Уровнемеры и расчет

В данном варианте осуществления  проводники 10 зондов представляют собой  экранированные проводники, причем центральная  жила экранированного проводника одним  концом подсоединена к зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с  экранирующим слоем к преобразователю.

В данном варианте осуществления  с целью предотвращения взаимных помех от сигналов трех измерительных  зондов эти три зонда выполняют  измерения поочередно. Когда измерения  выполняет зонд   1, зонды   2 и   3 прекращают измерения, когда измерения выполняет зонд   2, прекращают измерения зонды   1 и   3, а когда выполняет измерение зонд   3, прекращают измерения зонды   1 и   2.

В данном варианте осуществления  внутри металлической измерительной  трубки 4 имеется одна изолирующая  трубка 8, причем металлическая измерительная  трубка 4 изолирована как вверху, так и внизу. Внутри изолирующей  трубки 8 установлены снизу вверх  три измерительных зонда: зонд   1 (позиция 5), зонд   2 (позиция 6) и зонд   3 (позиция 7), которые взаимно изолированы и не подключены друг к другу. Центральная жила каждого из трех экранированных проводников одним концом подсоединена к соответствующему зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с экранирующим слоем к преобразователю 11, так что каждый из трех зондов образует с металлической измерительной трубкой емкостное сопротивление. С целью предотвращения взаимных помех от сигналов трех измерительных зондов эти три зонда выполняют измерения поочередно: когда зонд   1 выполняет измерения, зонды   2 и   3 прекращают измерения, и т.д. Изменения значений уровня жидкости и диэлектрической проницаемости воды и пара будут вызывать соответствующие изменения в величине емкости этих трех емкостных сопротивлений. Преобразователь 11 используется для измерения трех величин емкости, вычисления значений уровня жидкости и вывода значений уровня жидкости, преобразованных в токовые и цифровые сигналы. В преобразователь 11 встроены однокристальный микрокомпьютер, контур измерения емкости, контур преобразования по току и передачи токового сигнала, цифровой коммуникационный интерфейс и другие схемы. Микрокомпьютер выполняет обработку сигналов, используемых для измерения емкости, вычисление уровня жидкости, вывод величины тока, осуществляет цифровую коммуникацию, а также выполняет другие задачи. Преобразователь вычисляет уровень жидкости, измеряя три значения емкости между тремя зондами и металлической измерительной трубкой и через контур преобразования по току выводит значение уровня жидкости, преобразованное в токовый сигнал, который поступает в цифровой коммуникационный интерфейс для дальнейшей передачи на главный компьютер.

Из металлической измерительной  трубки выходят две соединительные трубки, то есть паропропускная трубка 2 и водопропускная трубка 1, которые  присоединены к барабану парового котла  соответственно со стороны пара и  со стороны воды, и используются для измерения уровня жидкости внутри измерительной трубки, который согласно принципу сообщающихся сосудов достоверно отображает уровень жидкости внутри барабана. В общем случае наружная поверхность измерительной трубки должна быть теплоизолирована, чтобы температуры воды и пара внутри измерительной трубки были приблизительно равными температуре воды и температуре пара внутри барабана, что позволит уменьшить погрешность уровня жидкости, создаваемую разницей в плотности.

Второй вариант осуществления  изобретения

На чертеже проиллюстрирован вариант осуществления способа вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который предусматривает следующее.

Перед отгрузкой с завода в уровнемере для жидкости выполняется  калибровка следующих параметров:

H1, H2 и H3: геометрическая  высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно.

E1: расстояние от нижнего  конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно  между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Уставка по dA: приращение емкости  между измерительными зондами и  металлической измерительной трубкой  на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

Уставка по dB: приращение емкости  между измерительными зондами и  металлической измерительной трубкой  на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху; изменение  величины dB отражает изменение диэлектрической  проницаемости пара.

Уровнемер для жидкости, калиброванный  по указанным параметрам, вычисляет  значение уровня жидкости Hx, по мере того, как в процессе работы уровнемера выполняются измерения всей группы величин емкости (Cx1, Cx2 и Cx3).

Сначала вычисляют dA и dB следующим  методом.

A) При выполнении условия   обновляют значение dA:

B) При выполнении условия   обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются,  используют значения dA и dB, полученные  при последнем обновлении.

D) Сразу после включения  уровнемера для жидкости используют  уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Нх.

1) Вычисляют значение временной  переменной hx уровня жидкости без  учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное  положение уровня жидкости по  вычисленному значению hx и вычисляют  фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

А) Если hx>E1+H1+H2, это означает, что уровень жидкости находится  в районе зонда   3, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом   1 и зондом   2, а также промежуток E3 между зондом   2 и зондом   3:

B) Если условие A не выполняется  и hx>E1+H1, это означает, что уровень  жидкости находится в районе  зонда   2, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом   1 и зондом   2:

Hx=hx+E2

C) Если условие B не выполняется,  это означает, что уровень жидкости  находится не выше зонда   1, и тогда нет необходимости изменять Нх, то есть

Hx=hx

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая  высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно. В данном варианте осуществления H1=100 мм, H2=400 мм и H3=150 мм.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости  зонда   1, зонда   2 и зонда   3, измеренные в процессе работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего  конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном. Получают отрицательное значение, когда нижний конец зонда   1 находится ниже середины водопропускной трубки, и положительное значение, когда этот конец находится выше середины водопропускной трубки. В данном варианте осуществления расстояние от нижнего конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном, равно 0, что позволяет выровнять нижний конец зонда   1 и осевую линию водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно  между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3, в общем случае составляющие 2-3 мм; в данном варианте осуществления промежуток между зондом   1 и зондом   2 и промежуток между зондом   2 и зондом   3 составляет 3 мм.

L: длина диапазона измерений  уровнемера для жидкости, определяемая  как расстояние между осями  водопропускной трубки и паропропускной  трубки.

dA: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  средой пара по отношению к  воздуху; изменение величины dB отражает  изменение диэлектрической проницаемости  пара.

hx: временная переменная  уровня жидкости.

Нх: значение уровня жидкости.

При калибровке: Ce1=100 пФ, Ce2=180 пФ, Ce3=120 пФ, H1=100 мм, H2=400 мм, H3=150 мм,

E1=0, E2=E3=3, уставка dA=0,2 и  уставка dB=0.

В определенный момент измеряют емкость: Cx1=125 пФ, Cx2=228 пФ, Cx3=125 пФ.

Вычисление происходит следующим  образом.

Сначала вычисляют dA и dB.

A) 

При выполнении условия   обновляют значение dA:

B) 

При выполнении условия   обновляют значение dB:

Вычисляют значение уровня жидкости Hx:

1) Вычисляют значение временной  переменной hx уровня жидкости без  учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное  положение уровня жидкости по  вычисленному значению hx и вычисляют  фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) E1+H1+H2=500, то есть условие  hx>E1+H1+H2 не соблюдается.

B) E1+H1=100, то есть условие  hx>E1+H1 соблюдается, поэтому:

Hx=hx+E2=260,0+3=263,0 мм

Третий вариант осуществления  изобретения

Поскольку определенные физические факторы (диаметры трех зондов, внутренний диаметр измерительной трубки, толщина  изолирующей трубки и т.п.) в процессе изготовления уровнемера для жидкости для барабана парового котла обусловливают  некоторую погрешность, при практическом применении уровнемера приращение емкости  на единицу высоты, создаваемое между  тремя зондами при заполнении средой, может давать неточный результат. Поэтому приходится вводить две величины H12 и H32, отражающие преобразованные значения высоты соответственно зонда   1 и зонда   3 относительно высоты зонда   2, что позволяет компенсировать воздействие на значение уровня жидкости Hx погрешностей физической природы в зондах и измерительной трубке уровнемера для жидкости, благодаря чему уровнемер для жидкости для барабана парового котла может показывать более точные значения уровня жидкости Hx.

На чертеже проиллюстрирован вариант способа вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для  непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла в любых  условиях, который предусматривает следующее.

Перед отгрузкой с завода в уровнемере для жидкости выполняют  калибровку следующих параметров:

H1, H2 и H3: геометрическая  высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно.

E1: расстояние от нижнего  конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки, сообщающейся с барабаном.

E2 и E3: промежутки соответственно  между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: Значения емкости  при заполнении средой, то есть  измеренные значения емкости  для зонда   1, зонда   2 и зонда  3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой. Обычно в качестве среды при калибровке используется вода.

H12 и H32: преобразованные  значения высоты соответственно  зонда   1 и зонда   3 относительно высоты зонда   2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3 (эти параметры могут быть получены не при калибровке, а рассчитаны в ходе последующих вычислений).

Их вычисляют следующим  образом:

Уставка по dA: приращение емкости  между измерительными зондами и  металлической измерительной трубкой  на единицу высоты, создаваемое водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

Уставка по dB: Приращение емкости  между измерительными зондами и  металлической измерительной трубкой  на единицу высоты, создаваемое средой пара по отношению к воздуху.

Уровнемер для жидкости, калиброванный  по указанным параметрам, вычисляет  значение уровня жидкости Нх, по мере того, как в процессе его работы выполняются  измерения всей группы величин емкости (Cx1, Cx2 и Cx3).

Сначала вычисляют dA и dB следующим  методом.

A) При выполнении условия   обновляют значение dA:

B) При выполнении условия   обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются,  используют значения dA и dB, полученные  при последнем обновлении.

D) Сразу после включения  уровнемера для жидкости используют  уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной  переменной hx уровня жидкости, ассоциируемое  с преобразованными значениями  высоты H12 и H32, без учета E2 и  T3:

2) Оценивают относительное  положение уровня жидкости по  вычисленному значению hx и вычисляют  фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) Если hx>E1+H12+H2, это означает, что уровень жидкости находится  в районе зонда   3, и в этом случае Hx представляет собой сумму высоты H1 зонда   1, высоты H2 зонда   2, а также E1, E2 и E3 и высота уровня жидкости на зонде   3, то есть

B) Если условие A не выполняется  и hx>E1+H12, это означает, что уровень  жидкости находится в районе  зонда   2, и в этом случае к Hx прибавляют промежуток E2 между зондом   1 и зондом   2; при этом H12 должно быть вычтено из геометрической высоты H1:

Hx=hx+E2-H12+H1

C) Если условие В не выполняется и hx>E1, это означает, что уровень жидкости находится в районе зонда   1, и в этом случае уровень жидкости в районе зонда   1 вычисляют по геометрической высоте с учетом соотношения H12 и H1:

D) Если условие C не выполняется,  это означает, что уровень жидкости  находится ниже зонда   1 или же остается на прежнем уровне нижнего конца зонда   1:

Hx=E1.

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая  высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно. В данной реализации H1=100 мм, H2=400 мм и H3=150 мм.

H12 и H32: преобразованные  значения высоты соответственно  зонда   1 и зонда   3 относительно высоты зонда   2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: значения емкости  при заполнении средой, то есть  измеренные значения емкости  для зонда   1, зонда   2 и зонда  3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой. Обычно в качестве среды при калибровке используется вода, и в данной реализации в качестве среды использовалась именно вода.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости  зонда   1, зонда   2 и зонда   3, измеренные в процессе работы уровнемера.