RU102994U1 - DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OR DENSITY OF A LIQUID - Google Patents

Abstract

1. Устройство для измерения уровня или плотности жидкости, содержащее датчик дифференциального давления, резервуар с контролируемой жидкостью и размещенные между ними соединительные линии с разделительной жидкостью, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом электрически выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, а соединительные линии выполнены в виде капиллярных трубок, свободные концы которых установлены в резервуаре с контролируемой жидкостью и жестко закреплены в заданных точках с образованием разности высот. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что свободные концы соединительных линий выполнены в виде горизонтальных участков небольшой длины. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно установлена плоская пластина, параллельная поверхности жидкости. 1. A device for measuring the level or density of a liquid, comprising a differential pressure sensor, a reservoir with a controlled liquid and connecting lines with a separation liquid between them, characterized in that an additional registration and control unit and two controlled separation liquid dispensers are introduced into it, while the differential pressure sensor output is electrically connected to the input of the registration and control unit, the information output of the unit serves as the output of the device as a whole, and the control the outputs of the unit are connected to the control inputs of the dispensers, the outputs of which are hydraulically combined with the inputs of the differential pressure sensor and the inputs of the connecting lines, and the connecting lines are made in the form of capillary tubes, the free ends of which are installed in a tank with a controlled liquid and are rigidly fixed at given points with the formation of a height difference . ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the free ends of the connecting lines are made in the form of horizontal sections of small length. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that in the immediate vicinity of the free end of the upper connecting line is additionally installed a flat plate parallel to the surface of the liquid.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения уровня и/или плотности жидкостей в резервуарах в сложных технологических условиях, в частности, для контроля уровня и плотности технологических растворов радиохимической переработки облученного ядерного топлива.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure the level and / or density of liquids in tanks under difficult technological conditions, in particular, to control the level and density of technological solutions for radiochemical processing of irradiated nuclear fuel.

Известны устройства для измерения уровня жидкостей (см. М.В.Кулаков. Технологические измерения и приборы для химических производств. М., 1983 г.), действие которых основано на том, что давление Р в жидкости на расстоянии Н от ее поверхности определяется выражением:Known devices for measuring the level of liquids (see MV Kulakov. Technological measurements and devices for chemical production. M., 1983), the action of which is based on the fact that the pressure P in the liquid at a distance H from its surface is determined by the expression :

где: ρ - плотность раствора;where: ρ is the density of the solution;

g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.

Давление столба жидкости измеряется косвенно, по давлению воздуха, подаваемого непрерывно в пьезометрическую трубку, погруженную в жидкость. Уровень Н определяется из известной величины ρ и измеренного давления Р. К недостаткам указанного устройства относится низкая точность измерений, связанная с тем, что в момент отрыва пузырька избыточного воздуха происходит скачок давления в пьезометрической трубке. Последнее приводит к соответствующему разбросу в результатах измерения давления воздуха и, следовательно, к увеличению погрешности определения уровня жидкости.The pressure of a liquid column is measured indirectly by the pressure of air supplied continuously to a piezometric tube immersed in a liquid. The level of H is determined from the known value of ρ and the measured pressure R. The disadvantages of this device include the low accuracy of the measurements, due to the fact that at the moment of separation of the bubble of excess air, a pressure jump occurs in the piezometric tube. The latter leads to a corresponding spread in the results of measuring air pressure and, consequently, to an increase in the error in determining the liquid level.

Известно устройство «Интеллектуальный гидростатический преобразователь давления для измерения плотности APR-2200D» (см. Техническое описание прибора в каталоге фирмы «Aplisens» (Польша) по ссылке в Интернете http://www.aplisens.by/catalog/close_reservoir/preobr_apr_2200.html), выполненное на основе датчика дифференциального давления, в котором используются мембранные разделители двух входов датчика и контролируемой среды. Свободный объем между чувствительным элементом датчика и мембраной заполнен манометрической жидкостью. При этом используются дистанционные мембранные разделители, включающие в себя капиллярную соединительную линию между чувствительным элементом и мембраной, также заполненную манометрической жидкостью. Мембранные разделители устанавливаются с помощью фланцевых соединений на боковую поверхность резервуара с разницей высот, равной ΔН. Если поверхность жидкости в резервуаре выше места установки верхнего разделителя, то устройство используется для определения плотности ρ жидкости в резервуаре по величине разности давлений ΔР_датч, измеряемой датчиком дифференциального давления. Если ниже - то устройство служит для определения уровня жидкости при условии, что ее плотность ρ известна. В качестве манометрической жидкости, как правило, используется силиконовое масло, имеющее низкий коэффициент объемного расширения. Измеряемая датчиком разность давлений ΔР_датч отличается от разности давлений ΔР в точках установки мембранных разделителей на величину гидростатического давления Р_мж столба манометрической жидкости высотой ΔН, причем последняя определяется из выражения:The known device "Intelligent hydrostatic pressure transducer for measuring density APR-2200D" (see. Technical description of the device in the catalog of the company "Aplisens" (Poland) at the Internet link http://www.aplisens.by/catalog/close_reservoir/preobr_apr_2200.html ), made on the basis of a differential pressure sensor, in which membrane separators of two sensor inputs and a controlled medium are used. The free space between the sensor element and the membrane is filled with gauge fluid. In this case, remote membrane separators are used, including a capillary connecting line between the sensing element and the membrane, also filled with a gauge liquid. Membrane dividers are installed using flange connections on the side surface of the tank with a height difference equal to ΔН. If the liquid surface in the tank above the upper separator installation location, the device is used for determining the density of fluid in the tank ρ largest pressure difference? P _sens measured differential pressure sensor. If below - then the device serves to determine the liquid level, provided that its density ρ is known. Silicone fluid having a low coefficient of volume expansion is usually used as a gauge liquid. The measured sensor pressure difference? P is different from _Dutch pressure difference? P at the points of installation of membrane separators on the magnitude of the hydrostatic pressure P _MF? H manometric fluid column height, the latter being defined by the expression:

где ρ_мж - плотность манометрической жидкости.where ρ _mf is the density of the gauge fluid.

В итоге плотность контролируемой жидкости ρ (при условии, что поверхность жидкости выше верхнего разделителя) определяется как:As a result, the density of the controlled fluid ρ (provided that the surface of the fluid is above the upper separator) is defined as:

В случае, если поверхность жидкости с плотностью ρ ниже верхнего разделителя, то ее уровень Н относительно уровня установки нижнего разделителя определяется из измеренной датчиком разности давлений ΔP_датч с учетом гидростатического давления столба манометрической жидкости высотой ΔН следующим образом:If the surface of the liquid with a density lower than the upper delimiter ρ, its H level relative to the level of the lower of the separator is determined from the measured sensor pressure difference ΔP _Dutch with the hydrostatic fluid column pressure manometric height? H as follows:

Датчикам с мембранами в кристаллизующейся жидкости присущ один существенный недостаток: поверхность мембраны может обрасти кристаллами и потерять необходимую упругость, что приведет к искажению результатов измерений. Кроме того, при малых перепадах высот контролируемых точек, характерных, в условиях радиохимического производства, для небольших по размеру резервуаров, к упругости мембран предъявляются повышенные требования по передаче малых перепадов давления. В этом случае возникают проблемы с изготовлением мембран из материала, устойчивого к контролируемой среде, в частности, к сильным кислотам. Спецификой радиохимического производства являются также большие радиационные нагрузки на оборудование, включая датчики. Существенное снижение радиационной нагрузки на датчик возможно, если его вынести за пределы радиационной защиты, которой снабжена технологическая установка. Однако из-за ограничений на длину капилляров (до 6 метров), связывающих чувствительный элемент датчика с мембранами, это не представляется возможным.Sensors with membranes in crystallizing liquid have one significant drawback: the surface of the membrane can grow crystals and lose the necessary elasticity, which will lead to distortion of the measurement results. In addition, with small differences in the heights of the controlled points, which are characteristic under conditions of radiochemical production, for small-sized tanks, increased demands are placed on the elasticity of the membranes for the transfer of small pressure differences. In this case, problems arise with the manufacture of membranes from a material resistant to a controlled environment, in particular, to strong acids. The specifics of radiochemical production are also large radiation loads on equipment, including sensors. A significant reduction in the radiation load on the sensor is possible if it is taken outside the radiation protection that the process plant is equipped with. However, due to restrictions on the length of the capillaries (up to 6 meters) connecting the sensitive element of the sensor with membranes, this is not possible.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решением является устройство для измерения уровня агрессивных жидкостей (см. «Монтаж средств измерений и автоматизации». Справочник под ред. А.С.Клюева, М., Энергоатомиздат, 1988 г.), в котором для предотвращения непосредственного контакта датчика дифференциального давления и контролируемой жидкости используется разделительная жидкость, которая не смешивается с контролируемой жидкостью и отличается от нее по плотности. Блок-схема устройства для случая, когда плотность разделительной жидкости выше, чем плотность контролируемой жидкости, показана на фиг.1. Это устройство содержит датчик дифференциального давления, два разделительных сосуда, трубные соединительные линии, соединяющие нижние части разделительных сосудов с датчиком дифференциального давления, а верхние части разделительных сосудов - с резервуаром с контролируемой жидкостью и уравнительным сосудом, размещенным по высоте на уровне верхней части резервуара с контролируемой жидкостью и соединенным с ним по газовой фазе трубной линией. Нижние трубные соединительные линии, а также равные объемы в нижней части идентичных разделительных сосудов заполняются разделительной жидкостью. Верхняя часть разделительных сосудов и верхние соединительные линии, а также уравнительный сосуд заполняются контролируемой жидкостью. Верхний уровень жидкости в уравнительном сосуде соответствует максимально возможному уровню контролируемой жидкости в резервуаре. Разделительная жидкость не является агрессивной по отношению к материалам, из которых выполнен датчик дифференциального давления. Выходным сигналом устройства является выходной сигнал датчика дифференциального давления, который равен нулю, когда уровень жидкости в резервуаре максимален и равен уровню жидкости в уравнительном сосуде. Когда уровень жидкости в резервуаре минимален, то выходной сигнал устройства достигает максимума. Диаметр трубных соединительных линий должен быть не менее 12 мм, чтобы пузырьки газа, попавшие в контролируемую жидкость или выделившиеся из нее, всплывали и не вносили дополнительной погрешности в результаты измерений. К недостаткам такого устройства относится то, что трубные соединительные линии должны монтироваться с понижением от резервуара к датчику. При аварийной разгерметизации радиоактивная контролируемая жидкость может поступить непосредственно в зону расположения датчика. В силу этого датчик дифференциального давления в данном устройстве невозможно вынести за пределы радиационной защиты технологической установки, что существенно затруднит проведение ремонтных работ, а также уменьшит срок его службы из-за большой радиационной нагрузки.The closest in technical essence to the claimed solution is a device for measuring the level of aggressive liquids (see. "Installation of measuring and automation equipment.” Handbook edited by A.S. Klyuyev, M., Energoatomizdat, 1988), in which, to prevent The direct contact of the differential pressure sensor and the controlled fluid uses a separation fluid that does not mix with the controlled fluid and differs from it in density. The block diagram of the device for the case when the density of the separation fluid is higher than the density of the controlled fluid is shown in figure 1. This device contains a differential pressure sensor, two separation vessels, pipe connecting lines connecting the lower parts of the separation vessels to the differential pressure sensor, and the upper parts of the separation vessels - with a reservoir with a controlled fluid and a surge vessel placed in height at the level of the upper part of the reservoir with a controlled liquid and connected to it through the gas phase by a pipe line. The lower pipe connecting lines, as well as equal volumes in the lower part of the identical separation vessels, are filled with the separation liquid. The upper part of the separation vessels and the upper connecting lines, as well as the surge vessel, are filled with a controlled fluid. The upper liquid level in the equalization vessel corresponds to the maximum possible level of the controlled liquid in the tank. The release fluid is not aggressive with respect to the materials of which the differential pressure sensor is made. The output signal of the device is the output signal of the differential pressure sensor, which is zero when the liquid level in the tank is maximum and equal to the liquid level in the surge vessel. When the liquid level in the tank is minimal, the output signal of the device reaches a maximum. The diameter of the pipe connecting lines must be at least 12 mm so that gas bubbles entering the controlled liquid or released from it float and do not introduce additional errors in the measurement results. The disadvantages of this device include the fact that the pipe connecting lines must be mounted with decreasing from the tank to the sensor. In case of emergency depressurization, a radioactive controlled liquid can flow directly into the sensor location zone. Due to this, the differential pressure sensor in this device cannot be removed beyond the radiation protection of the technological installation, which will significantly complicate the repair work and also reduce its service life due to the large radiation load.

Полезная модель решает задачу снижения погрешности измерений уровня и/или плотности жидкости в резервуаре, а также снижения эксплуатационных расходов в условиях радиохимического производства за счет существенного повышения надежности работы устройства и его ремонтопригодности.The utility model solves the problem of reducing the measurement error of the level and / or density of the liquid in the tank, as well as reducing operating costs in the conditions of radiochemical production by significantly increasing the reliability of the device and its maintainability.

Технический результат, получаемый от реализации заявленной полезной модели, обеспечивается тем, что в состав известного устройства, включающего датчик дифференциального давления и соединительные линии, в которых присутствует разделительная жидкость, введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, выполненных в виде капиллярных трубок, при этом свободные концы соединительных линий установлены в контролируемом объеме на заданных высотах и расположены горизонтально.The technical result obtained from the implementation of the claimed utility model is ensured by the fact that a known device including a differential pressure sensor and connecting lines in which a separation liquid is present, a recording and control unit and two controlled separation liquid dispensers are introduced, while the differential sensor output pressure is connected to the input of the registration and control unit, the information output of the unit serves as the output of the device as a whole, and the control outputs of the unit are connected They are connected to the control inputs of the dispensers, the outputs of which are hydraulically combined with the inputs of the differential pressure sensor and the inputs of the connecting lines made in the form of capillary tubes, while the free ends of the connecting lines are installed in a controlled volume at predetermined heights and are located horizontally.

Кроме того, в непосредственной близости от свободного конца верхней соединительной линии дополнительно установлена плоская пластина, параллельная поверхности жидкости.In addition, in the immediate vicinity of the free end of the upper connecting line, an additional flat plate is installed parallel to the surface of the liquid.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема устройства-прототипа; на фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения уровня или плотности жидкости.The device is illustrated by drawings, where figure 1 shows a block diagram of a prototype device; figure 2 presents a block diagram of the proposed device for measuring the level or density of the liquid.

Устройство содержит датчик 1 дифференциального давления, управляемые дозаторы 2 и 3 разделительной жидкости, блок 4 регистрации и управления, по меньшей мере две капиллярные соединительные линии 5 и 6, и горизонтальную площадку 7, установленную в закрытом резервуаре 8 с контролируемой жидкостью. При этом выход датчика 1 дифференциального давления электрически соединен с входом блока 4 регистрации и управления, информационный выход блока 4 служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока 4 подключены к управляющим входам дозаторов 2 и 3, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика 1 дифференциального давления и входами соединительных линий 5 и 6.The device comprises a differential pressure sensor 1, controlled dispensing liquid dispensers 2 and 3, a registration and control unit 4, at least two capillary connecting lines 5 and 6, and a horizontal platform 7 installed in a closed reservoir 8 with a controlled fluid. The output of the differential pressure sensor 1 is electrically connected to the input of the registration and control unit 4, the information output of the unit 4 serves as the output of the device as a whole, and the control outputs of the unit 4 are connected to the control inputs of the dispensers 2 and 3, the outputs of which are hydraulically combined with the inputs of the differential sensor 1 pressure and inputs of connecting lines 5 and 6.

Датчик 1 дифференциального давления представляет собой, по существу, известный датчик, например, типа DMD 331-A-S фирмы «БД Сенсоре РУС» (см. по ссылке в Интернете http://www.bdsensors.ru/products/product_info.php?id=19), основная погрешность которого не превышает 0,1% измеряемой величины.The differential pressure sensor 1 is essentially a known sensor, for example, type DMD 331-AS of the company "DB Sensor Rus" (see the link on the Internet http://www.bdsensors.ru/products/product_info.php?id = 19), the main error of which does not exceed 0.1% of the measured value.

Этот датчик включает емкостную ячейку, входы которой изолированы качественными мембранами, предназначенными для контактирования с агрессивными средами, но контакт с кристаллизующимися жидкостями для данной конструкции противопоказан. Кроме того, указанный датчик не желательно размещать в непосредственной близости от технологического оборудования в радиохимическом производстве, а также подвергать воздействию радиационных полей.This sensor includes a capacitive cell, the inputs of which are insulated with high-quality membranes intended for contact with aggressive media, but contact with crystallizing liquids is contraindicated for this design. In addition, the specified sensor is not desirable to be placed in close proximity to technological equipment in radiochemical production, as well as to expose to radiation fields.

В качестве управляемых дозаторов 2 и 3 могут быть использованы, например, мембранные микронасосы типа 7604 фирмы «Bürkert» (см. в Интернете по ссылке http://www.ndps.ru/burkert/DEE/buerkert_products.sk_34.htm), работа которых регулируется программным путем с помощью сигналов от блока 4 регистрации и управления.As controlled dispensers 2 and 3, for example, Bürkert type 7604 membrane micropumps can be used (see the Internet at http://www.ndps.ru/burkert/DEE/buerkert_products.sk_34.htm), work which is regulated programmatically using signals from the unit 4 registration and management.

Блок 4 регистрации и управления выполнен на основе микроконвертора, который объединяет в себе аналого-цифровой преобразователь входного сигнала и микропроцессор, обеспечивающий: регистрацию входного сигнала; обработку информации; периодическую генерацию импульсных последовательностей на двух выходах блока 4, выполненных в виде электронных ключей, для управления дозаторами 2 и 3; обмен данными через информационный выход блока 4, представляющего собой, например, стандартный СОМ-порт.The registration and control unit 4 is made on the basis of a micro-converter, which combines an analog-to-digital converter of the input signal and a microprocessor, providing: registration of the input signal; information processing; periodic generation of pulse sequences at two outputs of block 4, made in the form of electronic keys, for controlling dispensers 2 and 3; data exchange through the information output of block 4, which is, for example, a standard COM port.

Капиллярные соединительные линии 5 и 6 могут быть выполнены из материала, инертного как к контролируемой, так и к разделительной жидкостям, например, металлическими (в частности, из нержавеющей стали), а их внутренний диаметр должен составлять примерно 1-2 мм. В варианте исполнения устройства могут быть установлены как две, так и большее количество соединительных линий, например, три или четыре. В этом случае первые две линии могут использоваться для измерения плотности, а вторые две или вторая и третья - для измерения уровня жидкости. При этом могут быть установлены клапаны, например, электромагнитные, для переключения линий на один датчик дифференциального давления или использоваться два аналогичных датчика.The capillary connecting lines 5 and 6 can be made of a material that is inert to both the controlled and the separation fluids, for example, metallic (in particular, stainless steel), and their internal diameter should be about 1-2 mm. In an embodiment of the device, two or more connecting lines can be installed, for example, three or four. In this case, the first two lines can be used to measure the density, and the second two or the second and third to measure the liquid level. In this case, valves, for example, electromagnetic, can be installed to switch lines to one differential pressure sensor or two similar sensors can be used.

Свободные концы соединительных линий 5 и 6 выполнены в виде горизонтальных участков линий небольшой длины и жестко закреплены в контролируемом резервуаре 8 в заданных точках с разностью высот, равной ΔН. Произвольное смещение точек закрепления концов соединительных линий недопустимо, так как это приведет к погрешности в измерениях.The free ends of the connecting lines 5 and 6 are made in the form of horizontal sections of lines of small length and are rigidly fixed in a controlled reservoir 8 at predetermined points with a height difference of ΔН. An arbitrary shift of the attachment points of the ends of the connecting lines is unacceptable, as this will lead to measurement errors.

Соединительные линии 5 и 6 выведены из резервуара 8 через верхнюю крышку 9, а их длина может составлять до нескольких десятков метров. Для использования в условиях радиохимического производства наиболее целесообразным является размещение соединительных линий 5 и 6 с повышением от резервуара 8 к датчику 1, но в любом случае датчик 1 должен быть расположен только после выхода соединительных линий за пределы радиационной защиты технологического оборудования.The connecting lines 5 and 6 are removed from the tank 8 through the top cover 9, and their length can be up to several tens of meters. For use in radiochemical production conditions, it is most appropriate to place the connecting lines 5 and 6 with an increase from the reservoir 8 to the sensor 1, but in any case, the sensor 1 should be located only after the connecting lines go beyond the radiation protection of the technological equipment.

Если уровень жидкости Н относительно свободного конца линии 6 больше величины ΔН, то есть если свободные концы линий 5 и 6 находятся в контролируемой жидкости, то устройство выполняет функцию контроля плотности жидкости. В другом случае, когда конец линии 6 погружен в жидкость, а конец линии 5 находится выше нее, то устройство предназначено для контроля уровня жидкости. В последнем случае непосредственно под свободным концом линии 5 установлена горизонтальная площадка 7, площадь которой может составлять, например, несколько квадратных сантиметров.If the liquid level H relative to the free end of line 6 is greater than ΔН, that is, if the free ends of lines 5 and 6 are in a controlled liquid, then the device performs the function of controlling the density of the liquid. In another case, when the end of line 6 is immersed in the liquid, and the end of line 5 is above it, the device is designed to control the level of the liquid. In the latter case, a horizontal platform 7 is installed directly under the free end of line 5, the area of which may be, for example, several square centimeters.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для случая контроля плотности жидкости дозатор 3 по команде блока 4 регистрации и управления в течение заданного интервала времени с заданным небольшим расходом дозирует разделительную жидкость в соединительную линию 6. В процессе дозирования из-за наличия гидродинамического сопротивления линии 6 разность давлений, регистрируемая датчиком 1, получает приращение, пропорциональное по величине гидродинамическому сопротивлению линии 6. Если указанное приращение превысит по величине заданный порог, то дозирование прекращается, и в блоке 4 регистрации и управления формируется аварийный сигнал для внешних устройств, означающий неисправность линии 6, связанную, в частности, с ее «засорением» или скоплением в ней пузырьков воздуха.For the case of monitoring the density of the liquid, the dispenser 3, at the command of the registration and control unit 4, dosing the separation liquid into the connecting line 6 for a predetermined time interval with a given low flow rate. During the dosing process, due to the presence of the hydrodynamic resistance of line 6, the pressure difference detected by the sensor 1 receives an increment proportional in magnitude to the hydrodynamic resistance of line 6. If the indicated increment exceeds the predetermined threshold in magnitude, dosing is stopped, and in block 4 p of recording and alarm management formed for external devices, meaning fault lines 6 associated, in particular its "clogging" or accumulation of air bubbles in it.

При дозировании избыточная разделительная жидкость поступает из свободного конца линии 6 в контролируемую жидкость. С учетом этого, в качестве разделительной жидкости, как правило, выбирается такая, которая растворяется в контролируемой жидкости и практически не меняет ее состав, так как дозируемый объем разделительной жидкости (доли или единицы миллилитров) на несколько порядков меньше объема контролируемой жидкости. После окончания работы дозатора 3 по команде блока 4 регистрации и управления дозатор 2 аналогичным образом дозирует разделительную жидкость в соединительную линию 5, свободный конец которой находится ниже уровня жидкости. При этом, как и для линии 6, может быть сформирован аварийный сигнал для внешних устройств, означающий неисправность линии 5.When dosing, excess separation fluid flows from the free end of line 6 to the controlled fluid. With this in mind, as a separation liquid, as a rule, one is selected that dissolves in the controlled liquid and practically does not change its composition, since the dosed volume of the separation liquid (fraction or unit of milliliters) is several orders of magnitude smaller than the volume of the controlled liquid. After the operation of the dispenser 3 at the command of the registration and control unit 4, the dispenser 2 likewise dispenses the separation liquid into the connecting line 5, the free end of which is below the liquid level. In this case, as for line 6, an alarm signal can be generated for external devices, indicating a malfunction of line 5.

После окончания работы дозатора 2 через некоторое время, занятое переходным процессом, на выходе датчика 1 дифференциального давления регистрируется величина ΔP_датч, пропорциональная разности гидростатических давлений, создаваемых столбом разделительной жидкости и столбом контролируемой жидкости с равными высотами ΔН. Аналогично устройству с применением мембранных разделителей, искомая величина плотности ρ контролируемого раствора определяется с помощью блока 4 регистрации и управления из выражения:After the end of the dispenser 2 via a time occupied by the transient, the output of the differential pressure sensor 1 value recorded _Dutch ΔP proportional to the difference of hydrostatic pressure generated by the fluid column separation and post-controlled fluid, with equal heights? H. Similarly to the device using membrane separators, the desired density ρ of the controlled solution is determined using the unit 4 of registration and control from the expression:

где ρ_рж - плотность разделительной жидкости.where ρ _rh is the density of the separation fluid.

Измерение ΔP_датч и определение ρ производится многократно, до проведения очередных процедур дозирования разделительной жидкости в соединительные линии 5 и 6. Интервал между двумя последующими процедурами дозирования может быть достаточно большим. Его величина, а также объем отдельной порции дозируемой жидкости определяются следующими факторами.Measurement of ΔP _sensors and determination of ρ is carried out many times, before the next dosing procedures for dividing the liquid into the connecting lines 5 and 6. The interval between the two subsequent dosing procedures can be quite large. Its value, as well as the volume of a single portion of the dosed liquid, are determined by the following factors.

Во-первых, если разделительная жидкость характеризуется небольшим и медленным газовыделением, например, дистиллированная вода, то необходимо прокачивать разделительную жидкость в количествах, позволяющих обновить содержимое каждой капиллярной соединительной линии 5 и 6 в течение приблизительно 6-8 часов. Например, объем капиллярной линии длиной 20 метров и внутренним диаметром 2 мм составляет около 60 мл. В указанных условиях средний расход разделительной жидкости для каждой соединительной линии 5 и 6 составляет приблизительно 10 мл/час. Мембранные микронасосы типа 7604 фирмы «Bürkert» обеспечивают производительность 5 мл/мин. Соответственно, для выбранного примера общее время работы каждого дозатора 1 или 2 составит 2 минуты в течение часа. Если периодически включать дозаторы 1 и 2 на короткое время, например, по 3 секунды каждый, то средний расход разделительной жидкости величиной 10 мл/час будет обеспечен при проведении процедуры дозирования один раз в 90 секунд. При этом измерение плотности может вестись с периодом 10÷15 секунд без помех со стороны процедуры дозирования.Firstly, if the separation liquid is characterized by a small and slow outgassing, for example, distilled water, then it is necessary to pump the separation liquid in quantities that allow updating the contents of each capillary connecting line 5 and 6 for about 6-8 hours. For example, the volume of a capillary line with a length of 20 meters and an inner diameter of 2 mm is about 60 ml. Under these conditions, the average flow rate of the separation fluid for each connecting line 5 and 6 is approximately 10 ml / hour. Bürkert type 7604 diaphragm micropumps deliver 5 ml / min. Accordingly, for the selected example, the total operating time of each dispenser 1 or 2 will be 2 minutes per hour. If you periodically turn on dispensers 1 and 2 for a short time, for example, 3 seconds each, then the average flow rate of the separation liquid of 10 ml / hour will be provided during the dosing procedure once every 90 seconds. In this case, the density measurement can be carried out with a period of 10 ÷ 15 seconds without interference from the dosing procedure.

С другой стороны, в сечениях свободных концов капиллярных соединительных линий 5 и 6 происходит взаимодействие контролируемой и разделительной жидкостей. Скорость этого взаимодействия и влияние изменения состава разделительной жидкости в зоне свободных концов линии 5 и 6 зависит от конкретных составов указанных жидкостей. Например, при контроле азотнокислых растворов и использовании в качестве разделительной жидкости дистиллированной воды процесс носит крайне медленный характер. В течение часа на расстоянии 1 см от отверстия концентрация азотной кислоты в разделительной жидкости не превышает 2% от концентрации азотной кислоты в контролируемом растворе. Т.е. изменение концентрации практически не выйдет за пределы начального горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6. Кроме того, процессы перемешивания в линиях 5 и 6 идентичны. Соответственно, в течение часа останется неизменным значение плотности разделительной жидкости в вертикальных участках, влияющее на величину измеряемой разности давлений ΔР.On the other hand, in the sections of the free ends of the capillary connecting lines 5 and 6, the interaction of the controlled and separation fluids occurs. The speed of this interaction and the effect of changes in the composition of the separation fluid in the zone of free ends of lines 5 and 6 depend on the specific compositions of these fluids. For example, when controlling nitric acid solutions and using distilled water as a separation liquid, the process is extremely slow. Within an hour at a distance of 1 cm from the hole, the concentration of nitric acid in the separation liquid does not exceed 2% of the concentration of nitric acid in the controlled solution. Those. the change in concentration practically does not go beyond the initial horizontal section of the free ends of lines 5 and 6. In addition, the mixing processes in lines 5 and 6 are identical. Accordingly, the value of the density of the separation fluid in the vertical sections, which affects the measured pressure difference ΔP, will remain unchanged for an hour.

В случае, если скорость взаимодействия контролируемой и разделительной жидкостей выше, устанавливается меньший период дозирования и меньший объем дозируемой порции. Объем порции должен быть значительно большим, чем внутренний объем начального горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6. Последний при длине начального участка в 10 мм и внутреннем диаметре 2 мм составляет приблизительно 0,03 мл. В приведенном выше примере при периодичности процедуры дозирования 90 секунд и ее продолжительности в 3 секунды для дозатора 1 или 2 объем отдельной порции разделительной жидкости составит 0,25 мл, что существенно больше внутреннего объема горизонтального участка свободных концов линий 5 и 6.If the interaction rate between the controlled and separation fluids is higher, a shorter dosing period and a smaller volume of the dosed portion are set. The portion volume should be significantly larger than the internal volume of the initial horizontal portion of the free ends of lines 5 and 6. The latter, with a length of the initial portion of 10 mm and an inner diameter of 2 mm, is approximately 0.03 ml. In the above example, with a periodicity of the batching procedure of 90 seconds and its duration of 3 seconds for dispenser 1 or 2, the volume of a separate portion of the separation liquid will be 0.25 ml, which is significantly larger than the internal volume of the horizontal section of the free ends of lines 5 and 6.

Для определения уровня раствора в резервуаре необходимо, чтобы поверхность жидкости находилась ниже свободного конца соединительной линии, т.е. чтобы выполнялось условие Н<ΔН. В этом случае, в отличие от измерения плотности, при дозировании разделительной жидкости в соединительную линию 5 избыточная разделительная жидкость поступает из свободного конца линии 5 на площадку 7, которая исключает возможность образования висящей капли разделительной жидкости на свободном конце линии 5. Наличие площадки 7 повышает точность определения уровня жидкости Н, т.к. при зависании на свободном конце линии 5 капли разделительной жидкости возникает систематическое смещение измеренной разности давлений ΔР, что вызывает соответствующую погрешность определения уровня Н, эквивалентную примерно 2÷5 мм.To determine the level of the solution in the tank, it is necessary that the surface of the liquid is below the free end of the connecting line, i.e. to satisfy the condition H <ΔH. In this case, in contrast to the density measurement, when the dosing liquid is dosed into the connecting line 5, the excess separation liquid flows from the free end of line 5 to platform 7, which eliminates the possibility of a hanging drop of separation liquid at the free end of line 5. The presence of platform 7 increases the accuracy determine the level of liquid H, because when a drop of separation liquid hangs at the free end of line 5, a systematic shift of the measured pressure difference ΔР occurs, which causes a corresponding error in determining the level H, equivalent to about 2 ÷ 5 mm.

После окончания процедур дозирования регистрируется величина ΔP_датч, пропорциональная разности гидростатических давлений, создаваемых столбом разделительной жидкости высотой ΔН и столбом контролируемой жидкости высотой Н. Аналогично устройству с применением мембранных разделителей, величина Н определяется из выражения:After the dosing procedures are completed, the ΔP _sensor value is proportional to the difference of hydrostatic pressures created by a separation liquid column with a height ΔН and a controlled liquid column with a height N. Similar to a device using membrane separators, the value of Н is determined from the expression:

где ρ_рж - плотность разделительной жидкости.where ρ _rh is the density of the separation fluid.

Процедура дозирования разделительной жидкости в линии 5 и 6 может осуществляться как поочередно, так и одновременно в обе линии. В последнем случае, если разность давлений ΔP_датч в процессе ближайших измерений практически не изменяется, то это означает, что обе капиллярные линии одинаково не засорены, и в них отсутствуют скопления пузырьков газа. Если же ΔР изменяется, например, в положительную сторону, то это свидетельствует о том, что увеличилось гидродинамическое сопротивление линии, подключенной к положительному входу датчика дифференциального давления, а если ΔР изменяется в отрицательную сторону, то очевидно, что засорена другая капиллярная линия.The dosing procedure for the separation fluid in lines 5 and 6 can be carried out both alternately and simultaneously in both lines. In the latter case, if the pressure difference ΔP of the _sensors during the next measurements is practically unchanged, this means that both capillary lines are not clogged equally, and there are no accumulations of gas bubbles in them. If ΔР changes, for example, in the positive direction, then this indicates that the hydrodynamic resistance of the line connected to the positive input of the differential pressure sensor has increased, and if ΔР changes in the negative direction, it is obvious that the other capillary line is clogged.

Таким образом, благодаря процедуре дозирования разделительной жидкости в устройстве производится регулярное диагностирование рабочего состояния капиллярных соединительных линий, причем в процессе работы устройства, что способствует повышению точности определения измеряемых величин и, тем самым, повышению надежности работы устройства.Thus, due to the dosing procedure for dividing the liquid in the device, the operational status of the capillary connecting lines is regularly diagnosed, moreover, during the operation of the device, which helps to increase the accuracy of determining measured values and, thereby, increase the reliability of the device.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает уменьшение погрешности определения уровня жидкости по сравнению с прототипом и аналогами за счет наличия в нем горизонтальной площадки 7, которая препятствует образованию капель разделительной жидкости на свободном конце линии 5 и тем самым устраняет систематическое смещение измеренной разности давлений ΔP_датч.In addition, the proposed device reduces the error in determining the liquid level in comparison with the prototype and analogues due to the presence in it of a horizontal platform 7, which prevents the formation of droplets of the separation liquid at the free end of line 5 and thereby eliminates the systematic bias of the measured pressure difference ΔP _gauges .

Вместе с тем, надежность предлагаемого устройства в условиях радиохимического производства оказывается существенно выше, чем у прототипа, т.к. в зоне расположения технологического оборудования в условиях высоких радиационных полей размещаются только узлы, выполненные из металла, включая металлические капиллярные соединительные линии 5 и 6, а какие-либо чувствительные либо исполнительные элементы устройства отсутствуют. Датчик 1 дифференциального давления, управляемые дозаторы 2 и 3 разделительной жидкости, блок 4 регистрации и управления могут быть размещены вне зоны расположения технологического оборудования. При этом стоимость замены элемента устройства, не находящегося в зоне расположения технологического оборудования, невысока, что обеспечивает снижение эксплуатационных расходов в условиях радиохимического производства.However, the reliability of the proposed device in terms of radiochemical production is significantly higher than that of the prototype, because in the zone of technological equipment in high radiation fields, only nodes made of metal are placed, including metal capillary connecting lines 5 and 6, and there are no sensitive or actuating elements of the device. The differential pressure sensor 1, the controlled dispensers 2 and 3 of the separation fluid, the registration and control unit 4 can be placed outside the zone of the technological equipment. At the same time, the cost of replacing an element of a device that is not located in the zone of technological equipment is low, which ensures a reduction in operating costs in conditions of radiochemical production.

Использование заявленного технического решения позволяет также расширить область его применения для сложных технологических условий, в частности, для радиохимического производства.The use of the claimed technical solution also allows you to expand the scope of its application for complex technological conditions, in particular, for radiochemical production.

Claims (3)

1. Устройство для измерения уровня или плотности жидкости, содержащее датчик дифференциального давления, резервуар с контролируемой жидкостью и размещенные между ними соединительные линии с разделительной жидкостью, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок регистрации и управления и два управляемых дозатора разделительной жидкости, при этом электрически выход датчика дифференциального давления соединен с входом блока регистрации и управления, информационный выход блока служит выходом устройства в целом, а управляющие выходы блока подключены к управляющим входам дозаторов, выходы которых гидравлически объединены с входами датчика дифференциального давления и входами соединительных линий, а соединительные линии выполнены в виде капиллярных трубок, свободные концы которых установлены в резервуаре с контролируемой жидкостью и жестко закреплены в заданных точках с образованием разности высот.1. A device for measuring the level or density of a liquid, comprising a differential pressure sensor, a reservoir with a controlled liquid and connecting lines with a separation liquid between them, characterized in that an additional registration and control unit and two controlled separation liquid dispensers are introduced into it, while the differential pressure sensor output is electrically connected to the input of the registration and control unit, the information output of the unit serves as the output of the device as a whole, and the control the outputs of the unit are connected to the control inputs of the dispensers, the outputs of which are hydraulically combined with the inputs of the differential pressure sensor and the inputs of the connecting lines, and the connecting lines are made in the form of capillary tubes, the free ends of which are installed in a tank with a controlled liquid and are rigidly fixed at given points with the formation of a height difference . 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что свободные концы соединительных линий выполнены в виде горизонтальных участков небольшой длины.2. The device according to claim 1, characterized in that the free ends of the connecting lines are made in the form of horizontal sections of small length. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в непосредственной близости под свободным концом верхней соединительной линии дополнительно установлена плоская пластина, параллельная поверхности жидкости.

3. The device according to claim 1, characterized in that in the immediate vicinity under the free end of the upper connecting line is additionally installed a flat plate parallel to the surface of the liquid.