RU2069319C1

RU2069319C1 - Float-type level indicator

Info

Publication number: RU2069319C1
Application number: SU925042107A
Authority: RU
Inventors: А.М. Онищенко
Original assignee: ТОО "ДиСиДи"
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: float-type level indicator includes flat float, flexible cord made in the form of vein from conductive rubber and insulating shell manufactured from elastic restoring material, secondary device. One end of flexible cord is attached to base of vessel with liquid with insulation from vessel and vein. Second end of cord is attached to base of float to ensure electric contact of via with conductive float. Secondary device is connected to vessel and to free end of vein. EFFECT: simplified design, improved operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам автоматики, а более конкретно к средствам измерения уровня электроприводных жидкостей и может быть использовано при измерении уровней суспензий, пульп, флотореагентов и других токопроводящих жидкостей в различных технологических потоках или в емкостях. The invention relates to automation, and more particularly to means for measuring the level of electrically driven fluids and can be used to measure the levels of suspensions, pulps, flotation reagents and other conductive liquids in various process streams or in containers.

Известен поплавковый уровнемер с магнитным преобразованием положения поплавка, содержащий трубку из немагнитного материала и магнит, установленный на поплавке, в котором магнит отталкивает одну из вертикально расположенных индикаторных намагниченных пластин, установленных в корпусе, причем пластины замыкают горизонтальное положение, поворачиваясь в штифтах, а для удержания пластин предусмотрены специальные стопоры, имеется также индикатор, состоящий из вольтметра, соединенного с потенциометрической схемой так, что отклонение стрелки соответствует измеряемому уровню жидкости [1]
Недостатком известного уровнемера является высокая сложность его конструкции и, как следствие, низкая надежность работы по внезапным отказам.Known float level gauge with magnetic conversion of the position of the float, containing a tube of non-magnetic material and a magnet mounted on the float, in which the magnet repels one of the vertically arranged indicator magnetized plates installed in the housing, and the plates close the horizontal position, turning in the pins, and to hold special stops are provided for the plates, there is also an indicator consisting of a voltmeter connected to a potentiometric circuit so that the deviation of ki corresponds to the measured liquid level [1]
A disadvantage of the known level gauge is the high complexity of its design and, as a consequence, the low reliability of the work on sudden failures.

Известен уровнемер, содержащий поплавок с магнитом, установленный с возможностью перемещения вдоль герметичного корпуса, внутри которого в диапазоне измерений размещены два проводника, подключенные к вторичному прибору, и соединяющий их подвижный контакт, взаимодействующий с магнитом, в котором для упрощения и повышения надежности подвижный контакт выполнен в виде двух роликов с канавками, размещенных с возможностью независимого вращения на оси, закрепленной перпендикулярно оси корпуса в отрезке трубы из магнитного материала, размещенной соосно с корпусом, а каждый резистивный элемент помещен в канавку соответствующего ролика с образованием витка [2]
Недостатком известного поплавкового уровнемера является низкая точность измерения уровня из-за малой чувствительности к изменению уровня и низкая надежность из-за наличия движущихся механизмов.A known level gauge containing a float with a magnet, mounted for movement along a sealed enclosure, inside which in the measurement range there are two conductors connected to a secondary device, and a movable contact connecting them, interacting with a magnet, in which the movable contact is made to simplify and increase reliability in the form of two rollers with grooves placed with the possibility of independent rotation on an axis fixed perpendicular to the axis of the housing in a pipe segment of magnetic material, placed coaxially with the housing, and each resistive element is placed in the groove of the corresponding roller with the formation of a coil [2]
A disadvantage of the known float level gauge is the low accuracy of level measurement due to the low sensitivity to level changes and low reliability due to the presence of moving mechanisms.

Техническим результатом от использования изобретения является одновременное повышение точности за счет увеличения чувствительности и повышение надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения, то есть является преодолением технического противоречия. The technical result from the use of the invention is a simultaneous increase in accuracy by increasing sensitivity and improving the reliability of sudden failures due to simplification, that is, overcoming a technical contradiction.

Этот результат достигается тем, что в поплавковом уровнемере, содержащем поплавок, проводник и вторичный прибор, в качестве проводника использован гибкий шнур, выполненный в виде жилы из токопроводящей резины и изоляционной оболочки из эластичного упругого материала, причем поплавок выполнен плоским, один конец гибкого шнура прикреплен к основанию сосуда с жидкостью с изоляцией от сосуда и жидкости жилы, а второй конец шнура прикреплен к основанию поплавка с обеспечением электрического контакта жилы с токопроводящим поплавком, а вторичный прибор подсоединен к сосуду и свободному концу жилы. This result is achieved in that in a float level gauge containing a float, a conductor and a secondary device, a flexible cord is used as a conductor, made in the form of a core of conductive rubber and an insulating sheath of elastic material, the float is made flat, one end of the flexible cord is attached to the base of the vessel with liquid isolated from the vessel and the core fluid, and the second end of the cord is attached to the base of the float to provide electrical contact between the core and the conductive float, and the second ny unit is connected to the container and the free end of the core.

Суть изобретения заключается в следующем. The essence of the invention is as follows.

При обычном инженерном проектировании, в отличие от изобретательства, для повышения точности измерений прибегают к усложнению устройства и стабилизации влияющих факторов, уменьшая при этом надежность работы за счет увеличения сложности и использования прецизионных механизмов и приспособлений. С другой стороны, для повышения надежности прибегают к упрощению устройства более, чем пропорционально теряя при этом в точности. В настоящем устройстве это техническое противоречие преодолено точность повышена при одновременном увеличении надежности работы по внезапным отказам. Для преодоления этого технического противоречия необходимы и достаточны все ограничительные и отличительные признаки устройства. In conventional engineering design, in contrast to the invention, to increase the accuracy of measurements, they resort to complicating the device and stabilizing the influencing factors, while reducing reliability due to increased complexity and the use of precision mechanisms and devices. On the other hand, to increase reliability, they resort to simplifying the device more than proportionally losing accuracy. In the present device, this technical contradiction is overcome. The accuracy is increased while increasing the reliability of work on sudden failures. To overcome this technical contradiction, all the restrictive and distinctive features of the device are necessary and sufficient.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан продольный осевой разрез уровнемера, причем для лучшего показа конструкции сечение шнура дано в увеличенном поперечном размере. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a longitudinal axial section of a level gauge, and for a better view of the structure, the cross section of the cord is given in an increased transverse dimension.

Поплавковый уровнемер содержит поплавок 1, который помещен в находящуюся в токопроводящем сосуде 2 электропроводную жидкость 3, вторичный прибор 4 и проводник. The float level gauge comprises a float 1, which is placed in an electrically conductive liquid 3 located in the conductive vessel 2, a secondary device 4 and a conductor.

В поплавковом уровнемере в качестве проводника использован гибкий шнур, выполненный в виде жилы 5 из токопроводящей резины и изоляционной оболочки 6 из эластичного упругого материала, например, из резины или латекса. Поплавок 1 выполнен плоским. Один конец гибкого шнура прикреплен, например, с помощью шайбы 7, к основанию 8 сосуда 2, в котором измеряется уровень, с изоляцией от сосуда и жидкости свободного конца 9 жилы 5. Второй конец шнура прикреплен к основанию поплавка с обеспечением электрического контакте второго конца жилы 5 с токопроводящим поплавком 1. Вторичный прибор 4 выполнен в виде омметра и подсоединен к сосуду 2 и свободному концу 9 жилы 5. Поплавок 1 выполнен плоским с отношением ширины к высоте более десяти. Удельный вес поплавка 1 и жесткость шнура выбраны таким образом, чтобы изменения удельного веса жидкости в заданных пределах не изменяли положение поплавка в жидкости при неизменном уровне выше заданного значения. На фиг. 1 приведен случай, когда верх плоского поплавка совпадает с верхним уровнем 10 токопроводящей жидкости 3. Шнур прикреплен к поплавку, например с помощью шайбы 11. In the float level gauge, a flexible cord is used as a conductor, made in the form of a core 5 of conductive rubber and an insulating sheath 6 of elastic elastic material, for example, rubber or latex. The float 1 is made flat. One end of the flexible cord is attached, for example, with a washer 7, to the base 8 of the vessel 2, in which the level is measured, isolated from the vessel and the liquid of the free end 9 of the core 5. The second end of the cord is attached to the base of the float, providing electrical contact to the second end of the core 5 with a conductive float 1. The secondary device 4 is made in the form of an ohmmeter and connected to the vessel 2 and the free end 9 of the core 5. The float 1 is made flat with a ratio of width to height of more than ten. The specific gravity of the float 1 and the rigidity of the cord are selected so that changes in the specific gravity of the liquid within the specified limits do not change the position of the float in the liquid at a constant level above the specified value. In FIG. 1 shows the case when the top of the flat float coincides with the upper level 10 of the conductive fluid 3. The cord is attached to the float, for example using a washer 11.

Работа поплавкового уровнемера осуществляется следующим образом. The work of the float level gauge is as follows.

При наличии в сосуде 2 жидкости 3 поплавок под воздействием выталкивающей силы, которая намного превышает вес поплавка в силу натяжения эластичного упругого шнура, устремляется вверх до уровня жидкости. При этом с увеличением уровня (т. е. с его повышением) шнур растягивается. На сколько увеличивается уровень, на столько же увеличивается и длина токопроводящей жилы. В пределах упругих деформаций, в которых работают жила и оболочка, объем жилы и объем оболочки не изменяются. Поэтому с увеличением длины жилы в 2 раза ровно в 2 раза уменьшается и поперечное сечение жилы, и при увеличении длины жилы в n раз в те же n раз уменьшается поперечное сечение жилы. Известно, что сопротивление любого проводника прямо пропорционально его величине l и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально поперечному сечению так, что сопротивление

. Поэтому с увеличением уровня, то есть с увеличением длины жилы в 2 раза ее сопротивление увеличивается в 4 раза: в 2 раза сопротивление растет за счет двухкратного увеличения длины и в два раза сопротивление увеличивается за счет двухкратного уменьшения поперечного сечения S. При увеличении длины жилы в n раз ее сопротивление увеличивается в n² раз, то есть чувствительность к уровню (увеличению высоты уровня над основанием сосуда) увеличивается в n раз при сохранении квадратичной зависимости от уровня величины сопротивления жилы.If there is liquid 3 in the vessel 2, the float, under the influence of a buoyancy force, which greatly exceeds the weight of the float due to the tension of the elastic elastic cord, rises up to the liquid level. In this case, with an increase in the level (i.e., with its increase), the cord stretches. By how much the level increases, the length of the conductive core increases by the same amount. Within the elastic deformations in which the core and the sheath work, the core volume and the sheath volume do not change. Therefore, with an increase in the length of the core by 2 times, the cross section of the core also decreases by 2 times, and with an increase in the length of the core by n times the same n times decreases the cross section of the core. It is known that the resistance of any conductor is directly proportional to its value l and specific resistance ρ and inversely proportional to the cross section so that the resistance

. Therefore, with an increase in the level, that is, with an increase in the length of the core by a factor of 2, its resistance increases by a factor of 4: the resistance increases by a factor of 2 due to a twofold increase in length and the resistance increases by a factor of 2 due to a twofold decrease in the cross section S. When the core length increases by n times its resistance increases n ² times, that is, sensitivity to the level (increase in the height of the level above the base of the vessel) increases n times while maintaining a quadratic dependence on the level of the resistance of the core.

Омметр 4 в любой момент времени показывает значение электрического сопротивления жилы. Ввиду квадратичной зависимости шкалы омметр легко градуируется в единицах уровня жидкости. Поэтому омметр 4 является показывающим значение уровня прибором. Ohmmeter 4 at any time shows the value of the electrical resistance of the core. Due to the quadratic dependence of the scale, the ohmmeter is easily graduated in units of liquid level. Therefore, ohmmeter 4 is a level indicating instrument.

Для исключения влияния изменений удельного веса измеряемой жидкости жесткость шнура, удельный вес поплавка и отношение ширины поплавка к его высоте выбирают из условия допустимых изменений высоты поплавка при изменениях удельного веса жидкости. Так, например, если необходимо обеспечить точность измерения высоты слоя жидкости над основанием в пределах 1% относительного поступают следующим образом. Для минимально возможной высоты относительная погрешность измерения высоты будет наибольшей, так как при изменениях удельного веса жидкости изменяется абсолютное значение высоты поплавка одинаково и для нижнего и для верхнего положений поплавка в жидкости. Если поплавок имеет показанное на фиг. 1 положение при минимальном удельном весе контролируемой жидкости, то с увеличением удельного веса жидкости на величину Δρ_ж по сравнению с минимальным значением удельного веса ρ_ж при удельном весе поплавка ρ_п,, объеме поплавка V и коэффициенте жесткости шнура К поплавок выплывет наверх жидкости на величину Δl, численно равную значению
Δl = Δρ_жV[K+S(ρ_ж+Δρ_ж-ρ_п)]^-1 , (1)
где S площадь поперечного сечения поплавка в горизонтальной плоскости Отсюда видно, что величина Δl, численно равная абсолютной погрешности измерения уровня при изменении удельного веса жидкости на Δρ_ж,, будет уменьшаться в тем большей степени, чем больше площадь S при постоянном объеме поплавка. Так как объем поплавка V и жесткость шнура К связаны условием равновесия поплавка
KΔl₁= (ρ_ж-ρ_п)V (2)
то лучшим средством уменьшения абсолютной и относительной погрешностей измерения уровня является уменьшение удельного веса поплавка и увеличение отношения его ширины к высоте, то есть увеличение площади поперечного сечения поплавка при его постоянном объеме.To exclude the influence of changes in the specific gravity of the measured fluid, the string rigidity, the specific gravity of the float and the ratio of the width of the float to its height are selected from the condition of permissible changes in the height of the float with changes in the specific gravity of the fluid. So, for example, if it is necessary to ensure the accuracy of measuring the height of the liquid layer above the base within 1% relative, proceed as follows. For the minimum possible height, the relative error in measuring the height will be greatest, since with changes in the specific gravity of the liquid, the absolute value of the height of the float changes equally for the lower and upper positions of the float in the liquid. If the float has the one shown in FIG. 1 position with a minimum specific gravity of the fluid under control, then with an increase in the specific gravity of the fluid by Δρ _w as compared with the minimum specific gravity ρ _w with the specific gravity of the float ρ _p , the volume of the float V and the string stiffness coefficient K, the float will float up to the amount of liquid Δl numerically equal to
Δl = Δρ _w V [K + S (ρ _w + Δρ _w -ρ _p )] ^-1 , (1)
where S is the cross-sectional area of the float in the horizontal plane From this it can be seen that the quantity Δl, numerically equal to the absolute error of level measurement when the specific gravity of the liquid changes by Δρ _w , will decrease to a greater extent, the larger the area S at a constant volume of the float. Since the volume of the float V and the rigidity of the cord K are related by the equilibrium condition of the float
KΔl ₁ = (ρ _w -ρ _p ) V (2)
then the best way to reduce the absolute and relative errors of level measurement is to reduce the specific gravity of the float and increase the ratio of its width to height, that is, increase the cross-sectional area of the float with its constant volume.

Пример реализации поплавкового уровнемера. Измеряется уровень суспензии, удельный вес которой изменяется на 10% относительных от 1,0 до 1,1 г/см³, К 7,4613 г/см, диаметр поплавка равен 20 см, а высота поплавка равна 0,5 см, объем поплавка равен 157,08 см³, поперечное сечение поплавка равно 314,16 см², плотность поплавка равна 0,1 г/см³, а удлинение шнура (уровень жидкости) равен 20 см. Тогда при изменении удельного веса жидкости на 0,05 г/см³ поплавок изменит удлинение шнура на 0,0244 см или на 0,122% то есть относительная погрешность измерения уровня жидкости будет равна только 0,122%
Техническими преимуществами поплавкового уровнемера по сравнению с прототипом являются: повышена точность измерения уровня за счет увеличения чувствительности в n раз (так как при увеличении уровня в 2 раза во столько же раз увеличивается длина шнура и в 4 раза увеличивается сопротивление жилы шнура), повышена надежность работы уровнемера за счет исключения подвижного контакта, взаимодействующего в магнитом, двух роликов с канавками и с возможностью независимого вращения на оси корпуса в отрезке трубы, а также резистивных истираемых элементов; расширены функциональные возможности за счет обеспечения контроля уровня жидкости изменяющейся плотности непосредственно как в сосудах, так и в технологических потоках.An example implementation of a float level gauge. The level of the suspension is measured, the specific gravity of which changes by 10% relative from 1.0 to 1.1 g / cm ³ , K 7.4613 g / cm, the diameter of the float is 20 cm, and the height of the float is 0.5 cm, the volume of the float equal to 157.08 cm ³ , the cross section of the float is 314.16 cm ² , the density of the float is 0.1 g / cm ³ and the elongation of the cord (liquid level) is 20 cm. Then, when the specific gravity of the liquid changes by 0.05 g / cm ^{3 the} float will change the elongation of the cord by 0.0244 cm or 0.122%, i.e. the relative error in measuring the liquid level will be only 0.122%
The technical advantages of the float gauge compared to the prototype are: increased accuracy of level measurement by increasing sensitivity by a factor of n (since when the level is increased 2 times, the cord length is increased by the same amount and the resistance of the cord core is 4 times higher), the reliability of operation is increased the level gauge by eliminating the movable contact interacting in the magnet, two rollers with grooves and with the possibility of independent rotation on the axis of the body in the pipe segment, as well as resistive abrasive elements cops; expanded functionality by providing control of the fluid level of varying density directly in the vessels and in the process flows.

Claims

A float level gauge comprising a float, a conductor and a secondary device, characterized in that a flexible cord is used as a conductor, made in the form of conductive rubber conductors and an insulating sheath of elastic material, the float being made flat, one end of the flexible cord is attached to the base of the vessel with liquid insulated from the vessel and the core fluid, and the other end of the cord is attached to the base of the float to ensure electrical contact of the core with the conductive float, the secondary device İnönü to the container and the free end of the core.