Спосіб вимірювання тиску рідких середовищ з хвильовими коливаннями

Спосіб вимірювання тиску рідких середовищ з хвильовими коливаннями шляхом одночасного фіксування у повністю зануреному положенні через інтервал часу, що визначають за параметрами хвильового процесу, тиску в основному відкритому знизу циліндричному нижньому, в ідентичному, жорстко з'єднаному з першим, зміщеному по вертикалі на незначну відстань додатковому верхньому дзвоні-перетворювачі, висота яких перевищує найбільше значення рівня, встановлених з можливістю періодичного виведення на короткий проміжок часу з контрольованої рідини з наступним поверненням у попередній стан і врахуванням показань нижнього перетворювача, який відрізняється тим, що виміряні величини тиску попарно запам'ятовують, додатково вимірюють атмосферний тиск, розраховують миттєві значення тиску середовища відповідно залежності PОП PОП  Р ан  PВОП  , Н PОП  Р ан  П PОП  Р ДП h де Р ОП - тиск в основному дзвоні-перетворювачі; Корисна модель належить до рудозбагачувальної галузі промисловості, а саме до автоматизації процесів подрібнення руди. Відомий спосіб вимірювання тиску рідких середовищ у відкритих резервуарах передбачає встановлення на дні дзвона, порожнина якого за допомогою трубопроводу, що має малий внутрішній діаметр, з'єднується з порожниною манометричного чутливого елемента [1]. Найбільш близьким по технічній суті та досягнутому результату до запропонованої корисної моделі є спосіб, вибраний як прототип, що передбачає установку на дні резервуара двох ідентичних жорстко з'єднаних між собою циліндричних дзвонів-перетворювачів, зміщених по вертикалі один відносно іншого і з'єднаних трубками з манометричними чутливими елементами, які періодично на короткий проміжок часу виводять з контрольованого середовища з наступним поверненням у попередній стан, а одночасне вимірювання тиску здійснюють у повністю зануреному положенні через інтервали часу, визначені за параметрами хвильового процесу і враховують показання нижнього перетворювача [2]. Недоліком відомого способу є великий вплив сили пружності еластичної мембрани, що перекриває доступ повітря з вимірюваного середовища у дзвін, на точність визначення тиску. Недоліком способу-прототипу є залежність його показань тиску від змінної густини вимірюваного середовища. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу вимірювання тиску рідин в середовищах з хвильовими коливаннями шляхом попарного запам'ятовування одночасно виміряних величин тиску в основному нижньому та додатковому верхньому дзвонах-перетворювачах з наступним розрахунком тиску за цими даними, висотою дзвонів-перетворювачів, відстанню між дзвонамиперетворювачами по вертикалі та атмосферним тиском в момент вимірювання, здійснення фільтрації отриманих миттєвих значень тиску з врахуванням коливальності поверхні та задач використання інформації. Поставлена задача вирішується тим, що на відміну від відомого способу вимірювання тиску рідини, де використовують один нижній дзвін   Р ДП - тиск в додатковому дзвоні-перетворювачі; h - відстань по вертикалі між кромками основного нижнього і додаткового верхнього дзвонаперетворювача; НП - висота дзвона-перетворювача; (19) UA (11) 62133 (13) U Ран - атмосферний тиск в момент вимірювання, які фільтрують з врахуванням коливальності поверхні та задач використання інформації. 3 перетворювач, як перетворювач застосовують два однакові за конструктивними параметрами жорстко зв'язані між собою як одне ціле відкриті знизу циліндричні дзвони-перетворювачі, висота яких перевищує найбільше значення рівня, з'єднані трубками малого діаметра з порожнинами чутливих елементів, тиск в основному нижньому і додатковому верхньому дзвонах-перетворювачах вимірюють одночасно з атмосферним тиском і запам'ятовують ці значення, що відповідають певному положенню хвилі, а потім виконують розрахунки поза процесом, повторюючи одночасні вимірювання тиску у дзвонах-перетворювачах, атмосферного тиску і визначення тиску середовища через інтервали часу, які визначають за параметрами хвильового процесу, під час вимірювання періодично виводять дзвони-перетворювачі з контрольованої рідини на короткий проміжок часу та повертають їх у попередній стан, виконуючи вимірювання в нижньому положенні з фільтруванням результатів миттєвих значень тиску з врахуванням коливальності поверхні та задач використання інформації. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена схема, на якій показано варіант вимірювача тиску середовища в заданій точці резервуара, що реалізує даний спосіб. Вимірювач тиску вміщує керуючеобчислювальний блок 1, який з'єднаний з манометричним чутливим елементом 2 і манометричним чутливим елементом 3, що, в свою чергу, своїми порожнинами з'єднані трубками малого діаметра 4 з основним нижнім дзвоном-перетворювачем 5 і додатковим верхнім перетворювачем 6. Механізм піднімання-опускання 7 дзвонів-перетворювачів забезпечує їх постійне знаходження в нижньому положенні в рідині 8, яка здійснює хвильові коливання в резервуарі 9. Вхід керуючеобчислювального блока 1 також з'єднано з виходом вимірювача атмосферного тиску 10. Основний нижній перетворювач 5 і додатковий верхній перетворювач 6 виконані у формі відкритих знизу циліндричних дзвонів, висота яких перевищує максимальне значення рівня рідкого середовища 8 в резервуарі 9. Перетворювачі 5 і 6 мають однакові конструктивні параметри і висоту НП, по вертикалі зсунуті на величину h і з'єднані в такому стані між собою як одне ціле. В нижньому стані основний перетворювач 5 нижньою кромкою встановлюється на відстані від днища резервуара 9 в контрольованій точці, де необхідно вимірювати тиск середовища. Механізм піднімання-опускання 7 періодично виводить перетворювачі 5 і 6 з рідкого середовища на відмітку, що перевищує найбільше значення рівня і відразу ж повертає їх у попередній стан. Періодичність виведення перетворювачів з рідкого середовища встановлюється в керуюче-обчислювальному блоці 1 і визначається в основному характером зміни атмосферного тиску і температури навколишнього середовища. Спосіб вимірювання тиску рідких середовищ здійснюється таким чином. По команді керуючо-обчислювального блока 1 манометричними чутливими елементами 2 і 3 че 62133 4 рез трубки 4 вимірюється значення тиску в дзвонах-перетворювачах 5 і 6, встановленими за допомогою механізму піднімання-опускання 7 у крайньому нижньому положенні в рідкому середовищі 8 резервуара 9. Манометричні чутливі елементи 2 і 3 другими виходами з'єднані з атмосферою, тому фіксують наднормальний тиск. Значення атмосферного тиску в момент вимірювання визначається пристроєм 10. За таких умов тиск на вході основного нижнього дзвона-перетворювача 5 дорівнює РВОП=γСδНС, (1) де γс - густина середовища в резервуарі; g прискорення сили земного тяжіння; НС - висота рідини над кромкою основного нижнього дзвонаперетворювача. Вихідна величина основного нижнього дзвонаперетворювача визначається рівнянням P' ОП  Ран   СgHП    СgHП   СgHС  Ран 2  4РаНП  Cg 2 , (2) де Р'ОП - повний тиск у дзвоні-перетворювачі; Ран - атмосферний тиск в момент вимірювання; Ра - атмосферний тиск в момент заповнення дзвонаперетворювача рідиною; НП - висота дзвонаперетворювача. Густина вимірюваного середовища з виразу (1) дорівнює Р  C  ВОП gHC . (3) Помноживши ліву і праву частини рівняння (3) на gHП, отримаємо Н  C gHП  РВОП П НС . (4) Рівень вимірюваного середовища в резервуарі можливо визначити за залежністю Р' Р НС  ОП ан  Н P'ОП Р' ДП , (5) З врахуванням (5) рівняння (4) прийме вигляд Р Н Р' Р  Н  CgHП  РВОП П  ВОП П ОП ан НС P'ОП Р' ДП h . (6) Підставивши в (2) значення наднормального тиску РВОП, який діє на вході основного нижнього дзвона-перетворювача, і добутку yСgHП з (6) та зробивши ряд перетворень, отримаємо рівняння, розв'язок якого дорівнює P' ОП P' ОП Р ан  PВОП  P'ОП Р а  НП P' ОП  P' ОП Р' ДП  P'ОП Р ан  . (7) h     Враховуючи, що Р'ОП=РОП+Ран, Р'ДП=РДП+Ран, рівняння (7) можна подати у вигляді PОП PОП  Р ан  PВОП  НП PОП  Ран   PОП  Р ДП  PОП  Ран  Ра  h PОП . (8) Якщо заповнення дзвонів-перетворювачів вимірюваним середовищем і вимірювання параметрів здійснювати при однаковому атмосферному тиску, що виконується у запропонованому способі, 5 62133 то тиск в контрольованій точці можна визначити відповідно залежності PОП PОП  Р ан  PВОП  Н PОП  Р ан  П PОП  Р ДП h . (9) За одне вимірювання тиску дзвонівперетворювачів і атмосферного тиску по залежності (9) отримують значення тиску рідкого середовища під хвилею. Зареєстровані через певний проміжок часу інші значення тиску дзвонівперетворювачів і атмосферного тиску послідовно дають значення тисків, що відповідають хвильовому процесу. Оскільки значення тиску в дзвонахперетворювачах і атмосферного тиску фіксуються одночасно миттєво, похибка при вимірюванні внаслідок хвильового процесу не виникає. Похибка вимірювання миттєвих значень тиску рідкого середовища визначається точністю і стабільністю величин h і НП та похибкою вимірювання значень тиску, трансформованих алгоритмом (9). Сучасні тензометричні манометричні чутливі елементи та манометри забезпечують високу точність вимірювання тиску. Однак показання дзвонівперетворювачів будуть залежати від зміни атмосферного тиску, температури навколишнього середовища, виділення бульбашок повітря під дзвінперетворювач з вимірюваної рідини та розчинення в ній повітря, що знаходиться під дзвономперетворювачем. Цих похибок можна позбавитись виведенням на короткий проміжок часу дзвонівперетворювачів з вимірюваного середовища за допомогою механізму 7 з наступним поверненням їх у вихідне положення для вимірювання. Оскільки вказані фактори в часі змінюються занадто повільно, операцію виведення дзвонів-перетворювачів не має необхідності здійснювати часто. Періодичність виведення перетворювачів встановлюють у керуючо-обчислювальному блоці 1. Варіант схеми, що реалізує запропонований спосіб, працює таким чином. Механізм піднімання-опускання 7 дзвонівперетворювачів встановлює їх у вихідне нижнє положення, підготовивши до роботи. Дзвониперетворювачі 5 і 6 весь час знаходяться під тиском, який неперервно вимірюється манометричними чутливими елементами 2 і 3. Показання ма   6 нометричних чутливих елементів визначаються хвильовим процесом в резервуарі 9. Керуючеобчислювальний блок 1 здійснює запити інформації про тиск в дзвонах-перетворювачах і атмосферний тиск через певні проміжки часу, які визначають за параметрами хвильового процесу. По отриманій інформації керуючо-обчислювальний блок 1 відповідно залежності (9) визначає тиск рідини під хвилею в одній точці. Це значення тиску запам'ятовується. Наступне знімання значень тиску дає наступну точку хвильового процесу. Розрахунок значень тиску не зв'язаний зі зняттям інформації і виконується достатньо швидко, тому хвильовий процес можна фіксувати через малі проміжки часу, забезпечуючи представництво вимірювань практично з надзвичайно високою точністю. Отримані значення тиску в блоці 1 можливо обробляти за будь-яким алгоритмом, наприклад, використовуючи цифрове фільтрування. Похибки в дзвонах-перетворювачів від зміни атмосферного тиску, температури навколишнього середовища, абсорбції та розчинення повітря у вимірюваній рідині не виникають. Через встановлений період часу за командою керуючо-обчислювального блока 1 припиняються вимірювання і включається механізм піднімання-опускання 7, який знову приводить характеристики перетворювачів у відповідність з умовами вимірювання. Після повернення дзвонів-перетворювачів у вихідний стан процес вимірювання продовжується. Для отримання порівняльних даних проводилися вимірювання тиску рідини пристроями, що реалізували існуючий і запропонований способи. Пристрої встановлювалися в резервуарі з рідиною, в який в однакових умовах достатньо швидко з однаковою витратою виливалася доза рідини, що складала 30 % його номінального об'єму. Густина рідини в експериментах змінювалася. Рівень рідини в резервуарах зростав плавно і достатньо швидко. Пристрої фіксували даний процес до встановлення нового значення рівня. Зафіксовані перехідні процеси зміни рівня в резервуарі оброблялися і за цими даними визначалася похибка вимірювання тиску в динаміці. Порівняльні експериментальні показники для способів вимірювання тиску наведені в табл. Таблиця. Спосіб вимірювання тиску рідини 1. Існуючий 2. Запропонований Діапазон зміни густини рідини, Відносна похибка вимірювання тиску 3 г/см рідини, % 1…1,8 ±4,2 1…1,8 ±1,1 Як видно з даних таблиці, запропонований спосіб вимірювання тиску рідких середовищ дозволяє значно підвищити точність визначення технологічного параметра в умовах його динамічної зміни. Джерела інформації: 1. Яковлев Л.Г. Уровнемеры / Яковлев Л.Г. М.: Машиностроение, 1964.-190 с. 2. Пат. 87374 Україна, МПК G01F23/00. Спосіб вимірювання рівня рідких середовищ з хвильовими коливаннями / Кондратець В.О., Мацуй A.M.; заявник і патентовласник Кіровоградський національний технічний університет. - № 200712196; заявл. 05.11.2007; опубл. 10.07.2009, Бюл. № 13. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 62133 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601