Винахід використовується для управління технологічних процесів в хімічній, нафтовій та інших галузях промисловості. Технічним результатом винаходу є підвищення точності вимірювання рівня і щільності рідини в резервуарі. Це досягається за рахунок того, що два датчика тиску розміщують в додатковому посудині, щоповідомляється з резервуаром з контрольованою рідиною за допомогою двох патрубків з запірними вентилями. Попередньо в додатковий посудину заливають еталонну рідину і заміряють її тиск у верхньому і нижньому рівнях за допомогою датчиків тиску. Потім еталонну рідину з додаткового судини зливають і відкривають запірні вентилі патрубків. Контрольована рідина самопливом перетікає з резервуара в додатковий посудину до Самоустановлювальні рівнях в них. Після цього роблять виміри тисків контрольованої рідини в додатковому посудині тими ж датчиками тиску і на тих же рівнях. Отримані дані використовують для визначення рівня і щільності рідини в резервуарі з певних математичним залежностям, описаним у винаході. 1 мул.
Малюнки до патенту РФ 2153153
Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може знайти застосування при автоматизації контролю рівня і середньої щільності рідких речовин в резервуарах і управління в технологічних процесах в хімічній, нафтовій та інших галузях промисловості.
Відомий спосіб визначення рівня і щільності рідини в резервуарі, в якому вимірюють гідростатичний тиск в нижній частині порожнини резервуара двома датчиками тиску, рознесеними по вертикалі на конструктивно фіксовану відстань l (попередньо виміряний), і вимірюють тиск повітря у верхній частині порожнини резервуара над поверхнею рідини [ 1].
Щільність і рівень визначають із системи рівнянь гідростатики:
Pн = gh + Pвзд,
Pв = g (h-L) + Pвзд,
де Pн і Pв - значення гідростатичного тиску на глибині h і глибині (h-L) - рівнів, в яких виміряні ці тиску нижнім і верхнім датчиками тиску відповідно;
g - прискорення сили тяжіння;
- щільність стовпів рідини;
h - висота стовпа рідини для гідростатичного тиску Pн;
L - відстань між нижнім і верхнім рівнями вимірювання гідростатичного тиску (база);
Pвзд - тиск повітря над поверхнею рідини; при цьому в друге рівняння гідростатики замість значення L підставляють значення l - відстань між датчиками тиску.
Однак цей спосіб не має високої точності внаслідок того, що конструктивно фіксовану відстань між чутливими елементами датчиків тиску l не відповідає відстані між рівнями рідини L, в яких дійсно вимірюють гідростатичний тиск, через просторової протяжності чутливих елементів датчиків тиску і, як наслідок, невизначеність їх просторового розташування в резервуарі.
Найбільш близьким до винаходу по технічній сутності є спосіб визначення рівня і щільності рідини в резервуарі, заснований на вимірюванні гідростатичного тиску рідини в двох вертикально рознесених патрубках, врізаних в стінку нижньої частини резервуара [2]. Цей відомий спосіб характеризується невисокою точністю вимірювання через складність виконання попереднього виміру бази з достатнім ступенем точності.
Завдання, яке вирішується пропонованим винаходом - вдосконалення способу. Технічний результат від використання винаходу полягає в підвищенні точності вимірювання рівня і щільності рідини в резервуарі.
Зазначений результат досягається тим, що в гідростатичному способі визначення щільності і рівня рідини в резервуарі, заснованому на вимірюванні гідростатичного тиску контрольованої рідини в нижній частині порожнини резервуара за допомогою двох вертикально рознесених на конструктивно фіксовану відстань датчиків тиску і вимірі тиску повітря над поверхнею рідини, вертикально рознесену конструкцію датчиків тиску, відповідну їх робочому розташуванню, попередньо поміщають в еталонну рідину (з Пірт або дистильована вода), вимірюють гідростатичні тиску в двох рівнях, нижньому і верхньому, і визначають відстань між двома рівнями вимірювання гідростатичного тиску L за формулою:
де P0н і P0в - значення гідростатичного тиску, виміряні в нижньому і верхньому рівнях еталонної рідини;
0 - значення щільності еталонної рідини;
g - значення прискорення сили тяжіння, щільність контрольованої рідини, обчислюють за формулою:
a h - висоту стовпа контрольованої рідини визначають за формулою:
де Pн. Pв. Pвзд - значення тисків, виміряні в нижньому і верхньому рівнях контрольованої рідини відповідно і тиску повітря над поверхнею контрольованої рідини,
P0в. P0в - значення гідростатичних тисків, вимірюваних в нижньому і верхньому рівнях еталонної рідини,
0 - значення щільності еталонної рідини,
g - значення прискорення сили тяжіння.
Спосіб може бути здійснений, наприклад, за допомогою пристрою, зображеного на фіг. Воно містить резервуар 1 з контрольованою рідиною рівня 2 і рівнями вимірювання гидростатических тисків 3 датчиками тиску 6 та 7, розміщеними в щоповідомляється з резервуаром 1 за допомогою з'єднання з ним двома патрубками через запірні вентилі 4 додатковому посудині 5, в якому датчики тиску 6 та 7 розміщені таким чином, щоб рівень вимірювання гідростатичного тиску нижнім датчиком 6 збігався з дном резервуара 1, причому датчик 7 повинен розміщуватися в посудині 5 нижче рівня розрізу взлівно-зливної труби резервуара 13 (рівня "мертвої зони "), а оскільки в сполучених посудинах, заповнених однією і тією ж рідиною, рівні рівних гидростатических тисків збігаються [3], то вимірювання тиску рідини в посудині 5 ідентичні вимірам тиску в резервуарі 1 при відкритих запірних вентилях 4; датчики 6 і 7 разом з датчиком 8 з'єднані з контролером 9, перетворює електричні сигнали датчиків тиску в цифрову інформацію і передає її по лінії зв'язку 10 через конроллер 11 на персональний комп'ютер 12.
При закритих вентилях 4 в посудину 5 заливають еталонну рідину (етиловий спирт або дистильовану воду), вимірюють гідростатичний тиск датчиками 6 і 7 і визначають відстань L між рівнями 3 по формулі:
де P0н і P0в - значення гідростатичного тиску, виміряних датчиками 6 і 7 в еталонної рідини;
0 - значення щільності еталонної рідини, узяте з таблиць ГОСТ;
g - значення прискорення сили тяжіння для даної географічної широти місця.
Зливають еталонну рідину з посудини 5, відкривають вентилі 4 - контрольована рідина з резервуара 1 надходить в посудину 5 до усталеного в сполучених посудинах - резервуар 1 і посудину 5 - такого рівня, що обидва датчика тиску повністю занурені в контрольовану рідину, оскільки рівень контрольованої рідини в резервуарі не нижче рівня "мертвої зони". Вимірюють гідростатичний тиск датчиками 6 і 7 і тиск повітря датчиком 8. Значення щільності контрольованої рідини розраховують за формулою:
а значення висоти стовпа контрольованої рідини - рівня контрольованої рідини в резервуарі h - обчислюють за формулою:
де P з індексами - значення тисків, вимірюваних відповідними датчиками ( "в" - верхній, "н" - нижній), при цьому індекс "0" означає, що вимірювання зроблені в еталонної рідини, а Pвзд - тиск повітря над поверхнею контрольованої рідини.
Приклад. За допомогою пристрою, зображеного на фіг. визначили абсолютну похибка вимірювання рівня бензину АІ-92 в резервуарі при тиску повітря над поверхнею бензину АІ-92 (щільність 760 кг / м 3) в резервуарі Pвзд = 101,3 кПа, гідростатичному тиску, виміряним верхнім датчиком тиску Pв = 175,86 кПа (відповідає h - L = 10м), гідростатичний тиск, виміряним нижнім датчиком тиску Pн = 176,93 кПа (відповідає відстані між рівнями вимірювання гідростатичного тиску L = 150 мм), гідростатичний тиск у верхньому вимірюється рівні дистильованої води (щільність 0 = 1000 кг / м 3) P0в = 1 99,3 кПа і в нижньому вимірюється рівні дистильованої води P0н = 200,77 кПа, абсолютна похибка вимірювання рівня h, обчислена за формулою:
склала 1 мм при основної похибки вимірювачів тиску P / P = 0,001% (похибка, пов'язана з визначенням значення щільності еталонної рідини не враховувалася, оскільки її значення з таблиць може бути визначено з точністю до десятого знака, тобто на кілька порядків перевищує точність вимірювання тиску), таким чином, точність запропонованого способу (1 мм) вище, ніж по прототипу (23 мм).
2. PSS 1-4А2А. Tank Expert HYDROSTATIC GAUGING AND INVENTORY MANAGEMENT SYSTEM, FOXBORO, USA, 1967. Проспект фірми Foxboro (прикладений раніше до відхиленої заявки N 97116543).
3. Великої радянської енциклопедії, т. 24-1, 1976, ст. "Сполучені посудини".
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Гідростатичний спосіб визначення рівня і щільності рідини в резервуарі, що включає вимір гідростатичного тиску контрольованої рідини в двох рівнях - нижньому і верхньому, за допомогою двох вертикально рознесених датчиків тиску, що відрізняється тим, що обидва датчика тиску розміщують в додатковому посудині, щоповідомляється з резервуаром за допомогою двох патрубків з запірними вентилями, при цьому додатковий посудину з датчиками тиску розміщують по відношенню до резервуару з контрольованою рідиною таким чином, що вим ряемая нижній рівень тиску Pн в додатковому посудині відповідає рівню дна резервуара при відкритих вентилях патрубків, причому в додатковий посудину попередньо при закритих запірних вентилях заливають еталонну рідину і вимірюють її гідростатичний тиск в нижньому і верхньому рівнях еталонної рідини P0н і P0в. після чого при закритих запірних вентилях з додаткового судини еталонну рідину зливають, потім запірні вентилі відкривають і в додатковий посудину з резервуара надходить контрольована рідина до її Самоустановлювальні рівнів в резервуарі і додатковому посудині, при цьому обидва датчика тиску повинні бути повністю занурені в контрольовану рідину, потім тими ж датчиками і в тих же нижньому і верхньому рівнях проводять вимірювання тиску контрольованої рідини Pн і Pв. а рівень і щільність контрольованої рідини в резервуарі визначають за формулами
де P0н і P0в - значення гідростатичного тиску, виміряні в еталонної рідини нижнім і верхнім датчиками тиску відповідно;
0 - значення щільності еталонної рідини;
g - значення прискорення сили тяжіння;
параметри P з індексами "н" і "в" - тиску, виміряні нижнім і верхнім датчиками відповідно;
Pвзд - тиск повітря над поверхнею контрольованої рідини в резервуарі.
Патентний пошук по класах МПК-8: