RU2515074C1 - Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре - Google Patents
Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515074C1 RU2515074C1 RU2012152694/28A RU2012152694A RU2515074C1 RU 2515074 C1 RU2515074 C1 RU 2515074C1 RU 2012152694/28 A RU2012152694/28 A RU 2012152694/28A RU 2012152694 A RU2012152694 A RU 2012152694A RU 2515074 C1 RU2515074 C1 RU 2515074C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mass
- length
- substance
- sensor
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения массы двухфазного однокомпонентного вещества в замкнутом металлическом резервуаре цилиндрической формы независимо от фазового состояния вещества. В частности, оно может быть применено в противопожарной технике для высокоточного определения массы огнетушащего вещества, в частности диоксида углерода, в резервуаре (баллоне) и ее уменьшения вследствие возможной утечки из баллона. Предлагаемое устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре, имеющем расположенную вдоль его продольной оси металлическую сифонную трубу, содержит емкостный датчик массы, образованный совокупностью сифонной трубы в качестве одного из проводников датчика и соосно по отношению к ней расположенной снаружи металлической трубы в качестве второго проводника датчика, и электронный блок. Длина расположенной снаружи металлической трубы уменьшена снизу по сравнению с длиной сифонной трубы, причем уменьшение длины металлической трубы составляет 0,05 ÷ 0,25 длины сифонной трубы. Технический результат- повышение точности определения массы двухфазного вещества в резервуаре за счет существенного уменьшения зависимости результатов измерения массы от температуры. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения массы двухфазного однокомпонентного вещества в замкнутом металлическом резервуаре цилиндрической формы независимо от фазового состояния вещества. В частности, оно может быть применено в противопожарной технике для высокоточного определения массы огнетушащего вещества, в частности диоксида углерода, в резервуаре (баллоне) и ее уменьшения вследствие возможной утечки из баллона.
В различных отраслях промышленности (химической, нефтеперабатывающей, пищевой и др.) в технологических процессах находят применения однокомпонентные вещества, хранимые в металлических резервуарах (баллонах и т.п.). В зависимости от физических свойств этих веществ, условий, характеризующих хранение данных веществ (значения температуры, давления в резервуаре) возможно нахождение веществ в жидкой, газообразной фазах или в виде двухфазного вещества. В последнем случае между газом и жидкостью имеется граница раздела. Во всех таких случаях имеется необходимость определять с высокой точностью количество (объем, массу) хранимого вещества независимо от его фазового состояния, которое может быть неизвестным (а часто лишь прогнозируемым).
Известны различные устройства для измерения массы двухфазного вещества в металлическом резервуаре (баллоне и т.п.), в котором возможное уменьшение массы газа вследствие его утечки из резервуара определяют путем его взвешивания. Недостатками таких устройств являются их неудобство в эксплуатации, необходимость периодической поверки весов, высокая стоимость и ограниченная область применения, обусловленная невозможностью непрерывного контроля возможной утечки вещества из резервуара. Устройства с поплавковыми уровнемерами (US 4560450, 24.12.1985) являются громоздкими, неточными и, более того, неработоспособными при реальных условиях эксплуатации резервуаров, характеризуемых наличием жидкой и газовой фаз двухфазного вещества, относительное содержание которых не является постоянным. Известные устройства с емкостными уровнемерами (US 5701932, 30.12.1997; DE 3731793, 03.03.1989) не являются высокоточными, поскольку применимы лишь при наличии четкой границы раздела жидкой и газовой фаз вещества, что не имеет место в реальных условиях эксплуатации резервуаров, в частности баллонов с огнетушащими веществами.
В цилиндрических резервуарах имеется возможность реализовать такие датчики, используя конструктивные особенности резервуаров. Во многих практических случаях внутри такого резервуара располагается внутри него и вдоль его оси цилиндрическая металлическая труба (сифонная труба), по которой осуществляется выкачивание вещества из резервуара.
Известно также техническое решение (RU 2266464 С2, 10.11.2004; аналог - US 6836217 В2, 28.12.2004), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому устройству и принято в качестве прототипа. Это устройство-прототип имеет замкнутый цилиндрический резервуар (баллон) с двухфазным веществом (диоксидом углерода) и устройство для определения его массы в резервуаре, содержащее емкостный датчик массы, образованный совокупностью металлической сифонной трубы в качестве одного из проводников датчика и соосно по отношению к ней расположенной снаружи другой металлической трубы в качестве второго проводника датчика, а также электронный блока.
Недостатком этого устройства-прототипа является зависимость результатов измерения массы двухфазного вещества от температуры, значительно снижающая точность измерения массы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения массы двухфазного вещества в резервуаре за счет существенного уменьшения зависимости результатов измерения массы от температуры.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре, имеющем расположенную вдоль его продольной оси металлическую сифонную трубу, содержит емкостный датчик массы, образованный совокупностью сифонной трубы в качестве одного из проводников датчика и соосно по отношению к ней расположенной снаружи металлической трубы в качестве второго проводника датчика, и электронный блок, при этом длина расположенной снаружи металлической трубы уменьшена снизу по сравнению с длиной сифонной трубы, причем уменьшение длины металлической трубы составляет 0,05 ÷ 0,25 длины сифонной трубы.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства с укороченной снизу металлической трубой, расположенной вокруг сифонной трубы.
Здесь введены обозначения: 1 - резервуар, 2 - сифонная труба, 3 - металлическая труба, 4 - диэлектрическая шайба, 5 - горловина, 6 - электронный блок, 7 и 8 - проводники, 9 - кран, 10 - трубопровод.
Устройство работает следующим образом.
В резервуаре 1 с двухфазным веществом - диоксидом углерода, содержащем металлическую сифонную трубу 2, вокруг последней и соосно с ней размещается снаружи другая металлическая труба 3. При этом металлическая сифонная труба 2 и металлическая труба 3 являются, соответственно, потенциальным и экранным электродами коаксиального емкостного датчика массы двухфазного вещества в резервуаре. Жесткость конструкции коаксиального датчика, т.е. соосность металлической трубы 3 и сифонной трубы 2, обеспечивается с помощью нескольких (1 ÷ 4) диэлектрических шайб 4 (изготовленных из полиамида или фторопласта), устанавливаемых равномерно вдоль длины датчика (показана только одна такая шайба). Резервуар 1 имеет в верхней части горловину 5; через герметичные отверстия в них с помощью проводников 7 и 8, соответственно, верхний конец металлической трубы 3 и сифонная труба 2 подсоединены к электронному блоку 6. Электронный блок 6 содержит микропроцессор для функциональной обработки информативного сигнала от коаксиального датчика массы двухфазного вещества. Электронный блок 6 имеет, с другой стороны, высокочастотный разъем для подсоединения к этому блоку источника питания, последовательного интерфейса, сигнализации предельных значений массы двухфазного вещества. На верхнем конце резервуара имеется кран 9 на трубопроводе 10 для выпуска вещества.
Уровень жидкой фазы диоксида углерода в резервуаре зависит от температуры: чем выше температура, тем выше и уровень жидкости, вплоть до полного заполнения резервуара при некоторой температуре, близкой к критической температуре, и ее более высоких значениях.
С другой стороны, диэлектрическая проницаемость и плотность жидкой и газовой фаз диоксида углерода зависят от температуры по-разному: для жидкой фазы значения этих физических величин уменьшаются с возрастанием температуры, а для газовой фазы - увеличиваются.
Поскольку на величину электрической емкости Се емкостного датчика влияют как уровень жидкости в резервуаре, так и электрофизические параметры жидкой и газовой фаз, то результирующая зависимость Се от температуры t определяется совокупным влиянием этих физических величин. Уровень z жидкости в резервуаре определяет и степень заполнения ею пространства между проводниками датчика по высоте резервуара: если длина датчика равна высоте резервуара, то уровень z имеет место и в датчике; если же датчик укорочен снизу, то и степень его заполнения и, следовательно, величина электрической емкости Се зависят от величины этого укорочения. Отсюда следует, что, выбирая длину датчика, т.е. длину металлической трубы 3, можно регулировать величину емкости Се и ее зависимость от температуры, стремясь минимизировать такую зависимость. Укорочение длины емкостного датчика можно обеспечить путем укорочения снизу металлической трубы 3 - наружного проводника емкостного датчика; при этом длина датчика соответствует этой укороченной длине металлической трубы 3.
Обычно относительный объем заполнения резервуара составляет 2/3, то есть удельная масса mж+г = Мж+г/V содержащегося в резервуаре диоксида углерода равна 0,666 кг/дм3. Найдем относительные значения уровня z/l жидкого диоксида углерода, соответствующего данной удельной массе mж+г, при различных значениях температуры. Для этого может быть записано следующее соотношение:
где ρж и ρг - плотность, соответственно, жидкой и газовой фаз вещества в резервуаре при некоторой температуре t.
Отсюда находим:
Для значений температуры -39°С,+25°С, соответственно, находим:
1) t = -39°С; в этом случае ρж = 1,114 кг/дм3, ρг = 0,027 кг/дм3; тогда согласно (2) при mм+г = 0,666 кг/дм3 получаем: z/l = 0,588;
2) t = +25°С; в этом случае ρж = 0,713 кг/дм3, ρг = 0,242 кг/дм3; тогда согласно (2) при mм+г = 0,666 кг/дм3 находим: z/l = 0,9.
При иной удельной массе mм+г заполнения резервуара полученные численные значения будут другими, соответствующими конкретному относительному объему заполнения резервуара.
Электрическая емкость Се датчика, укороченного снизу на величину l0 (по сравнению с длиной датчика l, равной высоте резервуара), выражается следующей формулой:
где значения Се, z, εж, εг записаны как функции температуры; l0 - величина укорочения снизу емкостного датчика. При l0 = 0 длина датчика равна высоте резервуара.
Здесь z(t) и εг(t) увеличиваются, а εж(t) уменьшается с возрастанием t. Длина l0 является тем параметром, варьируя который, можно свести к минимуму зависимость Се от t.
Для оценки длины l0 сравним значения электрической емкости укороченного датчика при различных температурах: - 39°С,+25°С. Формулу (3) запишем в следующем виде:
1. При t = - 39°С имеем следующие данные: Δz/l = 0,588; εж = 1,722; εг = 1,014;
при этом уравнение (4) принимает следующий вид:
2. При t = + 25°С: Δz/l = 0,9; εж = 1,425; εг = 1,132 соотношение (4) принимает вид
Приравняв правые части соотношений (5) и (6), находим: l0/l = 0,145.
Итак, если выбрать величину l0/l ≈ 0,15, можно практически устранить (т.е. снизить до весьма малых значений) температурную зависимость электрической емкости датчика в большей части рабочего диапазона значений температуры. При иной длине l0 в пределах значений l0/l ≈ 0,05 ÷ 0,25 можно иметь несколько большую температурную зависимость, но находящуюся в пределах, допустимых с точки зрения погрешности измерения; этот диапазон возможных значений l0/l охватывает и возможные иные реальные значения относительного объема начального заполнения резервуара. Данное укорочение емкостного датчика обеспечивается уменьшением снизу на 0,05 ÷ 0,25 длины металлической трубы 3 по сравнению с длиной сифонной трубы 2.
Отметим, что данные численные значения могут быть уточнены (т.е. заданы в более узком диапазоне) при экспериментальных исследованиях датчика для каждого двухфазного вещества и для конкретной степени заполнения им резервуара.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет практически устранить (т.е. снизить до весьма малых значений) температурную зависимость электрической емкости емкостного датчика массы двухфазного вещества в резервуаре и, следовательно, результатов измерения массы. Данное устройство применимо при наличии в резервуаре как диоксида углерода, так и других двухфазных веществ. Применение данного устройства дает возможность с высокой точностью определять суммарную массу двухфазных однокомпонентных веществ в металлических цилиндрических резервуарах независимо от их фазового состояния.
Claims (1)
- Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре, имеющем расположенную вдоль его продольной оси металлическую сифонную трубу, содержащее емкостный датчик массы, образованный совокупностью сифонной трубы в качестве одного из проводников датчика и соосно по отношению к ней расположенной снаружи металлической трубы в качестве второго проводника датчика, и электронный блок, отличающееся тем, что длина расположенной снаружи металлической трубы уменьшена снизу по сравнению с длиной сифонной трубы, причем уменьшение длины металлической трубы составляет 0,05÷0,25 длины сифонной трубы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152694/28A RU2515074C1 (ru) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152694/28A RU2515074C1 (ru) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2515074C1 true RU2515074C1 (ru) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152694/28A RU2515074C1 (ru) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515074C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626303C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-07-25 | Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2085867C1 (ru) * | 1995-04-28 | 1997-07-27 | Владимир Михайлович Гребенников | Гидродинамический уровнемер |
US5701932A (en) * | 1994-10-31 | 1997-12-30 | Luxembourg Patent Company, S.A. | Valve with built-in level gauge |
US6836217B2 (en) * | 2000-08-10 | 2004-12-28 | Luxembourg Patent Company S.A. | Carbon dioxide fire extinguishing device |
-
2012
- 2012-12-07 RU RU2012152694/28A patent/RU2515074C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5701932A (en) * | 1994-10-31 | 1997-12-30 | Luxembourg Patent Company, S.A. | Valve with built-in level gauge |
RU2085867C1 (ru) * | 1995-04-28 | 1997-07-27 | Владимир Михайлович Гребенников | Гидродинамический уровнемер |
US6836217B2 (en) * | 2000-08-10 | 2004-12-28 | Luxembourg Patent Company S.A. | Carbon dioxide fire extinguishing device |
RU2266464C2 (ru) * | 2000-08-10 | 2005-12-20 | Люксембург Патент Компани С.А. | Углекислотное противопожарное устройство |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626303C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-07-25 | Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5757798B2 (ja) | 容器内の充填媒質の非侵襲性容量式充填レベル測定装置および方法 | |
US6857313B2 (en) | Self-calibrating capacitance gauge | |
CN204255786U (zh) | 原油含水率测量装置 | |
US20040164868A1 (en) | Carbon dioxide fire extinguishing device | |
EA017667B1 (ru) | Способ и устройство для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред | |
US20170199070A1 (en) | Cylinder for pressurised liquefied gas and a method of calculating the liquid volume | |
US20140043044A1 (en) | Fuel sensor based on measuring dielectric relaxation | |
RU2515074C1 (ru) | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре | |
KR100859568B1 (ko) | 정전용량형 수위 감지센서 및 시스템 | |
Zhang et al. | Response characteristics of coaxial capacitance sensor for horizontal segregated and non-uniform oil-water two-phase flows | |
CN105043501A (zh) | 一种低温液氮液位检测装置及其检测方法 | |
RU2521270C1 (ru) | Способ определения угла наклона плоскости | |
RU2626303C1 (ru) | Устройство для измерения массы двухфазного вещества в замкнутом цилиндрическом резервуаре | |
US2991645A (en) | Mobile calibration unit for liquid meters | |
US10900822B1 (en) | Apparatus and method for determination of liquid mass | |
KR101030342B1 (ko) | 정전용량 수위 감지센서 및 시스템 | |
JP6366838B2 (ja) | 静電容量式レベルゲージ | |
Canière et al. | Capacitance Sensor Design For Refrigerant Two‐Phase Flow Characterization | |
RU85641U1 (ru) | Емкостной измеритель уровня жидкости | |
Shafquet et al. | Study of void fraction measurement in a two phase flow by using differential pressure and electrical capacitance tomography | |
CN109839170B (zh) | 液位传感器 | |
CN103216727B (zh) | 内环结构的子母电容式传感器 | |
CN204405488U (zh) | 一种毛细管粘度计铅垂测定装置 | |
Silva et al. | A simple capacitance sensor for void fraction measurement in gas-liquid two-phase flow | |
US10816383B1 (en) | Apparatus and method for determination of liquid mass |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181208 |