RU2604477C1 - Устройство для измерения плотности и уровня жидкости - Google Patents
Устройство для измерения плотности и уровня жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604477C1 RU2604477C1 RU2015124089/28A RU2015124089A RU2604477C1 RU 2604477 C1 RU2604477 C1 RU 2604477C1 RU 2015124089/28 A RU2015124089/28 A RU 2015124089/28A RU 2015124089 A RU2015124089 A RU 2015124089A RU 2604477 C1 RU2604477 C1 RU 2604477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bell
- liquid
- level sensor
- differential pressure
- level
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
- G01F23/64—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences
- G01N2009/263—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences using vertically-movable pressure transducer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения параметров жидких сред, например, в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется учет количества жидкости (масса, объем), хранящейся в резервуарах. Устройство для измерения плотности и уровня жидкости содержит дифманометр, который соединен плюсовой камерой с трубой, погруженной в контролируемую среду, а минусовой камерой - со свободным от жидкости пространством резервуара, двухпоплавковый датчик уровня, измерительный элемент которого установлен внутри трубы, а сама труба выполнена в виде колокола с расширением в нижней его части (далее - колокол). Первый поплавок датчика уровня охватывает колокол снаружи, а второй поплавок находится под колоколом в расширенной его части на измерительном элементе датчика уровня. Измерительный элемент датчика уровня и колокол герметично соединены в верхней части колокола, при этом между ними присутствует зазор, позволяющий передавать воздействие гидродинамического давления в плюсовую камеру дифманометра, герметично соединенную с колоколом. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства, обеспечивающего оперативный контроль средней плотности жидкости в резервуаре с помощью простой технологии процесса измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения параметров жидких сред, например, в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется учет количества жидкости (масса, объем), хранящейся в резервуарах.
Уровень техники
Для определения количества жидкости в резервуаре с известной геометрией необходимо определить среднюю плотность и величину высоты столба (уровень) заполняющей его жидкости. Для контроля уровня существуют уровнемеры, работающие на различных физических принципах, например магнитострикционные, гидростатические, радиоимпульсные и т.п. Для измерения плотности могут использоваться приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифманометр - датчик дифференциального давления, измеряющий перепад давления по вертикали между двумя базовыми точками, выходной сигнал которого затем пересчитывается в плотность заполняющей жидкости.
Можно измерять уровень жидкости и среднюю плотность при помощи датчика уровня и датчика дифференциального давления, установленных на резервуаре раздельно. Этот способ имеет следующие недостатки.
1. Для установки датчика дифференциального давления необходимо и обязательно использовать выносные мембранные разделители, соединенные с чувствительными элементами датчика, трубками (шлангами), заполненными специальной жидкостью, которая, расширяясь или сжимаясь в зависимости от изменения температуры окружающей среды, вносит дополнительную погрешность измерения разности давления.
2. Так как выносные мембранные разделители установлены раздельно, то необходимо иметь значения линейных размеров между базовыми точками установки датчика уровня и мембранных разделителей датчика дифференциального давления, что в полевых условиях вызывает серьезные затруднения, а соответственно также приводит к появлению дополнительных погрешностей измерения плотности.
Известен гидростатический преобразователь давления APR-2200D, выпускаемый фирмой APLISENS Ltd. (http://www.aplisens.ru), сконструированный на основе преобразователя разности давлений с двумя дистанционными разделителями. Размещенные на фиксированном расстоянии мембранные разделители смонтированы вместе с преобразователем разности давлений в защитной трубе. Устройство измеряет гидростатическое давление, создаваемое столбом жидкости, расположенным между уровнями, соответствующим осям разделителей. При условии однородности среды в столбе можно считать, что входным сигналом преобразователя является плотность столба среды. Данный способ имеет следующие недостатки.
1. Зеркало измеряемой среды должно находиться выше верхних уравнительных отверстий трубы, что требует постоянного поддержания уровня заполнения резервуара на величину не менее 1 м.
2. Плотность может быть измерена только на высоте столба высотой 700 мм, что не является средней плотностью по резервуару.
3. Прибор не измеряет уровень жидкости в резервуаре, что требует дополнительной установки датчика уровня для возможности его использования в системах измерения количества жидкости.
Известно устройство для измерения уровня или плотности жидкости (заявка на изобретение №2010114354), содержащее датчик дифференциального давления, резервуар с контролируемой жидкостью и размещенные между ними соединительные линии с разделительной жидкостью, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом электрически выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, а соединительные линии выполнены в виде капиллярных трубок.
Недостатки - соединительные линии требуют точного расположения в заданных точках, требуется сложная система дозирования разделительной жидкости, большая погрешность измерения уровня, особенно при широком диапазоне уровней.
Наиболее близким по принципу действия является устройство для измерения уровня, плотности, границы раздела и температуры жидкости в резервуаре (Патент РФ №2188396), выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит трубку, погруженную в контролируемую среду, на которой расположены через равные расстояния чувствительные элементы, имеющие нормально разомкнутый контакт, последовательно соединенный с резистором, а все выходные цепи чувствительных элементов соединены параллельно и подключены к преобразователю, который через контроллер управляет клапанами, а плюсовая камера дифманометра через клапан соединена с блоком питания воздухом, регулируемый задатчик перепада давления присоединен к пневмолинии параллельно клапану и содержит последовательно соединенные клапаны, между которыми включена пневмоемкость. В трубке создается избыточное давление воздуха, вызывающее выдавливание из нее столба жидкости. По достижении уровня жидкости в трубке чувствительных элементов, расположенных на известном расстоянии, фиксируется перепад давления, созданный гидростатическим столбом с высотой, равной дистанции между соседними чувствительными элементами.
Существенным недостатком описанного устройства-прототипа можно считать относительную сложность технической реализации, обусловленную необходимостью реализации пневматической системы управления сжатым воздухом, включающей в себя пневмокомпрессор, клапаны управления, систему пневмолиний, а также применением n дискретных чувствительных элементов, требующих точного размещения на трубке. Также недостатком устройства является то, что средняя плотность по высоте резервуара вычисляется путем усреднения n измерений (по количеству чувствительных элементов) средних плотностей слоев жидкости, вследствие чего увеличивается постоянная времени измерения средней плотности и снижается оперативность получения информации.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства, обеспечивающего оперативный контроль средней плотности жидкости в резервуаре с помощью простой технологии процесса измерений.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения плотности и уровня жидкости, содержащее дифманометр, который соединен плюсовой камерой с трубой, погруженной в контролируемую среду, а минусовой камерой - со свободным от жидкости пространством резервуара, введен двухпоплавковый датчик уровня, измерительный элемент которого установлен внутри трубы, а сама труба выполнена в виде колокола с расширением в нижней его части (далее - колокол). При этом первый поплавок датчика уровня охватывает колокол снаружи, а второй поплавок находится под колоколом в расширенной его части на измерительном элементе датчика уровня. Измерительный элемент датчика уровня и колокол герметично соединены в верхней части колокола, при этом между ними присутствует зазор, позволяющий передавать воздействие гидродинамического давления в плюсовую камеру дифманометра, герметично соединенную с колоколом.
Благодаря перечисленным существенным признакам заявляемое устройство позволяет измерить разность давлений под колоколом и над поверхностью жидкости, по которой вычисляют плотность жидкости (среднее значение по высоте гидростатического столба). Изменение величины давления газа, заполняющего колокол, не влияет на конечный результат измерений, т.к. компенсируется измерением изменения высоты разностного гидростатического столба. Таким образом, достигается непрерывное измерение средней плотности жидкости, в том числе и в процессе изменения ее количества (уровня). Техническая реализация заявляемого устройства значительно проще прототипа и может быть исполнена в едином конструктиве для удобства монтажа на резервуаре. В качестве датчика уровня и дифманометра в составе заявляемого устройства могут быть применены низкоэнергетические приборы, например, с интерфейсом 4-20 мА и HART протоколом, что позволяет обеспечить его взрывобезопасность и подключение по двухпроводной линии. Технология процесса измерений также проще по сравнению с прототипом и заключается в обработке данных, получаемых от датчиков, в электронно-вычислительном устройстве в составе устройства или во внешнем контроллере.
На фигуре 1 графической иллюстрации приведена конструкция заявляемого устройства для измерения плотности и уровня жидкости, в разрезе.
Осуществление изобретения
Устройство для измерения плотности и уровня жидкости содержит колокол из немагнитного материала 1, магнитострикционный датчик уровня 2, первый магнитный поплавок 3, второй магнитный поплавок 4, дифманометр 5, электронно-вычислительное устройство 6. Устройство размещается вертикально в резервуаре 7, заполняемом контролируемой жидкостью. Внутри колокола 1, по всей длине, установлен измерительный элемент датчика уровня 2, который предназначен для измерения уровня жидкости в резервуаре (Н) на границе 8 при помощи первого поплавка 3 и уровня жидкости под колоколом (H1) на границе 9 при помощи второго поплавка 4. Измерительный элемент датчика уровня 2 и колокол 1 герметично соединены в верней части колокола, при этом между ними присутствует зазор, позволяющий передавать воздействие гидродинамического давления (Р(+)) в плюсовую камеру дифманометра 5, герметично соединенную с колоколом 1. Минусовая камера дифманометра 5 соединена со свободным от жидкости пространством резервуара для измерения воздействия избыточного давления (Ризб.). Сигналы от датчика уровня 2 и дифманометра 5 обрабатываются в электронно-вычислительном устройстве 6.
Устройство для измерения плотности и уровня жидкости может быть выполнено в виде колокольно-дифференциального плотномера.
В качестве материала колокола могут быть использованы: немагнитная нержавеющая сталь марки AISI.316L, химически стойкие полимеры и т.п.
В качестве магнитострикционного датчика уровня может использоваться магнитострикционный преобразователь линейных перемещений, зарегистрированный как полезная модель по патенту РФ №134631, типа ПЛП1000Н с погрешностью измерения ±1 мм.
Дифманометр может быть следующего типа: АИР-10Н ДД, погрешность 0,1%.
В качестве электронно-вычислительного устройства может использоваться любой промышленный контроллер, имеющий вход для ввода аналогового сигнала с поддержкой HART протокола, или HART-модем, например KP-HART, подключенный к ПК.
Колокольно-дифференциальный плотномер работает следующим образом.
При заполнении резервуара жидкостью до уровня Н под колоколом 1 образуется пневмоподушка, давление которой Р(+) воздействует на плюсовую камеру дифманометра 5 и определяется формулой:
Р(+)=Ризб+РΔН,
где:
Ризб - избыточное давление газа в резервуаре;
РΔН - давление, создаваемое столбом жидкости высотой ΔН.
Давление РΔН, создаваемое столбом жидкости высотой ΔН, определяется формулой:
РΔH=PH-PH1,
где:
PH - давление, создаваемое столбом жидкости, высотой Н;
PH1 - давление, создаваемое столбом жидкости, высотой H1.
На минусовую камеру датчика дифманометра 5 воздействует давление:
Р(-)=Ризб.
Значение величины перепада давления ΔР, измеряемое дифманометром 5, определяется формулой:
ΔР=Р(+)-Р(-)=(Ризб+РΔH)-Ризб=РΔH.
Значения уровней жидкости Н и H1 измеряются датчиком уровня 2, а значение величины ΔН вычисляется в электронно-вычислительном устройстве 6 по формуле:
ΔН=Н-H1.
Используя формулу для вычисления гидростатического давления Р=ρgh, в электронно-вычислительном устройстве 6 вычисляется средняя плотность жидкости по формуле:
ρ=ΔР/gΔН,
где:
g - ускорение свободного падения.
Claims (1)
- Устройство для измерения плотности и уровня жидкости, содержащее трубу, погружаемую в контролируемую среду резервуара, дифманометр, соединенный плюсовой камерой с трубой, а минусовой камерой - со свободным от жидкости пространством резервуара, датчики, размещенные внутри резервуара, электронно-вычислительное устройство, обрабатывающее сигналы от датчиков и дифманометра, отличающееся тем, что датчики входят в состав двухпоплавкового датчика уровня, измерительный элемент которого установлен внутри трубы, а сама труба выполнена в виде колокола с расширением в нижней его части, при этом первый поплавок датчика уровня охватывает колокол снаружи, а второй поплавок находится под колоколом в расширенной его части на измерительном элементе датчика уровня, измерительный элемент датчика уровня и колокол герметично соединены в верхней части колокола, при этом между ними присутствует зазор, позволяющий передавать воздействие гидродинамического давления в плюсовую камеру дифманометра, герметично соединенную с колоколом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124089/28A RU2604477C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Устройство для измерения плотности и уровня жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124089/28A RU2604477C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Устройство для измерения плотности и уровня жидкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2604477C1 true RU2604477C1 (ru) | 2016-12-10 |
Family
ID=57776728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015124089/28A RU2604477C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Устройство для измерения плотности и уровня жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604477C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698737C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | Устройство для контроля плотности эмульсионного взрывчатого вещества или других жидкостей в вертикальных скважинах и способ осуществления контроля плотности |
RU2725635C1 (ru) * | 2019-04-24 | 2020-07-03 | Сергей Иванович Ивандаев | Способ измерения плотности и уровня жидкости в емкости и устройство для его осуществления |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1126819A1 (ru) * | 1983-01-14 | 1984-11-30 | Киевский институт автоматики им.ХХУ съезда КПСС | Уровнемер |
US5680041A (en) * | 1996-03-12 | 1997-10-21 | Patriot Sensors And Controls Corporation | Magnetostrictive position measurement apparatus with anti-reflection waveguide terminals |
RU19156U1 (ru) * | 2001-04-12 | 2001-08-10 | Закрытое акционерное общество "СКИФ" | Топливоизмерительная система автомобиля |
RU2273829C2 (ru) * | 2004-05-25 | 2006-04-10 | ООО НПФ "Концептуальная энергетика" | Устройство для измерения уровня и плотности жидкости |
RU2446383C2 (ru) * | 2010-04-13 | 2012-03-27 | Феликс Эргардович Гофман | Способ определения уровня или плотности жидкости и устройство для его осуществления |
-
2015
- 2015-06-22 RU RU2015124089/28A patent/RU2604477C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1126819A1 (ru) * | 1983-01-14 | 1984-11-30 | Киевский институт автоматики им.ХХУ съезда КПСС | Уровнемер |
US5680041A (en) * | 1996-03-12 | 1997-10-21 | Patriot Sensors And Controls Corporation | Magnetostrictive position measurement apparatus with anti-reflection waveguide terminals |
RU19156U1 (ru) * | 2001-04-12 | 2001-08-10 | Закрытое акционерное общество "СКИФ" | Топливоизмерительная система автомобиля |
RU2273829C2 (ru) * | 2004-05-25 | 2006-04-10 | ООО НПФ "Концептуальная энергетика" | Устройство для измерения уровня и плотности жидкости |
RU2446383C2 (ru) * | 2010-04-13 | 2012-03-27 | Феликс Эргардович Гофман | Способ определения уровня или плотности жидкости и устройство для его осуществления |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698737C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | Устройство для контроля плотности эмульсионного взрывчатого вещества или других жидкостей в вертикальных скважинах и способ осуществления контроля плотности |
RU2725635C1 (ru) * | 2019-04-24 | 2020-07-03 | Сергей Иванович Ивандаев | Способ измерения плотности и уровня жидкости в емкости и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7461562B2 (en) | Process device with density measurement | |
CN101495846B (zh) | 冗余机械和电子遥控密封系统 | |
EP1269027B1 (en) | Bi-directional differential pressure flow sensor | |
CA2633792C (en) | Wet gas indication using a process fluid differential pressure transmitter | |
CN101849170B (zh) | 压力传感器 | |
JP2013531791A (ja) | ライン圧力測定を伴う差圧センサ | |
AU2019346534B2 (en) | Non-intrusive process fluid pressure measurement system | |
CN206311166U (zh) | 绝压式液位计 | |
GB2578819A (en) | An apparatus for determining a vertical level or density profile of a fluid column | |
RU2604477C1 (ru) | Устройство для измерения плотности и уровня жидкости | |
JP2023538068A (ja) | 感圧機能付きサーモウェル | |
CN202002680U (zh) | 温压补偿金属管浮子流量计 | |
KR102390057B1 (ko) | 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법 | |
RU2483284C1 (ru) | Плотномер гидростатический скважинный | |
US4739663A (en) | Acoustically monitored manometer | |
RU2632999C2 (ru) | Устройство для измерения параметров жидких сред в трубопроводе | |
RU2482456C1 (ru) | Дифференциальный преобразователь давления | |
Zucchi et al. | Pressure Transmitter Basics: DP Transmitters. | |
FI60314B (fi) | En baerbar anordning foer maetande av taetheten hos vaetskor eller suspensionen av fasta aemnen i vaetskor | |
RU118060U1 (ru) | Устройство для измерения плотности и уровня жидкости | |
Trevathan | Process Instrumentation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170623 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180821 |