с первым концом звукопровода, и шину обмена, выход усилителя-формирователя соединен с тактовым входом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, выход первого формирователя импульсов запуска соединен с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, информационный выход счетчика через регистр памяти соединен с шиной обмена, которая соединена с входом дешифратора адреса, первый выход которого соединен с входом разрешения считывания регистра памяти, второй и третий выходы дешифратора адреса соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов запуска и вторым входом формирователя сигнала готовности, первый вход которого соединен с входом разрешения записи регистра памяти и выходом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, четвертый выход дешифратора адреса соединен с входом записи кода выбора регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, параллельные входы для ввода информации которого и выход формирователя сигнала готовности соединены с общей шиной, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульса запуска, а выходы - с общей шиной, входы второго формирователя импульсов запуска и формирователя импульсов блокировки соединены соответственно с пятым и вторым выходами дешифратора адреса, а выход формирователя импульсов блокировки соединен с входом блокировки регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, звукопровод в точке, расположенной между первым магнитом, закрепленным на фиксированном расстоянии от катушки считывания, и катушкой считывания соединен с источником питания.The specified device contains a first float installed with the possibility of movement, a transducer block, a sound duct installed in the protective casing in the form of a string of magnetostrictive material with a damper at its first end, a read coil installed under the damper, and a first permanent magnet located under the read coil, the second a float with a second permanent magnet mounted under the first permanent magnet, with the ability to move along the sound duct, and the first float contains a third permanent This magnet is located between the second float and the second end of the sound duct with the possibility of moving along the sound duct, the lower part of the first float is made in the form of a cylinder, and the upper one contains n rods located at the end of the cylinder with the same pitch along the circumference, where n≥2, the second float is installed with the possibility of free movement between the rods of the first float, the converter unit includes an amplifier-driver, the inputs of which are connected to the outputs of the read coil, a pulse generator, counter, register memory, a register with parallel input and sequential shift of information, two start pulse shapers, an address decoder, a ready signal shaper, a lock shaper, two keys, the input of the first of which is connected to the second end of the sound duct, and the input of the second is connected to the first end of the sound duct, and the bus exchange, the output of the amplifier-driver is connected to the clock input of the register with parallel input and sequential shift of information, the output of the first driver pulse triggers connected to the reset input a meter, the counting input of which is connected to the output of the counter pulse generator, the information output of the counter through the memory register is connected to the exchange bus, which is connected to the input of the address decoder, the first output of which is connected to the enable input of reading the memory register, the second and third outputs of the address decoder are connected respectively to the input of the first trigger pulse shaper and the second input of the ready signal shaper, the first input of which is connected to the memory register write enable input and register output with parallel input and sequential shift of information, the fourth output of the address decoder is connected to the input of the register selection code record with parallel input and serial shift of information, the parallel inputs for input of which information and the output of the ready signal generator are connected to a common bus, the control inputs of the first and second keys are connected respectively, with the outputs of the first and second drivers of the trigger pulse, and the outputs with a common bus, the inputs of the second driver of the trigger pulses and the driver and blocking pulses are connected respectively to the fifth and second outputs of the address decoder, and the output of the blocking pulse shaper is connected to the register blocking input with parallel input and serial shift of information, the sound duct at a point located between the first magnet fixed at a fixed distance from the read coil and the read coil connected to a power source.

Для упрощения это устройство может быть представлено в виде, изображенном на фиг.1. Устройство содержит звукопровод 1 в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером 3 на первом его конце, первый постоянный магнит 6, расположенный под катушкой считывания 7, установленной под демпфером 3, первый поплавок, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем магнитом 5, второй поплавок со вторым постоянным магнитом 4 с возможностью перемещения вдоль звукопровода, нижняя часть второго поплавка выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине окружности n стержней, где n≥2, первый поплавок установлен с возможностью свободного перемещения между стержнями второго поплавка, блок измерения плотности 9, блок измерения уровня 10, блок индикации 11, формирователь импульсов 2, первый вход которого подключен к блоку измерения плотности 9, второй вход подключен к блоку измерения уровня 10, а выходы соединены с двумя концами звукопровода 1, выполненного в виде струны из магнитострикционного материала, усилитель-формирователь 8, входы которого подключены к катушке считывания 3, первый выход подключен к блоку измерения плотности, а второй выход подключен к блоку измерения уровня 10, выходы блока измерения плотности 9 и блока измерения уровня 10 соединены с первым и вторым входами блока индикации 11.To simplify, this device can be represented in the form depicted in figure 1. The device comprises a sound duct 1 in the form of a string of magnetostrictive material with a damper 3 at its first end, a first permanent magnet 6 located under the read coil 7 installed under the damper 3, a first float mounted for movement with a magnet 5 located on it, and a second float with a second permanent magnet 4 with the ability to move along the sound duct, the lower part of the second float is made in the form of a cylinder, and the upper contains located on the end of the cylinder with the same pitch along the circumference there are n rods, where n≥2, the first float is installed with the possibility of free movement between the rods of the second float, density measuring unit 9, level measuring unit 10, indicating unit 11, pulse shaper 2, the first input of which is connected to the density measuring unit 9, the second the input is connected to the level measuring unit 10, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct 1, made in the form of a string of magnetostrictive material, the amplifier-former 8, the inputs of which are connected to the read coil 3, the first output is connected is connected to the density measuring unit, and the second output is connected to the level measuring unit 10, the outputs of the density measuring unit 9 and the level measuring unit 10 are connected to the first and second inputs of the indication unit 11.

Конструкция устройства показана на фиг.3 описания патента РФ №2138028. Нумерация основных элементов соответствует приведенной на фиг.1 упрощенной схеме устройства.The design of the device is shown in figure 3 of the description of the patent of the Russian Federation No. 2138028. The numbering of the main elements corresponds to the simplified diagram of the device shown in figure 1.

Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.The device depicted in figure 1, operates as follows.

Измерение уровня и плотности основано на измерениях времени распространения ультразвука в магнитострикционном волноводе. Скорость распространения ультразвука в волноводе практически не зависит от давления и влажности. Влияние температуры автоматически компенсируется с помощью специального алгоритма обработки временных интервалов распространения ультразвука.Level and density measurements are based on measurements of the propagation time of ultrasound in a magnetostrictive waveguide. The propagation velocity of ultrasound in the waveguide is practically independent of pressure and humidity. The influence of temperature is automatically compensated using a special algorithm for processing time intervals of ultrasound propagation.

По команде из блока измерения плотности 9 или блока измерения уровня 10 с помощью формирователя импульсов 8 производится генерация ультразвуковой волны по принципу магнитострикции непосредственно в волноводе 1, изготовленном из специальной стальной проволоки с магнитострикционными свойствами и расположенном внутри корпуса из немагнитного материала.At the command of a density measuring unit 9 or a level measuring unit 10, an ultrasonic wave is generated using a pulse shaper 8 using the magnetostriction principle directly in a waveguide 1 made of a special steel wire with magnetostrictive properties and located inside the case of non-magnetic material.

При взаимодействии переменного магнитного поля, создаваемого импульсом тока в волноводе 1, и полем постоянных магнитов 4, 5 и 6 происходит деформация кристаллической структуры волновода, что создает механическую волну, распространяющуюся с ультразвуковой скоростью. Ультразвуковая волна, возникающая в местах расположения магнитов 4, 5 и 6, распространяется по волноводу 1 в обоих направлениях от места возникновения. В верхней части волновода ультразвуковые волны вследствие обратного магнитострикционного эффекта преобразуются катушкой считывания 7 в электрические импульсы и затем гасятся демпфером 3. Указанные импульсы поступают в усилитель-формирователь 8, где преобразуются в прямоугольную форму и затем поступают в блок измерения плотности 9 и блок измерения уровня 10. Промежуток времени между моментом генерации ультразвуковой волны и ее преобразованием в электрические импульсы пропорционален измеряемому расстоянию, т. е. положению поплавков. При этом моменты преобразования ультразвуковых волн в электрические импульсы разнесены по времени, и анализ количества импульсов и соответствующих промежутков времени позволят определить положение каждого поплавка, и таким образом измерить уровень и плотность жидкости.When the alternating magnetic field created by the current pulse in the waveguide 1 and the field of permanent magnets 4, 5 and 6 interact, a deformation of the crystal structure of the waveguide occurs, which creates a mechanical wave propagating at an ultrasonic speed. An ultrasonic wave arising at the locations of the magnets 4, 5 and 6 propagates along the waveguide 1 in both directions from the place of occurrence. Ultrasonic waves in the upper part of the waveguide, due to the inverse magnetostrictive effect, are converted by the read coil 7 into electrical pulses and then are damped by the damper 3. These pulses are fed to the driver amplifier 8, where they are converted into a rectangular shape and then transferred to the density measuring unit 9 and the level measuring unit 10 The time interval between the moment of generation of the ultrasonic wave and its conversion into electrical pulses is proportional to the measured distance, ie, the position of the floats. In this case, the moments of conversion of ultrasonic waves into electrical pulses are spaced in time, and analysis of the number of pulses and the corresponding time intervals will determine the position of each float, and thus measure the level and density of the liquid.

Математически это выглядит следующим образом: на первом этапе в устройстве измерения плотности и устройстве измерения уровня производится запись цифрового кода, соответствующего расстояниюMathematically, it looks like this: at the first stage, a digital code corresponding to the distance is recorded in the density measuring device and the level measuring device

Kx1=FX1/ν; Кx2=FX2/ν, К(2A-B)=F·(2A-B)/ν,K x1 = FX1 / ν; K x2 = FX2 / ν, K (2A-B) = F · (2A-B) / ν,

где ν - скорость распространения ультразвуковой волны;where ν is the propagation velocity of the ultrasonic wave;

F - частота генератора счетных импульсов 1;F is the frequency of the counter pulse generator 1;

X1, Х2, (2А-В) - расстояния до катушки считывания, проходимые ультразвуковыми волнами от магнитов 5, 4, 6.X1, X2, (2A-B) are the distances to the read coil traveled by ultrasonic waves from magnets 5, 4, 6.

После получения кодов Kx1, Кх2 и К(2А-В) производится вычисление значения X1 и Х2 по формулам:After receiving the codes K x1 , K x2 and K (2A-B) , the values of X1 and X2 are calculated by the formulas:

X1=(2A-B)·Kx1/K(2A-B) иX1 = (2A-B) K x1 / K (2A-B) and

Х2=(2А-В)·Кx2(2А-B),X2 = (2A-B); K x2 / K (2A-B) ,

где (2А-В) - масштабный коэффициент.where (2A-B) is the scale factor.

Присутствие в формуле калибровочного значения К(2А-B) позволяет вести автоматическую компенсацию влияния дестабилизирующих факторов (температуры, старения, технологического разброса). Разность (X1-Х2) должна быть постоянной величиной при неизменной плотности жидкости. При расстояние X1 соответствует уровню жидкости, а расстояние Х2 (поплавка плотности) изменяется пропорционально плотности. Таким образом, измерив с помощью ареометра плотность эталонной жидкости ρэт и с помощью устройства для измерения уровня и плотности расстояние между двумя поплавками:The presence of the calibration value K (2A-B) in the formula allows automatic compensation of the influence of destabilizing factors (temperature, aging, technological spread). The difference (X1-X2) should be constant with a constant fluid density. When the distance X1 corresponds to the liquid level, and the distance X2 (density float) varies in proportion to the density. Thus, by measuring with a hydrometer the density of the reference liquid ρ et and using a device for measuring the level and density, the distance between the two floats:

hэт1эт2эт,h et = X 1et -X 2et ,

где Х1эт и Х2эт - расстояния до поплавков в эталонной жидкости, можно будет определить плотность другой жидкости по формуле:where X 1et and X 2et are the distances to the floats in the reference fluid, it will be possible to determine the density of another fluid by the formula:

ρизм=m/(V-SΔh), ρ meas = m / (V-SΔh),

где m - масса поплавка плотности, определяется взвешиванием;where m is the mass of the density float, determined by weighing;

V - объем вытесненной эталонной жидкости, вычисляется при измерении ρэт ареометром, V=m/ρэт,V is the volume of the displaced reference fluid, is calculated by measuring ρ et hydrometer, V = m / ρ et ,

где S - площадь сечения верхней (погруженной) части поплавка плотности, определяется обмером поплавка;where S is the cross-sectional area of the upper (immersed) part of the density float, determined by measuring the float;

Δh, -hэт, -hизм - изменение расстояния между двумя поплавками в жидкостях с эталонной и измеряемой плотностью;Δh, -h floor , -h ISM - change in the distance between two floats in liquids with a reference and measured density;

Δh=hэт, - hизм. Δh = h et , - h meas.

Расстояние между двумя поплавками вычисляется по формуле:The distance between the two floats is calculated by the formula:

hизм=X1изм2изм.h = X MOD 1izm -X 2izm.

Произведение S·Δh может быть положительным или отрицательным в зависимости от увеличения или уменьшения измеряемой плотности по сравнению с эталонной.The product S · Δh can be positive or negative depending on the increase or decrease in the measured density compared to the reference.

Результаты измерений из блока измерения плотности 9 и блока измерения уровня 10 поступают в блок индикации 11 и выводятся в удобном для работы виде. Вместо блока индикации может быть подключена ЭВМ.The measurement results from the density measuring unit 9 and the level measuring unit 10 enter the display unit 11 and are displayed in a convenient form for operation. Instead of a display unit, a computer can be connected.

Указанное выше устройство обладает достаточно простой конструкцией, средней точностью, имеет постоянную амплитуду тока подмагничивания звукопровода в зоне расположения катушки считывания, что позволяет делать длину датчика до 4 метров и обеспечивать надежность его работы.The above device has a fairly simple design, medium accuracy, has a constant amplitude of the bias current of the sound duct in the area of the read coil, which allows you to make the sensor length up to 4 meters and ensure its reliability.

Однако это устройство обладает рядом недостатков, свойственных поверхностным плотномерам с частичным погружением, а именно, как отмечалось выше, зависят от поверхностного натяжения жидкости, которое, в свою очередь, определяется рядом факторов (таких как давление, температура, смачиваемость) и, как правило, является переменной величиной. Все эти факторы приводят к увеличению ошибки измерения плотности. Кроме этого, следует отметить, что указанное устройство не пригодно для измерения плотности с высокой точностью в резервуарах с высоким давлением, например, в резервуарах со сжиженным газом, причем величина ошибки пропорциональна увеличению давления. Кроме этого, указанные устройства дают большую ошибку при измерении плотности жидкости с высокой вязкостью или с вязкостью, сильно изменяющейся при изменении температуры. Следует также отметить, что погружаемость поплавка уровня зависит от плотности жидкости, что дает погрешность измерения уровня, при этом в указанном устройстве не предусмотрено никакой коррекции для компенсации этой погрешности. Необходимо также отметить, что расположение первого постоянного магнита на первом, верхнем, конце звукопровода позволяет осуществить смещение рабочего диапазона измерений в нижнюю сторону, а в ряде случаев присутствует техническая необходимость смещения рабочего диапазона измерений в верхнюю сторону, например при ограниченных размерах приямка резервуара.However, this device has several disadvantages inherent to partial immersion surface densitometers, namely, as noted above, depend on the surface tension of the liquid, which, in turn, is determined by a number of factors (such as pressure, temperature, wettability) and, as a rule, is a variable. All these factors lead to an increase in density measurement error. In addition, it should be noted that this device is not suitable for measuring density with high accuracy in tanks with high pressure, for example, in tanks with liquefied gas, and the magnitude of the error is proportional to the increase in pressure. In addition, these devices give a big error when measuring the density of a liquid with a high viscosity or with a viscosity that varies greatly with temperature. It should also be noted that the immersibility of the level float depends on the density of the liquid, which gives an error in measuring the level, while in this device no correction is provided to compensate for this error. It should also be noted that the location of the first permanent magnet at the first, upper, end of the sound duct allows shifting the working range of measurements to the lower side, and in some cases there is a technical need to shift the working range of measurements to the upper side, for example, with limited dimensions of the tank pit.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства для точного измерения уровня и плотности на поверхности жидкости с возможностью работы в широком диапазоне плотности.The problem to which the invention is directed, is to create a device for accurate measurement of level and density on the surface of a liquid with the ability to work in a wide range of density.

Предложение представляет собой два изобретения, относящиеся к двум объектам одинакового назначения, решающим одну и ту же задачу и обеспечивающим получение одного и того же технического результата (два варианта).The proposal consists of two inventions related to two objects of the same purpose, solving the same problem and providing the same technical result (two options).

В первом варианте предметом изобретения является устройство, содержащее звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером и катушкой считывания на первом его конце, первый постоянный магнит расположенный под катушкой считывания, установленной под демпфером, первый поплавок в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом, второй поплавок с третьим постоянным магнитом, с возможностью перемещения вдоль звукопровода, формирователь импульсов, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня, а выходы соединены с двумя концами звукопровода, усилитель-формирователь, входы которого подключены к катушке считывания, первый выход соединен с входом блока измерения плотности, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня, второй выход которого подключен к входу блока индикации, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерения плотности, - в устройстве введен третий дополнительный выход блока измерения плотности, соединенный со вторым дополнительным входом блока измерения уровня, а второй, нижний, поплавок с расположенным на нем постоянным магнитом, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку с помощью уравновешивающих цепочек.In the first embodiment, the subject of the invention is a device containing a sound guide in the form of a string of magnetostrictive material with a damper and a read coil at its first end, a first permanent magnet located under the read coil installed under the damper, and a first toroid-shaped float mounted for displacement it has a second permanent magnet, a second float with a third permanent magnet, with the ability to move along the sound duct, a pulse shaper, the first input to of which is connected to the first output of the density measuring unit, the second input is connected to the first output of the level measuring unit, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct, the driver amplifier whose inputs are connected to the read coil, the first output is connected to the input of the density measuring unit, the second output is connected with the first input of the level measuring unit, the second output of which is connected to the input of the display unit, the second input of which is connected to the second output of the density measuring unit, the third additional the first output of the density measuring unit, connected to the second additional input of the level measuring unit, and the second, lower, float with a permanent magnet located on it, made in the form of a toroid, has devices for attaching weights, is in the submerged position and suspended from the upper float with balancing chains.

Во втором варианте предметом изобретения является устройство, содержащее звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером и катушкой считывания на первом его конце, установленной под демпфером, на первом его конце, первый поплавок в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом, второй поплавок с третьим постоянным магнитом, с возможностью перемещения вдоль звукопровода, формирователь импульсов, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня, а выходы соединены с двумя концами звукопровода, усилитель-формирователь, входы которого подключены к катушке считывания, первый выход соединен с входом блока измерения плотности, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня, второй выход которого подключен к входу блока индикации, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерения плотности, - в устройстве введен третий дополнительный выход блока измерения плотности, соединенный со вторым дополнительным входом блока измерения уровня, второй, нижний, поплавок с расположенным на нем постоянным магнитом, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку с помощью уравновешивающих цепочек, а первый постоянный магнит расположен на втором, нижнем, конце звукопровода.In the second embodiment, the subject of the invention is a device containing a sound guide in the form of a string of magnetostrictive material with a damper and a read coil at its first end, mounted under the damper, at its first end, the first toroid-shaped float mounted for movement with the second one located on it a permanent magnet, a second float with a third permanent magnet, with the ability to move along the sound duct, a pulse shaper, the first input of which is connected to the first output of the measuring unit rhenium density, the second input is connected to the first output of the level measurement unit, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct, the amplifier-driver, the inputs of which are connected to the read coil, the first output is connected to the input of the density measurement unit, the second output is connected to the first input of the level measurement unit the second output of which is connected to the input of the display unit, the second input of which is connected to the second output of the density measurement unit, the third additional output of the density measurement unit is introduced in the device, is connected the second, lower, float with a permanent magnet located on it, made in the form of a toroid, has fixtures for attaching weights, is in the submerged position and suspended from the upper float by means of balancing chains, and the first permanent magnet located on the second, lower, end of the sound pipe.

Техническим результатом является создание нового устройства для измерения уровня и плотности жидкости, обладающего непрерывным измерением с высоким порогом чувствительности, широким диапазоном измерения плотности, коррекцией измерения уровня в зависимости от плотности жидкости, хорошей температурной стабильностью, возможностью измерения плотности на поверхности жидкости, возможностью смещения диапазона измерений как в нижнюю сторону звукопровода, так и в верхнюю.The technical result is the creation of a new device for measuring the level and density of a liquid, having continuous measurement with a high threshold of sensitivity, a wide range of density measurement, correction of level measurement depending on the density of the liquid, good temperature stability, the ability to measure density on the surface of the liquid, the ability to shift the measuring range both in the lower side of the sound duct, and in the upper.

Указанные свойства получены благодаря использованию дополнительной связи между блоком измерения плотности и блоком измерения уровня, введение которой позволяет учитывать изменение погружения поплавка уровня в зависимости от изменения плотности жидкости, системы сдвоенных поплавков для измерения плотности, в которой верхний поплавок уровня находится на поверхности жидкости, а нижний поплавок плотности полностью погружен в жидкость и подвешен к поплавку уровня с помощью уравновешивающих цепочек и возможностью установки первого постоянного магнита как на первом, верхнем конце звукопровода, что позволяет сместить диапазон измерений вниз, так и на втором, нижнем его конце, что позволяет сместить диапазон измерений вверх.The indicated properties are obtained due to the use of an additional connection between the density measuring unit and the level measuring unit, the introduction of which makes it possible to take into account the change in immersion of the level float depending on the change in the density of the liquid, the system of double floats for measuring density, in which the upper level float is on the liquid surface and the lower the density float is completely immersed in the liquid and suspended from the level float using balancing chains and the possibility of installing the first oyannogo magnet like the first, upper end of the acoustic duct, which allows to shift the measurement range downward, and the second, lower end thereof, that allows to shift the measuring range upwards.

На фиг.2 схематично представлено устройство для измерения уровня и плотности с расположением первого постоянного магнита в верхней части звукопровода, на фиг.3 схематично представлено устройство для измерения уровня и плотности с расположением первого постоянного магнита в нижней части звукопровода, на фиг.4 схематично представлена конструкция устройства с расположением первого постоянного магнита в верхней части звукопровода, на фиг.5 схематично представлена конструкция устройства с расположением первого постоянного магнита в нижней части звукопровода.Figure 2 schematically shows a device for measuring the level and density with the location of the first permanent magnet in the upper part of the sound duct, figure 3 schematically shows a device for measuring the level and density with the location of the first permanent magnet in the lower part of the sound duct, figure 4 schematically shows device design with the location of the first permanent magnet in the upper part of the sound duct, figure 5 schematically shows the design of the device with the location of the first permanent magnet in the bottom th part of the sound duct.

Цифрами на рисунках обозначены:The numbers in the figures indicate:

1 - звукопровод (магнитострикционный волновод);1 - sound duct (magnetostrictive waveguide);

2 - формирователь импульсов;2 - pulse shaper;

3 - демпфер;3 - damper;

4 - третий постоянный магнит (расположен на поплавке плотности);4 - the third permanent magnet (located on the density float);

5 - второй постоянный магнит (расположен на поплавке уровня);5 - the second permanent magnet (located on the level float);

6 - первый постоянный магнит;6 - the first permanent magnet;

7 - катушка считывания;7 - read coil;

8 - усилитель-формирователь;8 - amplifier-driver;

9 - блок измерения плотности;9 - block density measurement;

10 - блок измерения уровня;10 - block level measurement;

11 - блок индикации;11 - display unit;

12 - первый поплавок (поплавок уровня);12 - the first float (level float);

13 - второй поплавок (поплавок плотности);13 - the second float (density float);

14 - корпус из немагнитного материала;14 - case of non-magnetic material;

15 - уравновешивающие цепочки;15 - balancing chains;

16 - приспособление для крепления гирь.16 - device for mounting weights.

В первом варианте (фиг.2 и 4)устройство содержит звукопровод 1 в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером 3 и катушкой считывания 7 на первом его конце, первый постоянный магнит 6, расположенный под катушкой считывания 7, установленной под демпфером 3, первый поплавок 12 в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом 5, второй поплавок 13 с третьим постоянным магнитом 4, установленный с возможностью перемещения вдоль звукопровода 1, блок измерения плотности 9, блок измерения уровня 10, блок индикации 11, формирователь импульсов 2, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности 9, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня 10, а выходы соединены с двумя концами звукопровода 1, усилитель-формирователь 8, входы которого подключены к катушке считывания 7, первый выход соединен с входом блока измерения плотности 9, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня 10, второй выход которого подключен к входу блока индикации 11, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерения плотности 9, третий дополнительный выход блока измерения плотности 9 соединен со вторым дополнительным входом блока измерения уровня 10, а второй, нижний, поплавок 13 с расположенным на нем третьим постоянным магнитом 4, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь 16, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку 12 с помощью уравновешивающих цепочек 15.In the first embodiment (Figs. 2 and 4), the device comprises a sound duct 1 in the form of a string of magnetostrictive material with a damper 3 and a read coil 7 at its first end, the first permanent magnet 6 located under the read coil 7, mounted under the damper 3, the first float 12 in the form of a toroid, mounted for movement with a second permanent magnet 5 located on it, a second float 13 with a third permanent magnet 4, mounted for movement along the sound duct 1, density measuring unit 9, measuring unit level 10, indicating unit 11, pulse shaper 2, the first input of which is connected to the first output of the density measuring unit 9, the second input is connected to the first output of the level measuring unit 10, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct 1, amplifier-shaper 8, inputs which are connected to the read coil 7, the first output is connected to the input of the density measuring unit 9, the second output is connected to the first input of the level measuring unit 10, the second output of which is connected to the input of the indicating unit 11, the second input of which is connected to the second output of the density measuring unit 9, the third additional output of the density measuring unit 9 is connected to the second additional input of the level measuring unit 10, and the second, lower, float 13 with a third permanent magnet 4 located on it, made in the form of a toroid, has devices for fixing weights 16, is in a submerged position and suspended from the upper float 12 using balancing chains 15.

Во втором варианте (фиг.3 и 5) устройство содержит звукопровод 1 в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером 3 и катушкой считывания 7 на первом его конце, установленной под демпфером 3, на первом его конце, первый поплавок 12 в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом 5, второй поплавок 13 с третьим постоянным магнитом 4, с возможностью перемещения вдоль звукопровода 1, блок измерения плотности 9, блок измерения уровня 10, блок индикации 11, формирователь импульсов 2, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности 10, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня 9, а выходы соединены с двумя концами звукопровода 1, усилитель-формирователь 8, входы которого подключены к катушке считывания 7, первый выход соединен с входом блока измерения плотности 9, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня 10, второй выход которого подключен к входу блока индикации 11, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерения плотности 9, третий дополнительный выход блока измерения плотности 9 соединен со вторым дополнительным входом блока измерения уровня 19, а второй, нижний, поплавок 13 с расположенным на нем третьим постоянным магнитом 4, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь 16, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку 12 с помощью уравновешивающих цепочек 15, а первый постоянный магнит 6 расположен на втором, нижнем, конце звукопровода 1.In the second embodiment (FIGS. 3 and 5), the device comprises a sound duct 1 in the form of a string of magnetostrictive material with a damper 3 and a read coil 7 at its first end, mounted under the damper 3, at its first end, the first float 12 in the form of a toroid, installed with the possibility of moving with the second permanent magnet 5 located on it, the second float 13 with the third permanent magnet 4, with the ability to move along the sound duct 1, the density measuring unit 9, the level measuring unit 10, the indicating unit 11, pulse shaper 2, per the output of which is connected to the first output of the density measuring unit 10, the second input is connected to the first output of the level measuring unit 9, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct 1, the amplifier-shaper 8, the inputs of which are connected to the read coil 7, the first output is connected to the input density measuring unit 9, the second output is connected to the first input of the level measuring unit 10, the second output of which is connected to the input of the indicating unit 11, the second input of which is connected to the second output of the density measuring unit 9, the third additional the output of the density measuring unit 9 is connected to the second additional input of the level measuring unit 19, and the second, lower, float 13 with a third permanent magnet 4 located on it, made in the form of a toroid, has devices for attaching weights 16, is in a submerged position and suspended to the upper float 12 using balancing chains 15, and the first permanent magnet 6 is located on the second, lower, end of the sound pipe 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Измерение уровня и плотности основано на измерениях времени распространения ультразвука в магнитострикционном волноводе. Скорость распространения ультразвука в волноводе практически не зависит от давления и влажности. Влияние температуры автоматически компенсируется с помощью специального алгоритма обработки временных интервалов распространения ультразвука.Level and density measurements are based on measurements of the propagation time of ultrasound in a magnetostrictive waveguide. The propagation velocity of ultrasound in the waveguide is practically independent of pressure and humidity. The influence of temperature is automatically compensated using a special algorithm for processing time intervals of ultrasound propagation.

По команде из блока измерения плотности 9 или блока измерения уровня 10 с помощью формирователя импульсов 8 производится генерация ультразвуковой волны по принципу магнитострикции непосредственно в волноводе 1, изготовленном из специальной стальной проволоки с магнитострикционными свойствами и расположенном внутри корпуса из немагнитного материала 14.At the command of a density measuring unit 9 or a level measuring unit 10, a pulse generator 8 generates an ultrasonic wave according to the magnetostriction principle directly in the waveguide 1, made of a special steel wire with magnetostrictive properties and located inside the body of non-magnetic material 14.

При взаимодействии переменного магнитного поля, создаваемого импульсом тока в волноводе 1, и полем постоянных магнитов 4, 5 и 6 происходит деформация кристаллической структуры волновода, что создает механическую волну, распространяющуюся с ультразвуковой скоростью. Ультразвуковая волна, возникающая в местах расположения магнитов 4, 5 и 6, распространяется по волноводу 1 в обоих направлениях от места возникновения. В верхней части волновода ультразвуковые волны вследствие обратного магнитострикционного эффекта преобразуются катушкой считывания 7 в электрические импульсы и затем гасятся демпфером 3. Указанные импульсы поступают в усилитель-формирователь 8, где преобразуются в прямоугольную форму и затем поступают в блок измерения плотности 9 и блок измерения уровня 10. Промежуток времени между моментом генерации ультразвуковой волны и ее преобразованием в электрические импульсы пропорционален измеряемому расстоянию, т.е. положению поплавков. При этом моменты преобразования ультразвуковых волн в электрические импульсы разнесены по времени, и анализ количества импульсов и соответствующих промежутков времени позволят определить положение каждого поплавка и таким образом измерить уровень и плотность жидкости.When the alternating magnetic field created by the current pulse in the waveguide 1 and the field of permanent magnets 4, 5 and 6 interact, a deformation of the crystal structure of the waveguide occurs, which creates a mechanical wave propagating at an ultrasonic speed. An ultrasonic wave arising at the locations of the magnets 4, 5 and 6 propagates along the waveguide 1 in both directions from the place of occurrence. Ultrasonic waves in the upper part of the waveguide, due to the inverse magnetostrictive effect, are converted by the read coil 7 into electrical pulses and then are damped by the damper 3. These pulses are fed to the driver amplifier 8, where they are converted into a rectangular shape and then transferred to the density measuring unit 9 and the level measuring unit 10 The time interval between the moment of generation of the ultrasonic wave and its conversion into electrical pulses is proportional to the measured distance, ie position of the floats. At the same time, the moments of conversion of ultrasonic waves into electric pulses are spaced in time, and analysis of the number of pulses and the corresponding time intervals will determine the position of each float and thus measure the level and density of the liquid.

Математически это выглядит следующим образом: на первом этапе в устройстве измерения плотности и устройстве измерения уровня производится запись цифрового кода, соответствующего расстоянию от катушки считывания до магнитов 4 и 5 поплавков 12 и 13-Х1 и Х2, а также реперных расстояний А и В. После получения кодов производится вычисление значений указанных расстояний по формулам:Mathematically, it looks like this: at the first stage, a digital code is recorded in the density measuring device and the level measuring device, corresponding to the distance from the read coil to magnets 4 and 5 of floats 12 and 13-X1 and X2, as well as reference distances A and B. After receiving codes, the values of the indicated distances are calculated by the formulas:

A=VtA(1+γ)+tЗД A = Vt A (1 + γ) + t ZD

В=VtB(1+γ)+tЗД B = Vt B (1 + γ) + t ZD

Х1=Vt1(1+γ)+tЗД X1 = Vt 1 (1 + γ) + t ZD

X2=Vt2(1+γ)+tЗД,X2 = Vt 2 (1 + γ) + t ZD ,

где V - скорость ультразвука в проволоке;where V is the speed of ultrasound in the wire;

tA, tB, t1, t2 - время, за которое ультразвуковая волна проходит расстояния А; В; X1; Х2;t A , t B , t 1 , t 2 - the time during which the ultrasonic wave travels the distance And; AT; X1; X2;

γ - методическая погрешность из-за старения и температурных уходов параметров проволоки;γ - methodological error due to aging and temperature deviations of the wire parameters;

tЗД - время задержки из-за неидеальностей запуска и приема ультразвуковой волны в магнитострикционном волноводе.t ZD - delay time due to imperfections in the start and reception of an ultrasonic wave in a magnetostrictive waveguide.

В зависимости от требуемой точности измерений уровня и плотности текущее расстояние между магнитами ΔHтек=Х1-Х2 может быть вычислено тремя способами с разной дополнительной погрешностью, зависящей от паразитных воздействий.Depending on the required accuracy of level and density measurements, the current distance between the magnets ΔH tech = X1-X2 can be calculated in three ways with different additional errors depending on spurious influences.

1. Абсолютно инвариантный (наиболее точный) - это когда после обработки данных, ΔНтек нечувствителен к γ и tЗД:1. Absolutely invariant (most accurate) is when, after processing the data, ΔН tech is insensitive to γ and t ЗД :

ΔНтек=[(A-B)(t1-t2)]/(tA-tB).ΔH tech = [(AB) (t 1 -t 2 )] / (t A -t B ).

2. Интегральный квази инвариантный (средней точности) - это когда ΔНтек нечувствительно к γ и частично чувствителен к tЗД из-за одного интегрального реперного расстояния А.2. Integral quasi-invariant (medium accuracy) is when ΔН tech is insensitive to γ and partially sensitive to t ZD due to one integral reference distance A.

ΔНтек=[A(t1-t2)]/(tAЗД),ΔH tech = [A (t 1 -t 2 )] / (t AZD ),

где ΔЭД=tЗД/V.where Δ ED = t ZD / V.

3. Локальный квазиинвариантный (с малой точностью) - это когда ΔНтек нечувствительно к γ и частично чувствителен к tЗД из-за одного локального реперного расстояния В;3. Local quasi-invariant (with low accuracy) - this is when ΔН tech is insensitive to γ and partially sensitive to t ZD due to one local reference distance B;

ΔНтек=[B(t1-t2)]/(tBЗД).ΔH tech = [B (t 1 -t 2 )] / (t BZD ).

Выбор одного из трех вариантов позволяет найти оптимальный вариант необходимой точности и стоимости устройства.Choosing one of three options allows you to find the best option for the necessary accuracy and cost of the device.

Измерение плотности жидкости новым устройством основывается на том, что к поплавку 13 с известной массой и объемом одним концом подвешиваются калиброванные металлические цепочки с постоянной массой единицы длины, а вторым концом цепочки подвешиваются к поплавку 12 (плотность которого меньше плотности жидкости и масса которого значительно больше массы подвешенных цепей).The measurement of the density of the liquid by the new device is based on the fact that calibrated metal chains with a constant mass of a unit length are suspended from the float 13 with a known mass and volume at one end, and the second end of the chain is suspended from the float 12 (whose density is less than the density of the liquid and whose mass is much greater than the mass suspended chains).

Для того чтобы устройство могло охватывать достаточно широкий интервал плотностей при сравнительно малой длине цепочек, на поплавке предусматриваются приспособления для крепления гирь, такой же эффект достигается применением цепочек различной массы. Приспособления для крепления гирь могут быть выполнены в виде петель, крючков, защелок или других аналогичных решений.In order for the device to cover a sufficiently wide range of densities with a relatively short length of chains, devices for fastening weights are provided on the float, the same effect is achieved by using chains of different weights. Devices for fastening weights can be made in the form of loops, hooks, latches or other similar solutions.

Величина плотности измеряется в блоке измерения плотности с помощью следующей математической модели (подробный вывод смотри: С.С.Кивилис "Плотномеры" изд. Энергия 1980 г., стр.63, 64):The density value is measured in the density measuring unit using the following mathematical model (for a detailed conclusion, see: S. S. Kivilis "Density meters" ed. Energia 1980, pp. 63, 64):

Figure 00000002
Figure 00000002

где МП, VП - масса и объем поплавка 13;where M P , V P - mass and volume of the float 13;

Figure 00000003
- половина суммарной массы единицы длины всех подвешенных цепей;
Figure 00000003
- half the total mass per unit length of all suspended chains;

ΔНЭТ. - эталонное (полученное при градуировке) расстояние между магнитами;ΔH ET. - reference (obtained by graduation) the distance between the magnets;

МГР - масса подвешенных дополнительных гирь;M GR - mass of suspended additional weights;

ρЦЕП.; ρГР. - плотность материала цепей и материала гирь.ρ CHAIN. ; ρ GR. - the density of the material of the chains and the material of weights.

Для придания поплавку 13 остойчивости и обеспечения его центрирования применяют несколько цепочек (обычно от двух до четырех), причем свободные их концы фиксируются на подвижном поплавке 12 (при изменении уровня поплавок 12 перемещается и перемещает пропорционально магниты как собственные, так и поплавка 13). От каждой цепочки на поплавок 13 действует сила, направленная по касательной к цепной линии и зависящая от длины цепочки. Вертикальная составляющая этой силы, компенсирующая изменение выталкивающей силы при изменении плотности жидкости, зависит от перемещения поплавка 13 в соответствии с математической моделью. Уравновешенное состояние поплавка 13 (при неизменной плотности) сохраняется в любом месте нахождения поплавка 12 (по диапазону уровня). Погружение поплавка 12 меняется при изменении положения поплавка 13 (при изменении плотности) и учитывается при обработке сигналов положения магнитов поплавков.To give stability to the float 13 and ensure its centering, several chains are used (usually from two to four), their free ends being fixed on the movable float 12 (when the level changes, the float 12 moves and moves proportionally magnets of both its own and the float 13). From each chain on the float 13 acts a force directed tangentially to the chain line and depending on the length of the chain. The vertical component of this force, compensating for the change in the buoyancy force with a change in the density of the liquid, depends on the movement of the float 13 in accordance with the mathematical model. The balanced state of the float 13 (at a constant density) is stored at any location of the float 12 (over the level range). The immersion of the float 12 changes when the position of the float 13 changes (when the density changes) and is taken into account when processing the position signals of the float magnets.

Из вышеизложенного можно сделать выводы, что измерение плотности не зависит:From the foregoing, we can conclude that the density measurement is independent:

1 - от перемещения поплавка 12;1 - from the movement of the float 12;

2 - от давления газа;2 - from gas pressure;

3 - от смачиваемости поплавка 12.3 - from the wettability of the float 12.

Измерение уровня (раздела фаз) НУК+h устройством основано на измерении перемещения поплавка 12 (НК) и учете его глубины погружения в жидкость (h). Обработка сигналов осуществляется блоком измерения уровня.The measurement of the level (phase separation) Н У = Н К + h by the device is based on measuring the displacement of the float 12 (Н К ) and taking into account its depth of immersion in the liquid (h). Signal processing is carried out by the level measurement unit.

Измерение перемещения поплавка 12 осуществляется магнитострикционным методом (с использованием при градуировке по перемещению поплавков специальной градуировочной установки).The measurement of the displacement of the float 12 is carried out by the magnetostrictive method (using a special calibration unit during graduation for displacement of the floats).

Если выбрать массу поплавка 12 (МП) значительно больше изменения массы цепи (МЦ) и массы мениска (ММ):If you choose the mass of the float 12 (M P ) is significantly greater than the change in mass of the chain (M C ) and the mass of the meniscus (M M ):

МП≫МЦ и МП≫ММ,M P ≫ M C and M PM M ,

тогда глубина погружения поплавка h в нормальных условиях будет определяться по формулеthen the depth of immersion of the float h under normal conditions will be determined by the formula

h=(MП/ρS)+(МцЦО/ρS),h = (M P / ρS) + (M CCO / ρS),

где Мцо - начальная масса цепочной подвески;where Mtso is the initial mass of the chain suspension;

S - рабочее сечение поплавка 12.S - working section of the float 12.

Реализация точного измерения уровня с учетом изменения глубины погружения поплавка уровня в зависимости от плотности жидкости осуществлена за счет вновь введенной дополнительной связи между блоком измерения плотности и блоком измерения уровня.The implementation of accurate level measurement, taking into account the change in the depth of immersion of the level float depending on the density of the liquid, is carried out due to the newly introduced additional connection between the density measuring unit and the level measuring unit.

Результаты измерений из блока измерения плотности 9 и блока измерения уровня 10 поступают в блок индикации 11 и выводятся в удобном для работы виде. Вместо блока индикации или совместно с ним может быть подключена ЭВМ.The measurement results from the density measuring unit 9 and the level measuring unit 10 enter the display unit 11 and are displayed in a convenient form for operation. Instead of the display unit or in conjunction with it, a computer can be connected.

Блок измерения плотности и блок измерения уровня реализованы на микропроцессорах, что легко позволяет осуществить необходимые преобразования сигналов и выполнить необходимые математические расчеты по заданной программе.The density measuring unit and the level measuring unit are implemented on microprocessors, which easily allows you to carry out the necessary signal conversions and perform the necessary mathematical calculations according to a given program.

Предлагаемое устройство имеет лучшую температурную стабильность, чем прототип, потому что у него нет рабочих сечений с температурной зависимостью и менисков.The proposed device has better temperature stability than the prototype, because it does not have working cross sections with temperature dependence and menisci.

В предлагаемом устройстве легко расширить диапазон измерений плотности (удлиняя цепи цепочной подвески или прикрепляя дополнительные гири), а в поплавковом - для этого необходимо изменять конструкцию поплавка, что влечет за собой большие затраты средств и времени.In the proposed device, it is easy to expand the range of density measurements (by extending the chain of the chain suspension or attaching additional weights), and in the float - for this it is necessary to change the design of the float, which entails a large investment of time and money.

При изготовлении прототипа из металла верхняя часть поплавка плотности находится в воздухе и подвержена образованию конденсата на поверхности и сильному загрязнению, что приводит к уменьшению точности измерения плотности, а возможность изготовления поплавков из металла расширяет область применения устройства: например, в пищевой и химической промышленности. В предлагаемом устройстве поплавок плотности всегда находится в погруженном состоянии и соответственно лишен вышеуказанного недостатка, и может быть изготовлен из металла.In the manufacture of a prototype from metal, the upper part of the density float is in the air and is subject to the formation of condensate on the surface and severe contamination, which leads to a decrease in the density measurement accuracy, and the possibility of manufacturing metal floats expands the scope of the device: for example, in the food and chemical industries. In the proposed device, the density float is always immersed and accordingly devoid of the above disadvantage, and can be made of metal.

Следует также отметить, что благодаря использованию низких рабочих напряжений и малых токов описываемое устройство для измерения уровня и плотности легко реализуемо во взрывобезопасном исполнении, что позволяет его использовать при измерениях во взрывоопасных средах, например, при работе с нефтепродуктами или сжиженными газами.It should also be noted that due to the use of low operating voltages and low currents, the described device for measuring the level and density is easily implemented in explosion-proof design, which allows it to be used when measuring in explosive atmospheres, for example, when working with oil products or liquefied gases.

На предприятии-заявителе был изготовлен макет, а затем опытный образец описанного устройства и проведены испытания, которые полностью подтвердили правильность предлагаемого решения.A mock-up was made at the applicant enterprise, and then a prototype of the described device was made and tests were carried out that fully confirmed the correctness of the proposed solution.

Claims (2)

1. Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером и катушкой считывания на первом его конце, первый постоянный магнит, расположенный под катушкой считывания, установленной под демпфером, первый поплавок в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом, второй поплавок с третьим постоянным магнитом, с возможностью перемещения вдоль звукопровода, блок измерения плотности, блок измерения уровня, блок индикации, формирователь импульсов, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня, а выходы соединены с двумя концами звукопровода, усилитель-формирователь, входы которого подключены к катушке считывания, первый выход соединен с входом блока измерения плотности, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня, второй выход которого подключен к входу блока индикации, второй вход которого подключен к второму выходу блока измерения плотности, отличающееся тем, что третий дополнительный выход блока измерения плотности соединен со вторым дополнительным входом блока измерения уровня, а второй, нижний, поплавок с расположенным на нем третьим постоянным магнитом, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку с помощью уравновешивающих цепочек.1. Device for measuring the level and density of a liquid, containing a sound guide in the form of a string of magnetostrictive material with a damper and a read coil at its first end, a first permanent magnet located under the read coil installed under the damper, the first toroidal float installed with the possibility movement with a second permanent magnet located on it, a second float with a third permanent magnet, with the ability to move along the sound duct, density measurement unit, uro measurement unit nya, display unit, pulse shaper, the first input of which is connected to the first output of the density measuring unit, the second input is connected to the first output of the level measuring unit, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct, the amplifier-shaper, whose inputs are connected to the read coil, the first output connected to the input of the density measurement unit, the second output is connected to the first input of the level measurement unit, the second output of which is connected to the input of the display unit, the second input of which is connected to the second output of the measurement unit density, characterized in that the third additional output of the density measuring unit is connected to the second additional input of the level measuring unit, and the second, lower, float with a third permanent magnet located on it, made in the form of a toroid, has devices for attaching weights, is immersed position and suspended from the upper float using balancing chains. 2. Устройство для измерения уровня и плотности жидкости, содержащее звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером и катушкой считывания, установленной под демпфером, на первом его конце, первый поплавок в виде тороида, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем вторым постоянным магнитом, второй поплавок с третьим постоянным магнитом, с возможностью перемещения вдоль звукопровода, блок измерения плотности, блок измерения уровня, блок индикации, формирователь импульсов, первый вход которого подключен к первому выходу блока измерения плотности, второй вход подключен к первому выходу блока измерения уровня, а выходы соединены с двумя концами звукопровода, усилитель-формирователь, входы которого подключены к катушке считывания, первый выход соединен с входом блока измерения плотности, второй выход соединен с первым входом блока измерения уровня, второй выход которого подключен к входу блока индикации, второй вход которого подключен к второму выходу блока измерения плотности, отличающееся тем, что третий дополнительный выход блока измерения плотности соединен со вторым дополнительным входом блока измерения уровня, второй, нижний, поплавок с расположенным на нем третьим постоянным магнитом, выполненный в виде тороида, имеет приспособления для крепления гирь, находится в погруженном положении и подвешен к верхнему поплавку с помощью уравновешивающих цепочек, а первый постоянный магнит расположен на втором, нижнем, конце звукопровода.2. A device for measuring the level and density of a liquid, containing a sound guide in the form of a string of magnetostrictive material with a damper and a read coil installed under the damper at its first end, the first float in the form of a toroid mounted for movement with a second permanent magnet located on it , a second float with a third permanent magnet, with the ability to move along the sound duct, a density measuring unit, a level measuring unit, an indication unit, a pulse shaper, the first input of which connected to the first output of the density measuring unit, the second input is connected to the first output of the level measuring unit, and the outputs are connected to the two ends of the sound duct, the driver amplifier, the inputs of which are connected to the read coil, the first output is connected to the input of the density measuring unit, the second output is connected to the first input of the level measuring unit, the second output of which is connected to the input of the display unit, the second input of which is connected to the second output of the density measuring unit, characterized in that the third additional output the density measuring unit is connected to the second additional input of the level measuring unit, the second, lower one, the float with the third permanent magnet located on it, made in the form of a toroid, has devices for attaching weights, is in the submerged position and suspended from the upper float using balancing chains, and the first permanent magnet is located on the second, lower, end of the sound duct.
RU2005131787/28A 2005-10-14 2005-10-14 Device for measuring level and density of liquid (variants) RU2285908C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131787/28A RU2285908C1 (en) 2005-10-14 2005-10-14 Device for measuring level and density of liquid (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131787/28A RU2285908C1 (en) 2005-10-14 2005-10-14 Device for measuring level and density of liquid (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2285908C1 true RU2285908C1 (en) 2006-10-20

Family

ID=37437969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005131787/28A RU2285908C1 (en) 2005-10-14 2005-10-14 Device for measuring level and density of liquid (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285908C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531763C1 (en) * 2013-06-21 2014-10-27 Евгений Леонидович Пущин Float magnetostrictive level indicator
WO2017220630A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Bruno Morel-Fatio Digital system for absolute optical measurement of a level of liquid in a container by correlation of photographs
CN109870389A (en) * 2019-04-12 2019-06-11 长春工程学院 Based on magnetostrictive displacement sensor irrigation water coefficient of viscosity detection device and method
RU191611U1 (en) * 2018-11-21 2019-08-14 Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры "Сургутский государственный университет" Densitometer
EP3677880A1 (en) 2019-01-04 2020-07-08 Senecogaz Holding GmbH & Co. KG Tank container for transportation of liquified gas
CN114812735A (en) * 2022-04-11 2022-07-29 扬州市检验检测中心 Multifunctional liquid level meter

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531763C1 (en) * 2013-06-21 2014-10-27 Евгений Леонидович Пущин Float magnetostrictive level indicator
WO2017220630A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Bruno Morel-Fatio Digital system for absolute optical measurement of a level of liquid in a container by correlation of photographs
FR3053114A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-29 Bruno Morel-Fatio DIGITAL OPTICAL OPTICAL MEASUREMENT SYSTEM OF A LIQUID LEVEL IN A CONTAINER BY CORRELATION OF SHOTS
RU191611U1 (en) * 2018-11-21 2019-08-14 Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры "Сургутский государственный университет" Densitometer
EP3677880A1 (en) 2019-01-04 2020-07-08 Senecogaz Holding GmbH & Co. KG Tank container for transportation of liquified gas
CN109870389A (en) * 2019-04-12 2019-06-11 长春工程学院 Based on magnetostrictive displacement sensor irrigation water coefficient of viscosity detection device and method
CN114812735A (en) * 2022-04-11 2022-07-29 扬州市检验检测中心 Multifunctional liquid level meter
CN114812735B (en) * 2022-04-11 2023-01-20 扬州市检验检测中心 Multifunctional liquid level meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2285908C1 (en) Device for measuring level and density of liquid (variants)
JP5257625B2 (en) Liquid level measuring device with density measuring function
RU2273838C1 (en) Density meter
RU2316738C1 (en) Device for measuring level and density of low-density fluid
RU2710007C1 (en) Bypass level gauge
RU2351903C1 (en) Level indicator
RU2138028C1 (en) Device measuring level and density
RU2222786C1 (en) Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge
RU2710008C1 (en) Liquid level and density measuring device
RU2308019C1 (en) Device for measuring density of low-density liquids
RU2730404C1 (en) Liquid level and density measuring device
CN113340380A (en) Method for detecting liquid level position based on surface wave mode conversion
Donelan et al. Miniature drag sphere velocity probe
RU2188400C1 (en) Device for measurement of level and density
RU155410U1 (en) ADAPTIVE MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF VEHICLE LEVEL AND DENSITY OF FUEL FUEL (ITS OPTIONS)
SU287342A1 (en) PATENT-TO;;;; - '. LIBRARY. A. Makarov
RU46854U1 (en) DENSITOMETER
RU2194953C2 (en) Procedure measuring level and mass of liquid media in tanks
SU669199A1 (en) Level meter
Liu et al. Flexural wave sidewall sensor for noninvasive measurement of discrete liquid levels in large storage tanks
CN210514003U (en) Density measuring device
CN211648121U (en) Gas production rate metering device for oil production well
RU2531556C1 (en) Device to measure mass of oil products in trench reservoir
RU2163356C2 (en) Process determining amount of liquid in tank and device for its implementation
RU2170912C2 (en) Method of measurement of level and/or interface of liquid media,mainly water-and-oil emulsions in reservoirs