RU2502957C2 - Level-flow meter for liquid in tank - Google Patents
Level-flow meter for liquid in tank Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502957C2 RU2502957C2 RU2011151698/28A RU2011151698A RU2502957C2 RU 2502957 C2 RU2502957 C2 RU 2502957C2 RU 2011151698/28 A RU2011151698/28 A RU 2011151698/28A RU 2011151698 A RU2011151698 A RU 2011151698A RU 2502957 C2 RU2502957 C2 RU 2502957C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tank
- liquid
- tube
- channel
- sealed
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня и расхода различных жидкостей, например топлива в баках транспортных средств, в частности, в вездеходах топливовозах и снегоболотоходов, предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне до 100°C и при особо низких температурах до -70°C.The invention relates to a control and measuring technique, and in particular to devices for measuring the level and flow rate of various liquids, for example, fuel in the tanks of vehicles, in particular in all-terrain vehicles of fuel carriers and snow and swamp vehicles, designed to work in especially difficult weather conditions with temperature changes wide range up to 100 ° C and at especially low temperatures up to -70 ° C.
Применение таких устройств наиболее эффективно, когда требуется измерять уровень и расход в большом числе баков с соблюдением требований высокой надежности и точности. Так например, в двухзвенных топливовозах, может устанавливаться до двенадцати топливных баков. В каждом из них измерение уровня топлива обязательно, а расход измерять желательно. Для измерения этих двух; параметров применяются отдельные самостоятельные устройства - уровнемеры и расходомеры, соответственно, количество этих устройств будет достаточно большим. В результате на таком топливовозе придется установить 24 отдельных измерительных устройства. Большое число измерительных устройств снижает надежность, усложняет эксплуатацию и увеличивает стоимость. В то же время особенностью таких транспортных средств являются повышенные требования к надежности оборудования, особенно топливной аппаратуры - повышенная взрыво-пожаробезопасность в тяжелых дорожно-климатических условиях, при сохранении высокой точности и чувствительности. Предлагаемый уровнемер-расходомер соответствует этим требованиям.The use of such devices is most effective when it is required to measure the level and flow rate in a large number of tanks in compliance with the requirements of high reliability and accuracy. For example, in two-link fuel carriers, up to twelve fuel tanks can be installed. In each of them, the measurement of the fuel level is mandatory, and the flow rate is desirable. To measure these two; parameters, separate independent devices are used - level meters and flow meters, respectively, the number of these devices will be quite large. As a result, 24 separate measuring devices will have to be installed on such a fuel carrier. A large number of measuring devices reduces reliability, complicates operation and increases cost. At the same time, the feature of such vehicles is the increased requirements for the reliability of equipment, especially fuel equipment - increased explosion and fire safety in difficult road climatic conditions, while maintaining high accuracy and sensitivity. The proposed flowmeter meets these requirements.
При изменении уровня во время расхода жидкости под крышкой бака над контролируемой жидкостью может создаваться разряжение. Это происходит тогда, когда дроссельные отверстия в крышке бака закупорены, например, обледенели, загрязнились или конструктивно отсутствуют. Последнее имеет (1 место в случаях, когда жидкость находится в нескольких сообщающихся друг другом баках или когда баки имеют внутреннюю поджимающую оболочку. Кроме того, даже при наличии дроссельных отверстий, при быстром изменении уровня жидкости - при большом расходе, давление под крышкой бака не будет равно атмосферному. В этом случае измерение уровня и расхода с помощью известных устройств будут содержать большую погрешность. Это происходит также в баках, которые не сообщаются с окружающей средой, т.е. в герметичном объеме. К таким объектам могут относиться баки летательных и космических аппаратов (самолеты, ракеты), подводных лодок, а также емкости, у которых пары перекачиваемой жидкости не должны попадать в окружающую среду из-за экологической опасности, взрыво-пожаробезопасности.If the level changes during the flow of fluid under the tank cover above the controlled fluid, a vacuum can be generated. This happens when the throttle openings in the tank cap are clogged, for example, icy, dirty or structurally absent. The latter has (1 place in cases where the liquid is in several tanks communicating with each other or when the tanks have an internal pressing shell. In addition, even with throttle openings, with a rapid change in the liquid level - at a high flow rate, the pressure under the tank cover will not equal to atmospheric.In this case, the measurement of level and flow rate using known devices will contain a large error.This also happens in tanks that do not communicate with the environment, i.e. in a sealed volume. ktam may include tanks of aircraft and spacecraft (aircraft, missiles), submarines and tanks, in which the pair of the pumped liquid must not enter the environment due to environmental hazards, explosion-fire.
Известно устройство для измерения расхода [патент РФ №2362123. Расходомер. G01F 1/34. Опубл. 20.07.2009 г.], содержащее корпус, состоящий из двух половин, и включающий подводящее сопло и сопло, направляющее струю измеряемой среды в приемное отверстие, выполненное в корпусе, мембрану с телом положительной плавучести, разделяющую заполненную измеряемой средой камеру корпуса на две полости - надмембранную и подмембранную, сообщающуюся с полостью разряжения между соплами, выходной патрубок и дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения мембраны в выходной сигнал, отличающийся тем, что в корпусе расходомера выполнена дополнительная камера, разделенная мембраной со вторым телом положительной плавучести на две полости надмембранную и подмембранную, заполненные тестовой средой - водой, спиртом, эфиром или другой тестовой жидкостью с известной плотностью, равной плотности одной из компонент двухкомпонентной измеряемой среды, камеры корпуса разделены перегородкой и мембраной, подмембранная полость дополнительной камеры соединена каналом, содержащим мембрану, с полостью разряжения между соплами, в каналы, соединяющие подмембранные полости камер корпуса и полость разряжения между соплами, введены два герметизирующих элемента, при этом каналы объединены с двумя дифференциально-трансформаторными преобразователями перемещений мембран камер с подвижными сердечниками, преобразователи связаны с аналогово-цифровой системой, которая соединена с однокристальным микроконтроллером.A known device for measuring flow [RF patent No. 2362123. Flow meter G01F 1/34. Publ. July 20, 2009], comprising a housing consisting of two halves, and including a supply nozzle and a nozzle directing the measured medium stream into a receiving hole made in the housing, a membrane with a positive buoyancy body, dividing the housing chamber filled with the measured medium into two cavities - the submembrane and submembrane communicating with the vacuum cavity between the nozzles, the output pipe and the differential-transformer transducer moving the membrane into an output signal, characterized in that up to a filling chamber, divided by a membrane with a second body of positive buoyancy into two cavities, a submembrane and a submembrane, filled with a test medium - water, alcohol, ether or another test liquid with a known density equal to the density of one of the components of a two-component measured medium, the chamber chambers are separated by a partition and a membrane, the submembrane cavity of the additional chamber is connected by a channel containing the membrane to the rarefaction cavity between the nozzles into the channels connecting the submembrane cavities of the housing chambers and a rarefaction cavity between the nozzles, two sealing elements are introduced, the channels being combined with two differential transformer transducers for moving the membranes of cameras with moving cores, the transducers are connected to an analog-to-digital system that is connected to a single-chip microcontroller.
Кроме того, в качестве сердечников дифференциально-трансформаторньк преобразователей перемещения использовано магнитопроводящее твердое тело или не смачиваемая магнитная жидкость, помещенная в соединительные каналы.In addition, a magnetically conductive solid body or non-wettable magnetic fluid placed in the connecting channels is used as the cores of the differential transformer of displacement transducers.
Кроме того, герметизирующие элементы выполнены в виде поршней, жестко закрепленных на телах положительной плавучести.In addition, the sealing elements are made in the form of pistons rigidly fixed to bodies of positive buoyancy.
Известное устройство имеет следующие недостатки.The known device has the following disadvantages.
1. Невозможность измерять одновременно с расходом жидкости из бака и уровень этой жидкости в баке.1. The inability to measure simultaneously with the flow rate of the liquid from the tank and the level of this liquid in the tank.
2. Большие погрешности измерения, возникающие по следующим причинам:2. Large measurement errors arising for the following reasons:
- из-за изменений давления паровоздушной атмосферы под крышкой бака возникающих при изменении объема жидкости в баке при ее откачивании тогда, когда дроссельные отверстия в крышке бака засорены, например, обледенели, загрязнились или отсутствуют, а так как это давление влияет на результаты измерения расхода, то это приводит к увеличению погрешности;- due to changes in the pressure of the vapor-air atmosphere under the tank cap arising from a change in the volume of liquid in the tank when it is evacuated when the throttle openings in the tank cap are clogged, for example, icy, dirty or absent, and since this pressure affects the flow measurement results, then this leads to an increase in error;
- из-за изменений давления столба жидкости при ее откачивании из бака и, соответствующего, изменения уровня жидкости, а так как это давление также влияет на результаты измерения расхода, то это приводит к увеличению погрешности;- due to changes in the pressure of the liquid column when it is evacuated from the tank and, accordingly, changes in the liquid level, and since this pressure also affects the flow measurement results, this leads to an increase in the error;
- во время движения транспортного средства по пересеченной местности создаются переменные динамические нагрузки - "болтанка", которые воспринимаются как изменения уровня жидкости в баке, что приводит к большим динамическим погрешностям определения расхода.- during the movement of the vehicle over rough terrain, variable dynamic loads are created - a "chatter", which are perceived as changes in the liquid level in the tank, which leads to large dynamic errors in determining the flow rate.
Известно устройство для измерения уровня жидкости в баке [патент РФ №2301971. Способ измерения уровня жидкости в баке и устройство для его осуществления. G01F 23/16. Опубл. 27.06.2007 г.], содержащее корпус с установленным в герметичной полости емкостным датчиком давления, подключенным к задающему генератору, соединенному через частотомер с цифровым индикатором. Схема измерения устройства снабжена процессором, программа которого выполнена с возможностью отслеживания формы внутренней полости бака. Герметичная полость разделена емкостным датчиком давления на две - нижнюю и верхнюю герметичные полости. Нижняя мембрана расположена в нижней герметичной полости и является измерительной. Устройство снабжено также соединенной с нижней герметичной полостью трубкой со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью. В верхней герметичной полости расположена верхняя мембрана емкостного датчика. Герметичная полость датчика снабжена трубкой со сквозным каналом (отверстием) для соединения с атмосферой. Обе трубки заполнены на 5-10 мм несмачивающей жидкостью (например, гель, ртуть и др.), образующей пробки. Столбики из несмачивающей жидкости закрыты от вредных испарений с обеих сторон любым промышленным маслом, например Нигрол, Тад и др. Над верхней герметичной полостью расположена электрическая схема измерений.A device for measuring the liquid level in a tank is known [RF patent No. 2301971. A method of measuring the liquid level in a tank and a device for its implementation. G01F 23/16. Publ. June 27, 2007], comprising a housing with a capacitive pressure sensor installed in a sealed cavity connected to a master oscillator connected through a frequency meter to a digital indicator. The measurement circuit of the device is equipped with a processor, the program of which is configured to track the shape of the internal cavity of the tank. The sealed cavity is divided by a capacitive pressure sensor into two - lower and upper sealed cavities. The lower membrane is located in the lower sealed cavity and is a measuring one. The device is also equipped with a tube connected to the lower sealed cavity with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank with a controlled fluid. The upper membrane of the capacitive sensor is located in the upper sealed cavity. The sealed cavity of the sensor is equipped with a tube with a through channel (hole) for connection with the atmosphere. Both tubes are filled with 5-10 mm non-wetting liquid (for example, gel, mercury, etc.), which forms plugs. Columns of non-wetting liquid are closed from harmful fumes on both sides by any industrial oil, for example Nigrol, Tad, etc. An electrical circuit of measurements is located above the upper sealed cavity.
При измерении уровня жидкости в баке под давлением устройство снабжено дополнительным каналом для установки в газовый массив бака, который также заполнен на 5-10 мм несмачивающей жидкостью. Устройство также снабжено магнитным элементом для установки устройства в любом выбранном положении и месте. Емкостный датчик давления имеет цилиндрическую форму с гибкими круглыми мембранами.When measuring the liquid level in the tank under pressure, the device is equipped with an additional channel for installation in the gas array of the tank, which is also filled with 5-10 mm non-wetting liquid. The device is also equipped with a magnetic element for mounting the device in any selected position and place. The capacitive pressure sensor has a cylindrical shape with flexible round membranes.
Внутренняя полость датчика давления соединена каналом с атмосферой и выполнена с двумя сообщающимися полостями, разделенными неподвижной пластиной с отверстием. Средняя пластина экранирована наружными мембранами и является при большой толщине жестким каркасом. При работе в жидких средах под давлением внутренняя полость датчика соединена каналом с газовой подушкой, имеющейся в измеряемом баке.The internal cavity of the pressure sensor is connected by a channel to the atmosphere and is made with two communicating cavities separated by a fixed plate with a hole. The middle plate is shielded by outer membranes and is a rigid frame with a large thickness. When working in liquid media under pressure, the internal cavity of the sensor is connected by a channel to a gas cushion present in the measured tank.
Известное устройство имеет следующие недостатки.The known device has the following disadvantages.
1. Невозможность измерять одновременно уровень и расход жидкости из бака.1. The inability to simultaneously measure the level and flow rate of the liquid from the tank.
2. Устройство не может работать при низких температурах (до -70°C). Столбики из несмачивающей жидкости закрыты от вредных испарений с обеих сторон промышленным маслом, например Нигрол, Тад и др., которые при низких температурах загустеют и закупорят трубки. В связи с тем, что принцип действия данного устройства основан на перемещении жидкости по трубке, со сквозным каналом, установленной на дно бака с жидкостью, то ее закупорка означает потерю работоспособности устройства.2. The device cannot work at low temperatures (up to -70 ° C). Columns of non-wetting liquid are closed from harmful fumes on both sides with industrial oil, for example Nigrol, Tad, etc., which will thicken and clog the tubes at low temperatures. Due to the fact that the principle of operation of this device is based on the movement of liquid through the tube, with a through channel installed on the bottom of the tank with liquid, its blockage means loss of operability of the device.
3. Кроме того при больших изменениях температуры происходит изменение физических свойств жидкости вплоть до выпадения в осадок ее компонентов (парафинов, серы и т.д.) и оседании их на частях измерительного оборудования. Конденсация паров воды из воздуха приводит к образованию кристаллов льда на всасывающих конструкциях, особенно расположенных в нижней части бака (т.к. вода тяжелее топлива). Известная конструкция имеет трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака. Через трубку поднимается столбик контролируемой жидкости. Поэтому в процессе эксплуатации в ней может скапливаться грязь, отложения из соединений серы и парафина и другие загрязнения, в том числе кристаллы замерзшей воды. При низких температурах скорость отложений значительно ускоряется. В связи с тем, что принцип действия данного устройства основан на перемещении контролируемой жидкости (топлива) по трубке со сквозным каналом, то ее засорение означает потерю работоспособности устройства. Так как данная трубка представляет собой фактически капилляр с малым диаметром, то это может произойти достаточно быстро. Очистка трубки будет являться непростой задачей, так как в ней находится многослойный столбик различных жидкостей - гидрозатвор, состоящий из разделительной несмачивающей жидкости у которой с двух сторон выполняется изоляция из промышленного масла. При очистке трубки придется заменять и гидрозатвор, что достаточно сложно, особенно в полевых условиях.3. In addition, with large changes in temperature, the physical properties of the liquid change, up to the precipitation of its components (paraffins, sulfur, etc.) and their deposition on parts of the measuring equipment. Condensation of water vapor from the air leads to the formation of ice crystals on the suction structures, especially located in the lower part of the tank (because water is heavier than fuel). The known design has a tube with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank. A column of controlled fluid rises through the tube. Therefore, during operation, dirt can accumulate in it, deposits from sulfur and paraffin compounds and other contaminants, including crystals of frozen water. At low temperatures, the deposition rate is significantly accelerated. Due to the fact that the principle of operation of this device is based on the movement of a controlled fluid (fuel) through a tube with a through channel, its clogging means a loss of operability of the device. Since this tube is actually a capillary with a small diameter, this can happen quite quickly. Cleaning the tube will be a daunting task, as it contains a multilayer column of various liquids - a water trap, consisting of a non-wetting dividing liquid, which is insulated from industrial oil on both sides. When cleaning the tube, you will have to replace the water seal, which is quite difficult, especially in the field.
Известно устройство для измерения уровня жидкости в баке (положительное решение по заявке 2009136291-28(051247) от 21.12.2010 г. Уровнемер жидкости в баке. G01F 23/16. Опубл. 10.042011 г.), взятое за прототип, содержащее корпус, дифференциальный датчик давления с двумя входами, подключенный к индикатору, пневмогидравлический блок, включающий герметичную полость, трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью одним концом, а другим концом соединенную с одним из входов дифференциального датчика давления, второй вход которого соединен с одним концом трубки со сквозным каналом, другой конец которой, выведен в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, отличающийся тем, что конец трубки со сквозным каналом, выведенной на дно бака и конец трубки, выведенной в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, соединены с соответствующими герметичными упругими элементами, образуя при этом внутреннюю полость соответствующего пневматического канала, изолированную от внешней среды.A device is known for measuring the liquid level in a tank (positive decision on application 2009136291-28 (051247) dated 12/21/2010. Liquid level gauge in a tank.
Причем герметичные упругие элементы выполнены в виде мембранных коробок, часть сторон которых или все, в частности одна сторона, выполняются упругими, а остальные, соответственно, жесткими, при этом упругие стороны могут быть выполнены в виде ставок - мембран или гибких пленок или гофрированных пластин или упругого полого шарика.Moreover, the sealed elastic elements are made in the form of membrane boxes, part of the sides of which or all, in particular one side, are elastic and the rest respectively rigid, while the elastic sides can be made in the form of stakes - membranes or flexible films or corrugated plates or elastic hollow ball.
Кроме того, герметичный упругий элемент, размещаемый внутри бака в жидкости выполнен в углублении на дне бака, например в сливной горловине.In addition, a sealed elastic element placed inside the tank in the liquid is made in the recess at the bottom of the tank, for example in the drain neck.
Кроме того, герметичный упругий элемент, размещаемый внутри бака в области паровоздушной атмосферы, выполнен внутри крышки бака, которая состоит из входного фланца, прикрепляемого к баку и на резьбовых соединениях с ним через уплотнение горловиной и корпусом, причем к корпусу винтами через пружинные шайбы и прокладку привинчена пластина, трубки пневматических каналов через штуцера и соединительные трубки подключены к входам дифференциального датчика давления, который крепится к корпусу болтом с шайбой и пружинной шайбой, электрические провода дифференциального датчика давления соединены с клеммой питания "+" от бортовой сети, а его корпус подключен к "массе" болтом, информационный сигнал снимается с сигнальной клеммы.In addition, a sealed elastic element placed inside the tank in the area of the vapor-air atmosphere is made inside the tank cover, which consists of an inlet flange attached to the tank and through screw connections through the seal with the neck and body, and to the body with screws through spring washers and gasket the plate is screwed, the pneumatic channel tubes through the nipples and connecting tubes are connected to the inputs of the differential pressure sensor, which is attached to the housing with a bolt with a washer and a spring washer, electrically Differential pressure sensor wires are connected to the power terminal "+" on-board network and the casing is connected to the "weight" bolt, the information signal is removed from the signal terminal.
Кроме того введен измерительный бак, в котором размещен пневмогидравлический блок уровнемера.In addition, a measuring tank was introduced, in which the pneumohydraulic block of the level gauge is located.
Кроме того оба герметичных упругих элемента соединены между собой корпусом, выполненным в виде демпфирующего стакана, внутри которого размещается герметичный упругий элемент, устанавливаемый на дне бака с контролируемой жидкостью, причем корпус содержит коаксиальную с демпфирующем стаканом фиксирующую ось, соединяющую между собой герметичные упругие элементы, а демпфирующий стакан и коаксиальная с ним фиксирующая ось корпуса соединены между собой дисками жесткости.In addition, both sealed elastic elements are interconnected by a body made in the form of a damping cup, inside of which a sealed elastic element is installed, installed on the bottom of the tank with a controlled fluid, and the body contains a fixing axis coaxial with the damping cup connecting the sealed elastic elements, and the damping cup and the fixing axis of the housing coaxial with it are interconnected by stiffness disks.
Кроме того демпфирующий стакан корпуса выполнен цилиндрическим.In addition, the damping cup of the housing is cylindrical.
Кроме того демпфирующий стакан состоит из отдельных частей и подвижных муфт, охватывающих стыки отдельных частей, причем количество частей определяется исходя из отношения максимальной высоты бака к длине отдельной части, трубка пневматического канала имеет вид упругой спирали, подвижные муфты имеют сквозные отверстия, в которых находятся шарики, с внешней стороны шарики охвачены упругими хомутами, или в виде упругих колец (пружинных шайб), на внешней стороне отдельных частей демпфирующего стакана, находящимися под подвижными муфтами, имеются канавки, находящиеся на расстоянии друг от друга равном минимальному фиксируемому положению отдельных частей друг по отношению к другу.In addition, the damping cup consists of separate parts and movable couplings covering the joints of the individual parts, the number of parts being determined based on the ratio of the maximum height of the tank to the length of the individual part, the pneumatic channel tube has the form of an elastic spiral, the movable couplings have through holes in which the balls are located , on the outside, the balls are covered by elastic clamps, or in the form of elastic rings (spring washers), on the outside of the individual parts of the damping cup, located under the movable couplings, there are grooves located at a distance from each other equal to the minimum fixed position of the individual parts with respect to each other.
Кроме того нижняя отдельная часть демпфирующего стакана соединяется с вышерасположенной отдельной частью демпфирующего стакана с помощью резьбового соединения, максимальная длина отдельной нижней части в выдвинутом состоянии выполняется не меньшей минимальному фиксиуемому положению отдельных частей друг по отношению к другу, выше и ниже герметичного упругого элемента установлены шпонки, около нижнего торца демпфирующего стакана выполнены дроссельные отверстия, или непосредственно в его торце дроссельные вырезы.In addition, the lower separate part of the damping cup is connected to the upstream separate part of the damping cup using a threaded connection, the maximum length of the separate lower part in the extended state is not less than the minimum fixed position of the individual parts with respect to each other, dowels are installed above and below the sealed elastic element, throttle openings are made near the lower end of the damping cup, or throttle cutouts are directly at its end.
К недостаткам известного устройства относится невозможность измерять одновременно с уровенем жидкости в баке и расход этой жидкости из бака, а также низкая точность и чувствительность.The disadvantages of the known device include the inability to measure simultaneously with the liquid level in the tank and the flow rate of this liquid from the tank, as well as low accuracy and sensitivity.
Основной задачей, решаемой данным изобретением, является измерение одновременно с уровнем жидкости в баке и ее расхода из бака. К решаемым задачам также относятся обеспечение высокой надежности устройства в том числе:The main task solved by this invention is to measure simultaneously with the liquid level in the tank and its flow rate from the tank. Tasks to be solved also include ensuring high reliability of the device, including:
- взрыво-пожаробезопасности, что важно когда контролируемой средой являются взрыво- и пожароопасные жидкости;- explosion and fire safety, which is important when the controlled environment is explosive and fire hazardous liquids;
- метрологической надежности измерения уровня (количества) топлива и его расхода при использовании устройства на транспортных средствах, например, на вездеходах топливовозах и топливозаправщиках (снегоболотоходах) предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°C.- metrological reliability of measuring the level (quantity) of fuel and its consumption when using the device on vehicles, for example, all-terrain vehicles, fuel carriers and fueling vehicles (snow and swamp vehicles) designed to operate in especially difficult climatic conditions when temperature changes over a wide range and at low temperatures up to -70 ° C.
Задачами, решаемыми данным изобретением являются также обеспечение высокой точности и чувствительности устройства, уменьшение динамической погрешности измерений, которая возникает по следующим причинам:The problems to be solved by this invention are also to ensure high accuracy and sensitivity of the device, reducing the dynamic measurement error, which occurs for the following reasons:
- из-за изменений давления паровоздушной атмосферы под крышкой бака, а так как это давление влияет на результаты измерения расхода, то появится соответствующая погрешность;- due to changes in the pressure of the vapor-air atmosphere under the tank cap, and since this pressure affects the flow measurement results, a corresponding error will appear;
- при расходе жидкости из бака изменяется ее уровень и, в результате, изменяется давление столба жидкости, что также приводит к появлению соответствующей погрешности;- at a flow rate of liquid from the tank, its level changes and, as a result, the pressure of the liquid column changes, which also leads to the appearance of the corresponding error;
- из-за изменений давления жидкости, при движении транспортного средства по пересеченной местности и возникающих в результате этого колебаний жидкости в баке, также возникает соответствующая погрешность.- due to changes in fluid pressure, when the vehicle is moving over rough terrain and the resulting fluid vibrations in the tank, a corresponding error also occurs.
Решение данных задач достигается тем, что в предлагаемом уровнемере-расходомере жидкости в баке, содержащем корпус, дифференциальный датчик давления с двумя входами, подключенный к индикатору уровня жидкости, пневмогидравлический блок включающий герметичную полость, трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью одним концом, а другим концом соединенную с одним из входов дифференциального датчика давления, второй вход которого соединен с одним концом второй трубки со сквозным каналом, другой конец которой, выведен в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, кроме того конец трубки со сквозным каналом, выведенной на дно бака и конец трубки, выведенной в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, соединены с соответствующими герметичными упругими элементами, образуя при этом внутреннюю полость пневматических каналов изолированную от внешней среды в отличие от прототипа дополнительно содержится преобразователь расхода в давление, второй дифференциальный датчик давления с двумя входами, подключенный к индикатору расхода жидкости и блок компенсации изменения уровня жидкости с компенсирующим каналом, причем преобразователь расхода в давление состоит из камеры состоящей, в свою очередь, из двух отсеков - приемного и, отделенного от него разделительной мембраной, выходного отсека, а выходной отсек подключен сквозным каналом, выполненным в виде трубки малого диаметра к одному из двух входов второго дифференциального датчика давления.The solution to these problems is achieved by the fact that in the proposed liquid level meter, a tank containing a housing, a differential pressure sensor with two inputs connected to a liquid level indicator, a pneumohydraulic unit including a sealed cavity, a tube with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank with controlled by liquid at one end and the other end connected to one of the inputs of the differential pressure sensor, the second input of which is connected to one end of the second tube with a through channel , the other end of which is withdrawn into the vapor-air atmosphere under the tank cover, in addition, the end of the tube with a through channel brought out to the bottom of the tank and the end of the tube brought into the steam-air atmosphere under the tank cover are connected to the corresponding sealed elastic elements, forming an internal pneumatic cavity channels, isolated from the external environment, unlike the prototype, an additional flow-to-pressure converter, a second differential pressure sensor with two inputs, connected to the indicator a liquid ode and a liquid level change compensation unit with a compensating channel, the flow-to-pressure converter consisting of a chamber, which, in turn, consists of two compartments - a receiving compartment and an output compartment separated from it by a separation membrane, and the output compartment is connected through a channel made in the form of a tube of small diameter to one of the two inputs of the second differential pressure sensor.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке в блоке компенсации изменения уровня жидкости компенсирующий канал представляет собой отводящую трубку одним концом соединенную с трубкой, идущей от герметичного элемента размещенного на дне бака с контролируемой жидкостью, вторым концом отводящая трубка подключена к одному из входов второго дифференциального датчика давления.In addition, in the liquid level meter-flowmeter in the tank in the unit for compensating for changes in the liquid level, the compensating channel is a discharge pipe at one end connected to a pipe coming from a sealed element located at the bottom of the tank with a controlled liquid, the second end of the discharge pipe is connected to one of the inputs of the second differential pressure sensor.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке блок компенсации изменения уровня жидкости подключается к преобразователю расхода в давление, а компенсирующий канал представляет собой трубку, выведенную из бака с контролируемой жидкостью, причем второй конец этой трубки подключается к преобразователю расхода в давление между дополнительной мембраной и герметичным выходным отсеком, причем дополнительная мембрана разделяет преобразователь расхода в давление на две половины, первая половина соединена с заборным и расходным штуцерами, вторая половина соединена со сквозным каналом, выполненным в виде трубки малого диаметра подключаемой к одному из двух входов второго дифференциального датчика давления, кроме того центр дополнительной мембраны соединен штоком с центром разделительной мембраны герметичного выходного отсека.In addition, in the liquid level meter-flowmeter in the tank, the unit for compensating for changes in the liquid level is connected to the flow-to-pressure transducer, and the compensating channel is a tube withdrawn from the tank with controlled liquid, the second end of this tube being connected to the flow-to-pressure transducer between the additional membrane and a sealed outlet compartment, with an additional membrane separating the flow into pressure transducer into two halves, the first half is connected to the intake and flow nozzle si, the second half is connected to a through channel made in the form of a small-diameter tube connected to one of the two inputs of the second differential pressure sensor, in addition, the center of the additional membrane is connected by a rod to the center of the separation membrane of the sealed outlet compartment.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке герметичный элемент размещенный на дне бака с контролируемой жидкостью и соединенный с ним сквозной канал, выполненный в виде трубки малого диаметра, подключенной другим концом ко входу первого дифференциального датчика давления, а также второй герметичный элемент, расположенный в паровоздушной атмосфере над контролируемой жидкостью - под крышкой бака и соединенный с ним сквозной канал, выполненный в виде трубки, подключенной к другому входу первого дифференциального датчика давления, заполнены специальной незамерзающей жидкостью, например, силиконовым маслом или антифризом.In addition, in the liquid level meter-flowmeter in the tank, a sealed element located at the bottom of the tank with a controlled liquid and connected to it through a channel made in the form of a tube of small diameter connected at the other end to the input of the first differential pressure sensor, as well as a second sealed element located in vapor-air atmosphere above the controlled liquid - under the tank cover and a through channel connected to it, made in the form of a tube connected to another input of the first differential pressure sensor I, filled with special non-freezing liquid, for example, silicone oil or antifreeze.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке выходной отсек преобразователя расхода в давление и сквозной канал, выполненный в виде трубки малого диаметра заполнены специальной незамерзающей жидкостью, например, силиконовым маслом или антифризом.In addition, in the liquid flow meter in the tank, the output compartment of the flow to pressure transducer and the through channel made in the form of a small-diameter tube are filled with a special non-freezing liquid, for example, silicone oil or antifreeze.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке перед первым и вторым входом первого дифференциального датчика давления, подключенным к сквозным каналам, один из которых идет к герметичному элементу размещенному на дне бака с контролируемой жидкостью, а второй к герметичному упругому элементу, расположенному в паровоздушной атмосфере над контролируемой жидкостью - под крышкой бака, находится пузырек воздуха.In addition, in the liquid level meter, in the tank, in front of the first and second inlets of the first differential pressure sensor connected to the through channels, one of which goes to a sealed element located at the bottom of the tank with a controlled liquid, and the second to a sealed elastic element located in a vapor-air atmosphere above the controlled fluid - under the tank cap, there is an air bubble.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке трубка компенсирующего канала отведенная от трубки идущей от герметичного элемента заполнена специальной незамерзающей жидкостью, например, силиконовым маслом или антифризом.In addition, in the liquid level meter-flowmeter in the tank, the tube of the compensating channel diverted from the tube coming from the sealed element is filled with special non-freezing liquid, for example, silicone oil or antifreeze.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке перед входом второго дифференциального датчика давления, соединенного со вторым концом трубки компенсирующего канала, находится пузырек воздуха.In addition, an air bubble is located in the liquid level meter in the tank in front of the inlet of the second differential pressure sensor connected to the second end of the compensating channel tube.
Кроме того в уровнемере-расходомере жидкости в баке перед входом второго дифференциального датчика давления, соединенного со вторым концом сквозного канала, выполненного в виде трубки малого диаметра соединенной с выходным отсеком преобразователя расхода в давление находится пузырек воздуха.In addition, an air bubble is located in the liquid level gauge in the tank in front of the inlet of the second differential pressure sensor connected to the second end of the through channel, made in the form of a small diameter tube connected to the output compartment of the flow to pressure transducer.
Выполнение в устройстве дополнительно преобразователя расхода в давление, второго дифференциального датчика давления с двумя входами, подключенного к индикатору расхода жидкости и блока компенсации изменения уровня жидкости с компенсирующим каналом, причем преобразователь расхода в давление состоит из камеры состоящей, в свою очередь, из двух отсеков -приемного и, отделенного от него разделительной мембраной, выходного отсека, а выходной отсек подключен сквозным гидравлическим каналом, выполненным в виде трубки малого диаметра к одному из двух входов второго дифференциального датчика давления, позволяет измерять одновременно с уровнем жидкости в баке и ее расход из бака.The implementation in the device of an additional flow-to-pressure transducer, a second differential pressure transducer with two inputs, connected to a liquid flow indicator and a liquid level change compensation unit with a compensating channel, and the flow to pressure transducer consists of a chamber consisting, in turn, of two compartments - receiving and, separated from it by a separation membrane, output compartment, and the output compartment is connected through hydraulic channel, made in the form of a tube of small diameter to one mu of two inputs of a second differential pressure sensor can be measured simultaneously with the liquid level in the tank and its discharge from the tank.
Высокая надежность устройства к взрыво-пожаробезопасности и высокая метрологическая надежность измерения уровня (количества) топлива и его расхода при использовании устройства на транспортных средствах, предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°C обеспечивается за счет того, что электрические части уровнемера-расходомера размещаются вне контролируемой жидкости, уровень и расход которой измеряется, а полости и соединительные трубки выполнены герметичными отделенными от контролируемой жидкости разделительными мембранами.High reliability of the device for explosion and fire safety and high metrological reliability of measuring the level (quantity) of fuel and its consumption when using the device on vehicles designed to work in especially severe road and climatic conditions when temperature changes in a wide range and at low temperatures up to -70 ° C is ensured due to the fact that the electrical parts of the level meter-flowmeter are placed outside the controlled fluid, the level and flow rate of which is measured, and the cavities and connecting e tube are sealed separate from the controlled liquid separation membranes.
Обеспечение высокой надежности устройства при его использовании на транспортных средствах, предназначенных для перемещения по пересеченной местности (вездеходов) и поэтому работающих в условиях повышенной тряски вызывающей раскачивание контролируемой жидкости, что создает большие динамические нагрузки на устройство и высокая точность устройства, уменьшение динамической погрешности измерений при изменений давления паровоздушной атмосферы под крышкой бака и из-за изменений давления столба жидкости во время ее расхода и соответствующего изменения уровня жидкости, а также из-за изменений давления жидкости при движении транспортного средства по пересеченной местности и возникающих в результате этого колебаний жидкости в баке обеспечивается тем, что в блоке компенсации изменения уровня жидкости компенсирующий канал представляет собой отводящую трубку от трубки идущий от герметичной полости предназначенной для размещения на дне бака с контролируемой жидкостью, вторым концом отводящая трубка подключена к одному из входов второго дифференциального датчика давления или тем, что блок компенсации изменения уровня жидкости подключается к преобразователю расхода в давление, а компенсирующий канал представляет собой трубку выведенную из бака с контролируемой жидкостью, причем второй конец этой трубки подключается к преобразователю расхода в давление между дополнительной мембраной и герметичным выходным отсеком, причем дополнительная мембрана разделяет преобразователь расхода в давление на две половины, первая половина соединена с заборным и расходным штуцерами, вторая половина соединена со сквозным каналом, выполненным в виде трубки малого диаметра подключаемой к одному из двух входов второго дифференциального датчика давления, кроме того центр дополнительной мембраны соединен штоком с центром разделительной мембраны герметичного выходного отсека.Ensuring high reliability of the device when used on vehicles designed to move over rough terrain (all-terrain vehicles) and therefore working in conditions of increased shaking causing the controlled fluid to swing, which creates large dynamic loads on the device and high accuracy of the device, reducing the dynamic measurement error during changes the pressure of the vapor-air atmosphere under the tank cap and due to changes in the pressure of the liquid column during its flow and correspondingly The change in the liquid level, as well as due to changes in the fluid pressure when the vehicle is moving over rough terrain and the resulting fluid oscillations in the tank, is ensured by the fact that in the compensation unit for changing the fluid level, the compensating channel is a discharge tube from the tube going from the sealed cavity designed to be placed on the bottom of the tank with a controlled fluid, the second end of the outlet pipe is connected to one of the inputs of the second differential pressure sensor or by the fact that the unit for compensating for changes in the liquid level is connected to the flow to pressure transducer, and the compensating channel is a tube removed from the tank with controlled liquid, and the second end of this tube is connected to the flow to pressure transducer between the additional membrane and the sealed outlet compartment, and an additional membrane divides the flow into pressure transducer into two halves, the first half is connected to the intake and flow fittings, the second half is connected to through a channel made in the form of a small-diameter tube connected to one of the two inputs of the second differential pressure sensor, in addition, the center of the additional membrane is connected by a rod to the center of the separation membrane of the sealed outlet compartment.
Высокая чувствительность устройства обеспечиваются тем, что сквозной канал, выполненный в виде трубки идущей от герметичной полости, предназначенной для размещения на дне бака с контролируемой жидкостью, заполнен специальной незамерзающей жидкостью, например, силиконовым маслом или антифризом.High sensitivity of the device is ensured by the fact that the through channel, made in the form of a tube coming from an airtight cavity designed to be placed at the bottom of a tank with a controlled liquid, is filled with special non-freezing liquid, for example, silicone oil or antifreeze.
Таким образом, существенные признаки предлагаемого изобретения позволяют осуществлять одновременное измерение уровня (количества) и расхода различных жидкостей, например топлива в баках транспортных средств, в частности, в вездеходах топливовозах и снегоболотоходов, предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°C. Кроме того существенные признаки предлагаемого изобретения способствуют меньшей зависимости работы уровнемера-расходомера от окружающей среды и условий эксплуатации, повышают надежность устройства при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°С, взрыво- и пожаробезопасность, в том числе метрологическую надежность.Thus, the essential features of the present invention allow the simultaneous measurement of the level (quantity) and flow rate of various liquids, for example, fuel in the tanks of vehicles, in particular in all-terrain vehicles of fuel carriers and snow and swamp vehicles, designed to operate in especially difficult climatic conditions when temperature changes in wide range and at low temperatures up to -70 ° C. In addition, the essential features of the present invention contribute to a lesser dependence of the operation of the level meter on the environment and operating conditions, increase the reliability of the device when temperature changes in a wide range and at low temperatures to -70 ° C, explosion and fire safety, including metrological reliability.
Изобретение поясняется чертежами, на которых приведены следующие материалы:The invention is illustrated by drawings, which show the following materials:
на фиг.1 приведена функциональная схема разработанного уровнемера-расходомера жидкости в баке;figure 1 shows the functional diagram of the developed level gauge-liquid flow meter in the tank;
на фиг.2 приведен блок компенсации изменения уровня топлива подключаемый к преобразователю расхода в давление;figure 2 shows the unit for compensating for changes in fuel level connected to the Converter flow to pressure;
на фиг.3 приведен чертеж разработанного уровнемера-расходомера жидкости в баке.figure 3 is a drawing of the developed level gauge-liquid flow meter in the tank.
Уровнемер-расходомер жидкости в баке согласно функциональной схеме на фиг.1 содержит пневмогидравлический блок 1, расположенный в баке 2. Максимальный уровень заполнения бака 2 жидкостью - H. Текущий уровень hx. В баке 2 над жидкостью имеется пространство 3, заполненное паровоздушной атмосферой. Разработанный уровнемер-расходомер жидкости в баке содержит также электронный блок 4, расположенный вне бака 2, например, в приборном отсеке 5 снегоболотохода или в герметичном блоке поблизости от бака 2 - вне взрыво- пожароопасной зоны. Электронный блок 4 состоит из двух дифференциальных датчиков давления первого 6 и второго 7, включающих соответственно преобразователи давления 8 и 9 каждый с двумя входами для пневматических или гидравлических сигналов давления - "Вход-1" и "Вход-2" и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 10 и 11. Преобразователи давления 8 и 9 могут быть основаны на индуктивном, емкостном, полупроводниковом принципах действия, быть тензодатчиком (например, пневматический датчик давления MPX5010DP CASE 867С-05 или гидравлический датчик давления ST005PG1SPCF фирмы HONEYWELL []) или на другом принципе действия. Дифференциальные датчики давления 6 и 7 подключены соответственно к индикатору уровня жидкости 12 и к индикатору расхода жидкости 13, расположенных на приборной панели 14 снегоболотохода или, если ими оснащен снегоболотоход, к бортовому компьютеру 15, или к бортовой информационно-управляющей системе (БИУС). Для подключения к компьютеру в состав датчиков давления 6 и 7 входят АЦП 10 и 11.The liquid level meter in the tank according to the functional diagram of FIG. 1 contains a pneumohydraulic unit 1 located in the tank 2. The maximum level of filling the tank 2 with liquid is H. The current level is h x . In the tank 2 above the liquid there is a
Пневмогидравлический блок 1 состоит из двух частей. Первая часть 16 расположена в жидкости. Она состоит из герметичного элемента 17, который может представлять собой одну или несколько соединенных между собой мембранных коробок. У мембранной коробки часть сторон, в частности одна сторона (разделительная мембрана) 18, выполняется гибкой, а остальные, соответственно, жесткими. Гибкие стороны могут быть выполнены в виде вставок - мембран, гибких пленок, гофрированных пластинок, полого шарика и т.д.Pneumohydraulic unit 1 consists of two parts. The
Герметичный элемент 17 подключен сквозным пневматическим, гидравлическим или пневмогидравлическим каналом, выполненным в виде трубки 19 малого диаметра к входу "Входу-2" первого дифференциального датчика давления 6. Этот канал передает давление пропорциональное уровню жидкости в баке 2 на дифференциальный датчик давления 6, соответственно, через столб воздуха или специальной жидкости заполняющей трубку 19 и герметичный элемент 17.The sealed
Если в качестве дифференциального датчика давления 6 используется датчик пневматического давления, то канал выполняется пневматическим, трубка 19 и герметичный элемент 17 заполнены воздухом. В этом случае гибкая сторона герметичного элемента 17 выполняется упругой, на вход ("Вход-2") по трубке 19 будет подаваться воздух.If a pneumatic pressure sensor is used as a differential pressure sensor 6, the channel is pneumatic, the
Если в качестве дифференциального датчика давления 6 используется датчик гидравлического давления, то канал выполняется гидравлическим, трубка 19 и герметичный элемент 17 заполнены специальной жидкостью, например, силиконовым маслом или каким-либо антифризом. В этом случае гибкая сторона герметичного элемента 17 выполняется в виде не упругой гибкой пленки ("вялая мембрана"), а на вход ("Вход-2") будет подаваться специальная жидкость. Такая конструкция обладает более высокой точностью и чувствительностью, однако гидравлические преобразователи давления намного дороже.If a hydraulic pressure sensor is used as a differential pressure sensor 6, the channel is hydraulic, the
Преимущества пневматического (малая стоимость) и гидравлического способов (высокая точность и чувствительность) можно получить при использовании комбинированного - пневмогидравлического канала. В этом случае трубка 19 и герметичный элемент 17 заполнены специальной жидкостью, например, силиконовым маслом или каким-либо антифризом (как в гидравлическом способе), но перед входом "Вход-2" дифференциального датчика давления 6 находится пузырек воздуха.The advantages of pneumatic (low cost) and hydraulic methods (high accuracy and sensitivity) can be obtained by using a combined - pneumohydraulic channel. In this case, the
Вторая часть 20 пневмогидравлического блока 1 расположена в паровоздушной атмосфере 3 над жидкостью (под крышкой бака). Она состоит из второго герметичного упругого элемента 21, аналогичного герметичному упругому элементу 17. Герметичный упругий элемент 21 подключен сквозным каналом-трубкой 22 ко входу "Вход-1" первого дифференциального датчика давления 6. Сквозной канал, выполненный в виде трубки 22, может быть выполнен также как и трубка 19 пневматическим, гидравлическим или пневмогидравлическим.The
Конструкция второй части 20 пневмогидравлического блока 1 содержит узел крепления к крышке бака 2. Для уровнемеров с большим диапазоном измерения (H>0,3-10,5 м и более) для повышения жесткости конструкции герметичные упругие элементы 17 и 21 соединены между собой корпусом. Корпус выполнен в виде демпфирующего стакана 23. Пневмогидравлический блок 1 размещен внутри демпфирующего стакана 23. Для большего повышения жесткости герметичные упругие элементы 17 и 21 соединены между собой фиксирующей осью 24, соединяющей центры обоих герметичных упругих элементов и проходящей коаксиально внутри демпфирующего стакана 23. Демпфирующий стакан 23 выполняется негерметичным и заполнен контролируемой жидкостью.The construction of the
В нижней части бака 2 имеется заборный штуцер 25, а в верхней части бака - заливная горловина 26. К заборному штуцеру 25 подсоединен преобразователь 27 расхода жидкости в давление. Жидкость, расходуемая из бака 2 отводится от преобразователя 27 расхода жидкости в давление с через расходный штуцер 28. При использовании штуцеров к баку 2 приваривается специальная бобышка с внутренней резьбой для соединения со штуцером (фиг.3). Кроме штуцерного соединения может применяться фланцевое соединение (фиг.2).In the lower part of the tank 2 there is an
Преобразователь 27 расхода жидкости в давление состоит из камеры, состоящей из двух отсеков - приемного 29 и отделенного от него разделительной мембраной 30 герметичного выходного отсека 31. Отсек 31 выполнен аналогично герметичному упругому элементу 17 и может представлять собой одну или несколько соединенных между собой мембранных коробок. У мембранной коробки часть сторон, в частности одна сторона (разделительная мембрана) 30, выполняется гибкой, а остальные, соответственно, жесткими. Гибкие стороны могут быть выполнены в виде вставок - мембран, гибких пленок, гофрированных пластинок, полого шарика и т.д.The liquid flow to pressure
Герметичный выходной отсек 31 подключен сквозным пневматическим, гидравлическим или пневмогидравлическим каналом, выполненным в виде трубки 32 малого диаметра, ко входу "Вход-2" второго дифференциального датчика давления 7. Этот канал передает давление пропорциональное расходу жидкости из бака 2 на дифференциальный датчик давления 7, соответственно, через столб воздуха или специальной жидкости, заполняющей трубку 32 и герметичный выходной отсек 31.The
Если в качестве дифференциального датчика давления 7 используется датчик пневматического давления, то канал выполняется пневматическим, трубка 32 и герметичный выходной отсек 31 заполнены воздухом. В этом случае гибкая сторона герметичного выходного отсека 31 выполняется упругой, на вход "Вход-2" дифференциального датчика давления 7 по трубке 34 будет подаваться воздух.If a pneumatic pressure sensor is used as a differential pressure sensor 7, the channel is pneumatic, the
Если в качестве дифференциального датчика давления 7 используется датчик гидравлического давления, то канал выполняется гидравлическим, трубка 32 и герметичный выходной отсек 31 заполнены специальной жидкостью, например, силиконовым маслом или каким-либо антифризом. В этом случае гибкая сторона герметичного выходного отсека 31 выполняется в виде не упругой гибкой пленки ("вялая мембрана"), а на вход "Вход-2" дифференциального датчика давления 7 будет подаваться жидкость. Такая конструкция обладает более высокими точностью и чувствительностью, однако гидравлические преобразователи давления намного дороже.If a hydraulic pressure sensor is used as a differential pressure sensor 7, the channel is hydraulic, the
Преимущества пневматического (малая стоимость) и гидравлического способов (высокая точность и чувствительность) можно получить при использовании комбинированного - пневмогидравлического канала. В этом случае трубка 32 и герметичный выходной отсек 31 заполнены специальной жидкостью, например, силиконовым маслом или каким-либо антифризом (как в гидравлическом способе), но перед входом "Вход-2" дифференциального датчика давления 7 находится пузырек воздуха.The advantages of pneumatic (low cost) and hydraulic methods (high accuracy and sensitivity) can be obtained by using a combined - pneumohydraulic channel. In this case, the
Для повышения точности измерения расхода на вход "Вход-1" второго дифференциального датчика давления 7 подключается блок компенсации изменения уровня жидкости. Он может быть выполнен в виде компенсирующего пневматического, гидравлического или пневмогидравлического канала (аналогично каналу с трубкой 32) представляющего собой трубку 33 отведенную от трубки 19 идущей от герметичного элемента 17.To improve the accuracy of measuring the flow rate at the input "Input-1" of the second differential pressure sensor 7, a compensation unit for changing the liquid level is connected. It can be made in the form of a compensating pneumatic, hydraulic or pneumohydraulic channel (similar to the channel with the tube 32) representing a tube 33 diverted from the
Кроме того, блок компенсации изменения уровня топлива может встраиваться в преобразователь 27 расхода в давление. В этом случае блок компенсации изменения уровня жидкости представляет собой компенсирующий канал в виде трубки 34 (фиг.2), выведенной из бака 2, например, вместе с заборным штуцером 25. Противоположным концом трубка 34 подключается к преобразователю 27 расхода в давление между дополнительной мембраной 35 и герметичным выходным отсеком 31. Мембрана 35 разделяет преобразователь 27 расхода в давление на две половины. Через одну половину проходит расходуемая жидкость, а вторая половина передает давление жидкости для измерения с помощью дифференциального датчика давления 7. Для этого центр дополнительной мембраны 35 соединен штоком 36 с центром разделительной мембраны 30 герметичного выходного отсека 31.In addition, a fuel level change compensation unit may be integrated in the
Размещение одного герметичного упругого элемента в углублении на дне бака, а второго герметичного упругого элемента внутри крышки бака, соединение их корпусом в виде демпфирующего стакана на фиг. не показано и осуществляется так же как и в прототипе.Placing one sealed elastic element in a recess at the bottom of the tank, and the second sealed elastic element inside the tank cover, connecting them with a body in the form of a damping cup in FIG. not shown and carried out as in the prototype.
Разработанный уровнемер-расходомер жидкости в баке работает следующим образом. Столб контролируемой жидкости высотой hx - уровень, согласно функциональной схеме на фиг.1 оказывает давление Pnx на герметичный упругий элемент 17, расположенный на уровне дна бака 2. Кроме давления столба жидкости на герметичный упругий элемент 17 действует давление равное давлению Pax паровоздушной атмосферы над контролируемой жидкостью в пространстве 3 внутри бака 2 - под его крышкой. Общее давление PΣ на герметичный упругий элемент 17 равноThe developed level meter-liquid flow meter in the tank works as follows. A column of a controlled liquid with a height h x - level, according to the functional diagram in figure 1, exerts a pressure P nx on a sealed
Измерение уровня основано на определении давления столба жидкости Phx оказываемого на герметичный упругий элемент 17. Это давление зависит от значения уровня контролируемой жидкости и ее относительной плотности ρ и не зависит от формы и объема резервуара. Оно рассчитывается по формуле:The level measurement is based on determining the pressure of the liquid column P hx exerted on the sealed
где g - ускорение свободного падения.where g is the acceleration of gravity.
Из этой формулы видно, что если плотность контролируемой жидкости неизменна, переменной величиной в формуле является высота hx. Поэтому давление столба жидкости будет прямо пропорционально высоте hx, т.е. уровню жидкости в баке 2, который можно определить по формулеFrom this formula it can be seen that if the density of the controlled fluid is unchanged, the variable in the formula is the height h x . Therefore, the pressure of the liquid column will be directly proportional to the height h x , i.e. liquid level in tank 2, which can be determined by the formula
Согласно уравнению (1) давление столба жидкости в баке определяется как разность между общим давлением PΣ оказываемым на герметичный упругий элемент 17 и давлением паровоздушной атмосферы Pax внутри бака 2 - под его крышкой в пространстве 3 действующим на второй герметичный упругий элемент 21.According to equation (1), the liquid column pressure in the tank is determined as the difference between the total pressure P Σ exerted on the sealed
Давление на герметичный упругий элемент 17 Ps передается по каналу, выполненному в виде трубки 19, на "Вход-2" дифференциального датчика давления 6. В свою очередь давление паровоздушной атмосферы Pax воздействует на герметичный упругий элемент 21. Он конструктивно распложен в части 20 пневмогидравлического блока 1 уровнемера, которая находится под крышкой бака 2. Давление, оказываемое на упругий элемент 21 Pax, передается по каналу, выполненному в виде трубки 22 на вход "Вход-1" дифференциального датчика давления 6. В результате дифференциальный датчик давления 6 реализует решение уравнения (4) и его выходной электрический сигнал будет пропорционален давлению столба жидкости Phx. Из формулы (1)-(4) видно, что паровоздушное давление полностью скомпенсировано и электрический сигнал дифференциального датчика давления 6 пропорционален только давлению столба жидкости и, соответственно, уровню жидкости в баке 2.The pressure on the sealed
При использовании пневматического канала и, соответственно, упругой мембраны, ее гибкая сторона прогибается пропорционально давлению столба жидкости. Растяжение мембраны приводит к уменьшению объема воздуха в герметичном элементе 17 и трубке 19 и, соответственно, к увеличению давления на преобразователь давления 8. Преимуществом пневматического канала является малая стоимость дифференциального датчика пневматического давления. Однако при изменении температуры воздух изменяет свой объем (более сильно, чем специальная жидкость). Это воспринимается датчиком как изменение давления и, соответственно, как изменение уровня жидкости и увеличивает погрешность измерения. Кроме того, из-за сжимаемости воздуха, чувствительность к изменению уровня будет меньше.When using a pneumatic channel and, accordingly, an elastic membrane, its flexible side bends in proportion to the pressure of the liquid column. Stretching the membrane leads to a decrease in air volume in the sealed
При использовании гидравлического канала применяется не упругая мембрана. Давление в баке, пропорциональное уровню контролируемой жидкости, через эту мембрану передается по столбу специальной жидкости в трубке 19 на вход гидравлического дифференциального датчика 6. Так как жидкость не сжимается, то давление передается без потерь, что позволяет значительно повысить чувствительность у уровнемера-расходомера. Преимуществом гидравлического канала является высокая точность и чувствительность гидравлического дифференциального датчика давления 68.When using a hydraulic channel, a non-elastic membrane is used. The pressure in the tank, proportional to the level of the controlled fluid, is transmitted through this membrane through a column of special fluid in the
При использовании пневмогидравлического канала давление жидкости в баке 2 через гибкую мембрану герметичного элемента 17 по столбу специальной несжимаемой жидкости в трубке 19 передается к дифференциальному датчику давления 6. Однако перед самым входом ("Вход-2") дифференциального датчика давления 6, в этом случае, размещается пузырек воздуха, что позволяет использовать более дешевый пневматический датчик давления. При этом изменение объема пузырька воздуха из-за его малых размеров существенно не сказывается на точность и чувствительность измерения уровня.When using a pneumohydraulic channel, the liquid pressure in the tank 2 is transmitted through the flexible membrane of the sealed
При расходе жидкости из бака 2 через заборный штуцер 25 на мембрану 30 будет оказываться давление P0 равное сумме двух составляющих. Первая составляющая PΣ - это давление такое же, как давление, оказываемое на герметичный упругий элемент 17, т.е. определяемое уровнем жидкости и давлением паровоздушной атмосферы под крышкой бака. Вторая составляющая - это гидродинамическое давление Рг.д.., определяемое расходом жидкости. С учетом формулы (1) можно записатьWhen the flow rate of the liquid from the tank 2 through the
Давление P0 по трубке 32 подается на "Вход-2" дифференциального датчика давления 7. Трубка 32, аналогично трубке 19, представляет собой канал передачи давления. Как и канал на основе трубки 19, он может быть выполнен пневматическим, гидравлическим или пневмогидравлическим.The pressure P 0 through the
Гидродинамическое давление Рг.л. определяется из следующего уравненияHydrodynamic pressure P g. determined from the following equation
где Sмемб. - площадь мембраны 30; α - угол между осью струи жидкости и мембраной 30.where S memb. -
Разработанное устройство позволяет компенсировать давление PΣ, определяемое уровнем жидкости и давлением паровоздушной атмосферы под крышкой бака 2. В результате на выходе дифференциального датчика давления 7 будет сигнал пропорциональный гидродинамическому давлению Рг.д.., которое определяется расходом жидкости из бака 2The developed device allows you to compensate for the pressure P Σ , determined by the liquid level and the pressure of the vapor-air atmosphere under the cover of the tank 2. As a result, the output of the differential pressure sensor 7 will be a signal proportional to the hydrodynamic pressure P gd .. , which is determined by the flow rate of the liquid from the tank 2
Зная гидродинамическое давление Рг.д.., из уравнения (6), можно определить расход жидкости из бака 2 при известной ее плотности и известных конструктивных параметрах устройстваKnowing the hydrodynamic pressure P gd .. , from equation (6), you can determine the flow rate of the liquid from the tank 2 at a known density and known design parameters of the device
Компенсировать давление PΣ, действующее на мембрану 30 вместе с гидродинамическим давлением, можно с помощью блока компенсации изменения уровня жидкости, который может иметь два варианта изготовления.To compensate for the pressure P Σ acting on the
По первому варианту давление PΣ по трубке 33, отведенной от трубки 19 герметичного элемента 17, подается на вход "Вход-1" дифференциального датчика давления 7. В дифференциальном датчике давления 7 давления, подаваемые на "Вход-1" и "Вход-2" вычитаются друг из друга согласно уравнению (7).In the first embodiment, the pressure P Σ through the tube 33, diverted from the
По второму варианту компенсация давления PΣ осуществляется в преобразователе 27 расхода жидкости в давление. Для этого давление Р£ подается по трубке 34 в преобразователь 27 расхода в давление между дополнительной мембраной 35 герметичным выходным отсеком 31. В результате давление PΣ будет действовать встречно суммарному гидравлическому давлению жидкости P0 так, как это описывается уравнением (7). В этом случае по трубке 32 на "Вход-2" дифференциального датчика давления 7 будет подаваться только гидродинамическое давление Рг.д.. "Вход-1" дифференциального датчика давления 7 при этом должен быть заглушен.In the second embodiment, the pressure compensation P Σ is carried out in the
Таким образом, разработанная конструкция уровнемера-расходомера позволяет измерять с высокой точностью, как уровень, так и расход контролируемой жидкости из бака. Внутри бака с контролируемой жидкостью размещены только пневмогидравлические элементы конструкции, не содержащие механических подвижных элементов. Поэтому надежность уровнемера значительно повышается по сравнению с аналогами, в том числе по сравнению с поплавковыми уровнемерами, содержащими в баке с контролируемой жидкостью механические подвижные элементы конструкции.Thus, the developed design of the level meter-flowmeter allows to measure with high accuracy both the level and the flow rate of the controlled liquid from the tank. Inside the tank with a controlled fluid placed only pneumohydraulic structural elements that do not contain mechanical moving elements. Therefore, the reliability of the level gauge is significantly increased in comparison with analogues, including in comparison with float level gauges containing mechanical movable structural elements in the tank with a controlled fluid.
Контролируемой жидкостью, уровень и расход которой измеряется, могут быть взрыво- и пожароопасные жидкости, различные виды топлива. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить взрыво- и пожаробезопасность так как все электрические элементы и соединения (электронный блок 4) устройства располагаются вне бака с контролируемой жидкостью - вне взрывопожароопасной зоны. Они могут размещаться, например, в приборном отсеке 5, или в специальном герметичном блоке поблизости от бака. Поэтому надежность разработанного уровнемера-расходомера значительно повышается по сравнению с аналогами.Controlled liquid, the level and flow rate of which is measured, can be explosive and fire hazardous liquids, various types of fuel. The proposed device allows for explosion and fire safety since all electrical elements and connections (electronic unit 4) of the device are located outside the tank with a controlled fluid - outside the explosion and fire hazard zone. They can be placed, for example, in the
Внутренняя полость каналов 22 и 19, а также герметичных элементов 17 и 22, а также герметичного выходного отсека 31 изолирована от внешней среды, что делает уровнемер-расходомер нечувствительным к образованию конденсата вследствие перепадов температуры, коррозионному воздействию агрессивных контролируемых жидкостей и к другим возмущающим воздействиям внешней среды и контролируемых жидкостей.The internal cavity of the
При изменении уровня жидкости в баке, например, при откачивании жидкости, под крышкой бака над контролируемой жидкостью может создаваться разряжение (при повышении уровня соответственно повышение давления). Это происходит тогда, когда дроссельные отверстия (на фиг. не показаны) в крышке бака 2 закупорены, например, обледенели, загрязнились или отсутствуют. Последнее может иметь место в тех случаях, когда жидкость находится в нескольких сообщающихся друг другом баках или когда применяются внутренние поджимные оболочки. Кроме того, даже при наличии дроссельных отверстий, при быстром изменении уровня жидкости, давление под крышкой бака не будет равно атмосферному. То есть давление Pax при изменении уровня hx тоже будет изменяться. В этом случае результаты измерения уровня и расхода с помощью известных устройств, которые не учитывают изменение давления паровоздушной атмосферы внутри бака над контролируемой жидкостью, будут содержать большую погрешность.When the liquid level in the tank changes, for example, when pumping out the liquid, under the cap of the tank above the controlled liquid a vacuum can be created (with an increase in the level, a corresponding increase in pressure). This occurs when the throttle openings (not shown in FIG.) In the lid of the tank 2 are clogged, for example, iced up, dirty or absent. The latter can occur in cases where the fluid is in several tanks communicating with each other or when internal clamping shells are used. In addition, even with throttle openings, with a rapid change in liquid level, the pressure under the tank cover will not be equal to atmospheric. That is, the pressure P ax with a change in the level h x will also change. In this case, the results of measuring the level and flow rate using known devices that do not take into account the change in the pressure of the vapor-air atmosphere inside the tank above the controlled liquid will contain a large error.
Предлагаемая конструкция в меньшей мере зависит от условий окружающей среды и условий эксплуатации с сохранением высокой точности и надежности устройства, при простоте обслуживания и невысокой стоимости.The proposed design is less dependent on environmental and operating conditions while maintaining high accuracy and reliability of the device, with ease of maintenance and low cost.
Предлагаемая конструкция имеет более высокую надежность, так как чувствительные элементы выполнены герметичными и изменение свойств контролируемой жидкости (увеличение вязкости при низких температурах, выпадения в осадок ее компонентов парафинов, серы и т.д.) не отражается на их работоспособности. Предлагаемая конструкция имеет более высокую метрологическую надежность, так как при измерении уровня и расхода отсутствует погрешность от изменения давления в баке, что особенно актуально для особо тяжелых дорожно-климатических условий, а также выше динамическая точность при измерениях в процессе движения транспортного средства за счет демпфирования колебаний жидкости у пневматического канала.The proposed design has higher reliability, since the sensitive elements are sealed and the change in the properties of the controlled fluid (increase in viscosity at low temperatures, precipitation of its components of paraffins, sulfur, etc.) does not affect their performance. The proposed design has a higher metrological reliability, since when measuring the level and flow there is no error from changes in pressure in the tank, which is especially important for especially severe road-climatic conditions, as well as higher dynamic accuracy when measuring during vehicle movement due to vibration damping fluid at the pneumatic channel.
Кроме того, предлагаемая конструкция более проста при изготовлении, технологии сборки, обслуживания и эксплуатации, т.е. проще и дешевле. Достоинством разработанного уровнемера-расходомера является высокая точность при высокой надежности.In addition, the proposed design is simpler in manufacturing, assembly technology, maintenance and operation, i.e. simpler and cheaper. The advantage of the developed level meter-flowmeter is high accuracy with high reliability.
В настоящее время на базе ОАО "Машиностроительная компания "Витязь" изготовлен опытный образец уровнемера-расходомера. Проведены стендовые сравнительные испытания уровнемера с ближайшими аналогами, которые подтвердили решение поставленных задач.At present, a pilot prototype of the level meter and flowmeter has been manufactured on the basis of OJSC Vityaz Engineering Company. Benchmark comparative tests of the level gauge with the closest analogues have been carried out, which confirmed the solution of the tasks.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011151698/28A RU2502957C2 (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Level-flow meter for liquid in tank |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011151698/28A RU2502957C2 (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Level-flow meter for liquid in tank |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011151698A RU2011151698A (en) | 2013-06-27 |
RU2502957C2 true RU2502957C2 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=48701006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011151698/28A RU2502957C2 (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Level-flow meter for liquid in tank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2502957C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5146783A (en) * | 1989-05-03 | 1992-09-15 | Robert Bosch Gmbh | Liquid container hydrostatic level gauge |
RU36515U1 (en) * | 2003-11-17 | 2004-03-10 | Гимадиев Марат Асгатович | Level gauge of aggressive environments |
RU2362123C2 (en) * | 2007-07-05 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Flow rate metre |
US20110000295A1 (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-06 | Windward Petroleum | Remote level gauge adapted for liquid fuel tank |
-
2011
- 2011-12-16 RU RU2011151698/28A patent/RU2502957C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5146783A (en) * | 1989-05-03 | 1992-09-15 | Robert Bosch Gmbh | Liquid container hydrostatic level gauge |
RU36515U1 (en) * | 2003-11-17 | 2004-03-10 | Гимадиев Марат Асгатович | Level gauge of aggressive environments |
RU2362123C2 (en) * | 2007-07-05 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Flow rate metre |
US20110000295A1 (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-06 | Windward Petroleum | Remote level gauge adapted for liquid fuel tank |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011151698A (en) | 2013-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2400048A (en) | Differential pressure responsive device | |
EP1899687B1 (en) | Multi-phase flow measurement system having a fluid separator | |
CN100445699C (en) | Pressure device based on embedded annular seal | |
JP3155011B2 (en) | Measuring device for liquid volume and liquid level in multiple containers | |
US7389688B1 (en) | Indirect liquid level measurement | |
BRPI1104088B1 (en) | ultrasonic transducer set | |
RU163766U1 (en) | METER OF MASS FLOW AND MASS OF VISCOUS LIQUIDS | |
RU2610546C1 (en) | Mass flow and viscous liquid mass meter | |
RU2421692C1 (en) | Level gauge for liquid in tank | |
RU2384484C1 (en) | Fuel measurement capacitive system | |
RU2502957C2 (en) | Level-flow meter for liquid in tank | |
CA2053948A1 (en) | Acoustic adiabatic liquid quantity sensor | |
US20070017277A1 (en) | Apparatus and method for measuring fluid density | |
US20220397443A1 (en) | Apparatus for determining a vertical level or density of a material column | |
JP2929159B2 (en) | Pressure type liquid level measuring device | |
KR100747596B1 (en) | Fuel tank for vehicle capable of accurate measurement of remaining fuel capacity | |
RU2301971C2 (en) | Method and device for measuring liquid level in tank | |
KR101370524B1 (en) | Fpso | |
JP5899576B2 (en) | Pressure type level meter | |
RU2362123C2 (en) | Flow rate metre | |
CA3016214C (en) | Ultrasonic fluid measurement probe with ultrasonically welded base cap | |
EP2889597B1 (en) | Aircraft fuel tank comprising a system for remotely measuring pressure | |
CN112591061A (en) | Inner oil tank for buoyancy adjusting device and oil quantity change measuring method | |
RU2121662C1 (en) | Method of measurement of liquid flow rate and continuity | |
RU2330251C1 (en) | Density pickup |