устройство для измерения параметров жидкости в резервуаре

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ, содержащее датчик уровня, выполненный в виде поплавка, связанного через передающий элемент с мерным шкивом, датчик удельного веса жидкости, выполнненный в виде буйка, связанного через передающий элемент со шкивом, и двигатель постоянного момента, отличающееся тем, что двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом, а в устройство дополнительно введены микропроцессорный контроллер, датчик температуры, подключенный к микропроцессорному контролеру, двигатель переменного момента, выполненный в виде мерного шкива с противовесом, два счетчика и два датчика перемещения, каждый из которых подключен к микропроцессорному контролеру и установлен на соответствующем счетчике, выполненном в виде перфорированного диска, установленного на торце соответствующего мерного шкива, причем мерный шкив двигателя переменного момента имеет форму спирали Архимеда и установлен соосно со шкивом датчика удельного веса жидкости, буек которого выполнен цилиндрическим.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения уровня, плотности и температуры жидкости.

Известен уровнемер КОР-ВОЛ (Технический паспорт фирмы Automatica Muvek, ВНР. Приборы измерения уровня жидкости. Приборы измерения предела уровня. Тип 1101, 1102), действующий на принципе сопровождающего регулирования посредством электрической вспомогательной энергии. В нем поплавок, следящий за уровнем жидкости, через измерительную нить смещает рычаг с флажком дифференциального трансформатора, сигнал рассогласования с последнего, усиленный усилителем, приводит в движение реверсивный двигатель, который вращает мерный шкив с измерительной нитью в ту или иную сторону до компенсации рассогласования.

Уровнемер имеет ряд недостатков:

узкие функциональные возможности отсутствует возможность измерения плотности;

сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности, вследствие чего прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность;

значительная потребляемая мощность прибора требует взрывонепроницаемого исполнения при использовании его во взрывоопасных средах, что ведет к большой его стоимости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик удельного веса жидкости. Измеритель уровня в этом приборе использует принцип сопровождающего регулирования посредством вспомогательной энергии. Измеритель удельного веса жидкости работает на аналогичном принципе (следящее регулирование). Чувствительным элементом удельного веса является буек, выполненный в форме шарнирного четырехзвенника, расположенного в вертикальной плоскости, при этом буек распределен по всей высоте столба жидкости.

Датчик имеет следующие недостатки:

сложная кинематическая схема, включающая несколько пар подшипниковых опор, гидрозатвор; сложная электрическая схема, включающая сервопривод, дифференциальный трансформатор, усилитель мощности, вследствие чего прибор имеет большую стоимость и низкую эксплуатационную надежность;

прибор требует значительных дополнительных затрат для его взрывонепроницаемости, например, при использовании во взрывоопасных средах;

значительное энергопотребление прибора за счет использования двигателя, двух усилителей мощности, дифтрансформатора, элементов электромагнитной силовой обратной связи.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и значительное упрощение его конструкции, улучшение метрологических характеристик датчика удельного веса и устройства в целом. Одновременно с этим решается задача по снижению точностных, технологических и других требований к узлам и деталям устройства, а также снижению монтажных затрат на его внедрение.

Для этого в устройстве для измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащем датчик уровня, выполненный в виде поплавка, связанного через передающий элемент с мерным шкивом, датчик удельного веса жидкости, выполненный в виде буйка, связанного через передающий элемент со шкивом и двигатель постоянного момента, двигатель постоянного момента выполнен в виде шкива с противовесом, а в устройство дополнительно введены микропроцессорный контроллер, датчик температуры, подключенный к микропроцессорному контроллеру, двигатель переменного момента, выполненный в виде мерного шкива с противовесом, два счетчика и два датчика перемещения, каждый из которых подключен к микропроцессорному контроллеру и установлен на соответствующем счетчике, выполненном в виде перфорированного диска, установленного на торце соответствующего мерного шкива, причем мерный шкив двигателя переменного момента имеет форму спирали Архимеда и установлен соосно со шкивом датчика удельного веса жидкости, буек которого выполнен цилиндрическим.

Изобретение позволяет упростить датчик удельного веса и улучшить потребительские свойства устройства за счет замены многозвенного шарнирного буя на буй-цилиндр, позволивший уменьшить трение в конструкции; замены принципа действия датчика удельного веса (плотности) с ариометрического на принцип гидростатических весов, при этом вычислительная модель определения массы жидкости в резервуаре (основного параметра) упрощается и не зависит от побочных параметров.

Действительно, датчик удельного веса в предлагаемом устройстве определяет вес вытесненной буем жидкости, т.е. вес столба жидкости длиной, равной уровню жидкости в резервуаре и поперечным сечением буя

P где Р вес жидкости в резервуаре;

Р_н.б. вес столба жидкости, вытесненной буем;

S_б площадь поперечного сечения буя;

S_ср среднее значение площади сечения части резервуара, в котором находится жидкость;

коэффициент линейного расширения материала стенок резервуара и буя, 1^оС;

t разность температур стенок резервуара при измерении веса и при градуировке резервуара.

Значительными преимуществами новой конструкции являются

простая кинематическая схема датчика удельного веса, что позволяет снизить трение и повысить точность измерения удельного веса;

меньшая погрешность в определении основного параметра резервуара массы жидкости;

возможность монтажа датчика удельного веса на действующих резервуарах;

датчик прост в изготовлении, внедрении и эксплуатации.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство для измерения параметров жидкости в резервуаре состоит из трех основных элементов: датчика уровня, датчика удельного веса и датчика температуры, информация с которых объединяется в микропроцессорном контроллере 1. Датчик уровня состоит из поплавка 2, перемещающегося по направляющим струнам 3, который связан передающим элементом, выполненным в виде мерной ленты 4, с мерным накопительным шкивом 5, на оси которого крепится шкив 6 противовеса, связанный тросом 7 с противовесом 8. К торцу мерного шкива крепится диск 9 с перфорированными отверстиями, который взаимодействует с датчиком 10 перемещения, сигнал с последнего поступает на микропроцессорный контроллер. Датчик удельного веса состоит из цилиндрического буя 11, связанного тросом 12 со шкивом 13, на оси которого крепится мерный шкив 14 в виде спирали Архимеда, на которой расположен трос 15, натянутый противовесом 16. К торцу мерного шкива спирали Архимеда крепится диск 17 с перфорированными отверстиями, который взаимодействует с датчиком 18 перемещения. Сигнал с последнего поступает на микропроцессорный контроллер. Кроме того, в нижней части резервуара установлен датчик 19 температуры, информация с которого поступает на микропроцессорный контроллер.

Устройство работает следующим образом.

В датчике уровня использован следящий принцип действия поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем. В процессе определения уровня жидкости поплавок 2, подвешенный на мерной ленте 4, при изменении уровня скользит вдоль направляющих струн 3. Мерная лента 4 приводит в движение мерный накопительный шкив 5, на который она намотана. Натяжение мерной ленты 4 обеспечивается двигателем постоянного момента, выполненным из шкива 6 противовеса, связанного тросом 7 с противовесом 8, при этом создается движущий момент постоянной величины в направлении, показанном стрелкой. Когда поплавок 2 находится в верхнем положении, мерная лента намотана на накопительный мерный шкив 5, при этом трос 7 противовеса почти весь смотан со шкива 6.

При понижении уровня жидкости вес поплавка преодолевает момент трения в подвижной системе датчика и момент, создаваемый противовесом 8 через шкив 6 противовеса. Поплавок начинает перемещаться вниз, мерная лента, вращая мерный накопительный шкив 5 и одновременно наматывая трос 7 противовеса на шкив 6 противовеса, поднимает противовес и накапливает тем самым энергию. При повышении уровня жидкости вес поплавка компенсируется выталкивающей силой жидкости, натяжение мерной ленты 4 уменьшается, при этом шкив 6 противовеса и противовес 8 наматывают мерную ленту 4 на мерный накопительный шкив 5, движение которого передается диску 9 с перфорированными отверстиями, взаимодействующему с датчиком 10 перемещения, который определяет величину и направление перемещения диска 9 и передает полученные при этом сигналы микропроцессорному контроллеру 1, который накапливает в своей памяти инкрементно-декрементным путем показания кода датчика, на основании которых производится вычисление уровня жидкости.

В датчике удельного веса использован принцип гидростатических весов, измеряющий величину выталкивающей силы, действующей со стороны жидкости на буй 11. В процессе определения выталкивающей силы на буй через трос 12 меняется момент вращения на шкиве 13, который соосно связан с мерным шкивом 14 спиралью Архимеда и уравновешен моментом, создаваемым противовесом 16, связанным тросом 15 со спиралью Архимеда. При этом обратной связью, выравнивающей изменение момента на шкиве 13, является изменение радиуса прилагаемой противовесом 16 силы на мерном шкиве 14 спирали Архимеда. Движение последней передается диску 17 с перфорированными отверстиями, взаимодействующему с датчиком 18 перемещения, который определяет величину и направление перемещения диска 17 и передает полученные при этом сигналы микропроцессорному контроллеру 1, который накапливает в своей памяти инкрементно-декрементным путем показания кода датчика, на основании которых производится вычисление плотности жидкости.

Температура измеряется в нижней части резервуара при помощи датчика 19, информация с которого передается на микропроцессорный контроллер 1.