RU2713987C1 - Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе - Google Patents
Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713987C1 RU2713987C1 RU2019111443A RU2019111443A RU2713987C1 RU 2713987 C1 RU2713987 C1 RU 2713987C1 RU 2019111443 A RU2019111443 A RU 2019111443A RU 2019111443 A RU2019111443 A RU 2019111443A RU 2713987 C1 RU2713987 C1 RU 2713987C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- pipe
- piezoelectric elements
- limit level
- rods
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к компонентам измерительных устройств и предназначено для контроля уровня жидких или сыпучих веществ в емкости и/или трубопроводе. Устройство содержит установленную на отметке заданного уровня заполнения механическую колебательную систему. Напряжение от внешнего генератора подаётся на преобразователи возбуждения, один и более пьезоэлементы 10 деформируются благодаря обратному пьезоэффекту. С помощью зажимного винта 14 и металлического кольца 4, опирающегося на выступ в патрубке 18, сообщают перемещение мембране 3 и штангам 1. Период колебаний системы штанг 1 и мембраны 3 увеличивается по мере погружения в более плотную среду. Один и более, пьезоэлементы 8 преобразователя обратной связи, благодаря прямому пьезоэффекту, преобразуют колебания механической системы в электрический сигнал для управления работой генератора. При наполнении или опорожнении ёмкости вещество достигает места, где установлено устройство и по мере погружения или осушения штанг изменяется период их колебаний. Изменение периода колебаний системы является мерой уровня вещества с большей плотностью в точке расположения устройства контроля предельного уровня. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства, а также расширение сферы применения для более вязких жидкостей и неоднородных сыпучих сред. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к компонентам измерительных устройств и предназначено для контроля уровня жидких или сыпучих веществ в емкости и/или трубопроводе.
Известно устройство для определения и контроля предельного уровня в емкости, которое состоит из механической колебательной структуры из диафрагмы и по крайней мере 2-х осциллирующих штанг, которые вдоль продольной оси введены в контейнер. Устройство содержит также преобразователи возбуждения и обратной связи, образованные пакетом компонентов, и металлическое кольцо, размещенное на конце пакета, смежного с диафрагмой и, по крайней мере, 2 шипа давления, размещенные между металлическим кольцом и диафрагмой, обеспечивающих передачу колебаний от преобразователя возбуждения на диафрагму с осциллирующими штангами [1].
Недостатком этого технического решения является сложность монтажа преобразователей возбуждения и обратной связи во внутренней полости устройства, т.к. их установка и соединение с мембраной осуществляется только на двух шипах давления. Кроме того, на шипах давления малых размеров происходит концентрация контактных механических напряжений, что снижает прочность мембраны и устройства в целом.
Известно устройство для определения или контроля уровня заполнения емкости, содержащее установленную на отметке заданного уровня заполнения механическую колебательную систему с цилиндрическим закрытым мембраной в концевой части корпусом, расположенные столбиком пьезоэлектрические элементы, которые во время работы приводят механическую колебательную систему в колебания и воспринимают колебания, зависящие от уровня заполнения в данный момент, и обеспечивают их дальнейшее преобразование и обработку, которые расположены между первым и вторым пестами, примыкающими к концевой части и к столбику, причем столбик зажат вдоль продольной оси корпуса между ввинченным в корпус нажимным винтом и мембраной [2].
Недостатком этого технического решения также является сложность монтажа преобразователей возбуждения и обратной связи в виде столбика пьезоэлементов в корпусе, т.к. их установка и соединение с мембраной осуществляется только в 1-й точке - в желобке, выполненном в форме песта, в котором установлена с возможностью поворота круглая купольная часть песта, передающего колебания столбика пьезоэлементов на мембрану. Кроме того, на упомянутом желобке также происходит концентрация контактных механических напряжений, что снижает прочность мембраны и устройства в целом.
Известно устройство для определения и контроля предельного уровня жидкости в емкости с механической колебательной структурой, которое состоит из двух и более колебательных штанг, выступающих в емкость и прикрепленных на расстоянии друг от друга к мембране, которая зажата на краях и образует с поверхностью штуцера непроницаемую внутреннюю полость. В полости размещены преобразователь возбуждения и преобразователь обратной связи, имеющие на обоих концах металлические кольца и состоящие из набора пьезоэлектрических элементов, включая один и более пьезоэлементов, которые могут быть возбуждены напряжением переменного тока для того, чтобы колебание штанг было перпендикулярно к их продольной оси. Также один и более пьезоэлектрических элементов для преобразования колебаний механической системы в электрический сигнал. Зажимной винт прочно соединен с мембраной со стороны противоположной колебательным штангам, и характеризуется тем, что на стороне мембраны, противоположной колебательным штангам, сформировано плечо, которое радиально простирается вокруг внутренней круговой поверхности мембраны и передает линейные колебания преобразователя возбуждения к мембране [3].
Недостатком этого технического решения является недостаточная эффективность передачи колебаний от преобразователя возбуждения к осциллирующим штангам.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее механическую колебательную систему, состоящую из двух и более штанг, выступающих в емкость, прикрепленных на расстоянии друг от друга к мембране, зажатой на краях и образующей с поверхностью штуцера непроницаемую внутреннюю полость, в которой размещены преобразователь возбуждения и преобразователь обратной связи, имеющие на обоих концах металлические кольца и состоящие из набора пьезоэлектрических элементов, включая один и более пьезоэлемент, которые могут быть возбуждены напряжением переменного тока для того, чтобы колебания штанг были перпендикулярны к их продольной оси, а также один и более пьезоэлектрических элементов для преобразования колебаний механической системы в электрический сигнал, зажимной винт, прочно соединенный с мембраной со стороны, противоположной колебательным штангам, проходящий через преобразователи возбуждения и обратной связи, имеется дополнительное металлическое кольцо, размещенное между металлическим кольцом преобразователей и мембраной, соосно с металлическими кольцами преобразователей, причем дополнительное металлическое кольцо выполнено из того же материала, что и мембрана и штуцер и жестко связано с ними сваркой [4].
Недостатком этого технического решения является недостаточная эффективность передачи колебаний от преобразователя возбуждения к осциллирующим штангам.
Заявляемое в; качестве изобретения устройство для контроля предельного уровня в емкости позволяет устранить этот недостаток путем уменьшения механической связи мембраны с патрубком и увеличения эффективной площади мембраны, что приводит к увеличению амплитуды колебания штанг и электрического выходного сигнала преобразователя обратной связи. Решение позволяет расширить сферу применения для более вязких жидкостей и неоднородных сыпучих сред.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для контроля предельного уровня в емкости или трубе, содержащее механическую колебательную систему, которая состоит из двух или более штанг, выступающих в емкость и прикрепленных на расстоянии друг от друга к мембране, зажатой на краях и образующей с поверхностью штуцера или патрубка-удлинителя непроницаемую внутреннюю полость, в которой размещены преобразователь возбуждения и преобразователь обратной связи, имеющие на обоих концах металлические кольца и состоящие из набора пьезоэлектрических элементов, включая один или более пьезоэлементов, которые могут быть возбуждены напряжением переменного тока для того, чтобы вынудить колебания штанг, перпендикулярно к их продольной оси, а также один или больше пьезоэлементов для преобразования колебаний механической системы в электрический сигнал, зажимного винта, прочно соединенного с мембраной со стороны, противоположной колебательным штангам, пронизывающего преобразователи возбуждения и обратной связи, была введена круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора, одной из поверхностей которой является внутренней поверхностью мембраны, шириной равная или большая толщины мембраны и остаточной толщиной стенок патрубка не менее половины толщины мембраны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства, на фиг. 2÷5 - варианты исполнения устройства. Перемещение мембраны с прикрепленными штангами резонатора под действием пьезоэлементов определяется выражением:
где δ - перемещение центра мембраны, k - конструкционный коэффициент, r - радиус мембраны, Е - модуль упругости материала мембраны, h - толщина
мембраны, F - сила воздействия пьезоэлементов на центр мембраны.
Эффект достигается увеличением радиуса мембраны 3 за счет круговой канавки 2 на внутренней поверхности патрубка резонатора 18. При неизменной силе воздействия пьезоэлементов, в зависимости от геометрии канавки, перемещение штанг 1 может быть увеличено более, чем на 50%. При этом внешний размер преобразователя не изменяется.
Кроме увеличения амплитуды колебаний, круговая канавка уменьшает передачу деформаций мембраны на корпус резонатора 18, что приводит к локализации колебаний в области мембраны и устраняет влияние корпуса на амплитудно-частотные характеристики колебательной системы. Уменьшает количество паразитных колебаний от корпуса 18 к мембране 3.
Устройство для контроля предельного уровня в емкости, фиг. 1, содержит механическую колебательную систему, которая состоит из двух штанг 1, выступающих в емкость и прикрепленных на расстоянии друг от друга к мембране 3, зажатой на краях и образующей с поверхностью корпуса 18 и патрубка-удлинителя 19 непроницаемую внутреннюю полость 17, в которой размещен пьезопривод 20. Пьезопривод 20 состоит из последовательно установленных на трубчатом изоляторе 6 кольцевого изолятора 7, пьезоэлементов обратной связи 8, проставочного кольца 9, пьезоэлементов возбуждения 10 и кольцевого изолятора 13. Напряжение возбуждения и съем выходного сигнала с пьезоэлементов происходит через токосъемники 11 и соединительные провода 12. Пьезопривод 20 через дополнительное кольцо 5 опирается на основание 4 выполненное как одно целое с мембраной 3 и корпусом 18. Пьезопривод 20 прижимается к основанию 4 гайкой 14 через дополнительное кольцо 15. Гайка 14 накручивается на шпильку 16 выполненную как единое целое с мембраной 3. На пьезоэлементы 10 подается возбуждающее напряжение от внешнего генератора, которое преобразуется в продольные возвратно поступательные колебания шпильки 16 и мембраны 3. Далее колебания передаются на штанги 1, которые находятся в рабочей среде. Частота и характер колебаний штанг 1, которые зависят от характеристик среды, преобразуются пьезоэлементами обратной связи 8 в электрический сигнал, который поступает на вход внешнего усилителя. Устройство отличается тем, что за мембраной 3 присутствует канавка 2 которая механически устраняет жесткое закрепление мембраны 3. и приводит к увеличению амплитуды колебания штанг и электрического выходного сигнала преобразователя обратной связи. Решение позволяет расширить сферу применения для более вязких жидкостей и неоднородных сыпучих сред.
На фиг. 2 показан вариант исполнения устройства, в котором круговая канавка 2 на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму прямоугольника, одна из сторон которого является внутренней поверхностью мембраны.
На фиг. 3 показан вариант исполнения устройства, в котором круговая канавка 2 на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму прямоугольного треугольника, один из катетов которого является внутренней поверхностью мембраны.
На фиг. 4 показан вариант исполнения устройства, в котором круговая канавка 2 на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму трапеции, одна из сторон которой является внутренней поверхностью мембраны.
На фиг. 5 показан вариант исполнения устройства, в котором круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму сектора круга, один из радиусов которой является внутренней поверхностью мембраны.
Период вынужденных колебаний системы штанг 1 и мембраны 3 на частоте резонанса уменьшается по мере погружения штанг в более плотную среду. Пьезоэлементы 13, 14 служат для преобразования колебаний механической системы в электрический сигнал и управления работой генератора. При наполнении или опорожнении емкости вещество достигает места, где установлено устройство, и по мере погружения или осушения штанг изменяется их собственная частота колебаний. Изменение резонансной частоты системы является мерой уровня жидкости в точки расположения устройства контроля предельного уровня.
Источники информации
1. US 5191316, МПК В06 В 1/06; G01F 23/296; G01H 13/00; G08B 021/00 «Apparatus for determining and/or monitoring a predetermined contents level in acontainer» 02.03.1993.
2. RU 2247606, МПК 7 B06B 1/06 «Устройство для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости» 01.03.2001.
3. US 5408168, МПК В06 В 1/06; G01F 23/296; G01F 023/28 «Device for determining and/or monitoring a predetermined filling level in a container 18.04.1995 - прототип.
4. Патент RU 2406980 МПК G01F 23/296 «Устройство для контроля предельного уровня в емкости» 2009.01.26
Claims (5)
1. Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости или трубе, содержащее механическую колебательную систему, которая состоит из двух или более штанг, выступающих в емкость и прикрепленных на расстоянии друг от друга к мембране, зажатой на краях и образующей с поверхностью штуцера или патрубка-удлинителя непроницаемую внутреннюю полость, в которой размещены преобразователь возбуждения и преобразователь обратной связи, имеющие на обоих концах металлические кольца и состоящие из набора пьезоэлектрических элементов, включая один или более пьезоэлементов, которые могут быть возбуждены напряжением переменного тока для того, чтобы вынудить колебания штанг, перпендикулярно к их продольной оси, а также один или больше пьезоэлементов для преобразования колебаний механической системы в электрический сигнал, зажимного винта, прочно соединенного с мембраной со стороны, противоположной колебательным штангам, пронизывающего преобразователи возбуждения и обратной связи, отличающееся тем, что на внутренней поверхности патрубка резонатора имеется круговая канавка, одной из поверхностей которой является внутренняя поверхность мембраны, шириной равная или большая толщины мембраны, при этом остаточная толщина стенок патрубка не менее половины толщины мембраны.
2. Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости или трубе по п.1, отличающееся тем, что круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму прямоугольника, одна из сторон которого является внутренней поверхностью мембраны.
3. Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости или трубе по п.1, отличающееся тем, что круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму прямоугольного треугольника, один из катетов которого является внутренней поверхностью мембраны.
4. Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости или трубе по п.1, отличающееся тем, что круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму трапеции, одна из сторон которой является внутренней поверхностью мембраны.
5. Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости или трубе по п.1, отличающееся тем, что круговая канавка на внутренней поверхности патрубка резонатора в продольном сечении имеет форму сектора круга, один из радиусов которой является внутренней поверхностью мембраны.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111443A RU2713987C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111443A RU2713987C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713987C1 true RU2713987C1 (ru) | 2020-02-11 |
Family
ID=69625663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111443A RU2713987C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713987C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786773C1 (ru) * | 2022-06-25 | 2022-12-26 | Ооо "Смартприбор" | Устройство для определения плотности и/или вязкости жидкостей и газов |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19621449C2 (de) * | 1996-05-29 | 2000-11-30 | Grieshaber Vega Kg | Vibrationsresonator, Verfahren zum Betreiben eines solchen Vibrationsresonators und Vibrations-Füllstand-Grenzschalter mit einem solchen Vibrationsresonator |
US6539819B1 (en) * | 1998-09-02 | 2003-04-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Sensor with moisture protection |
RU2240513C2 (ru) * | 2000-03-24 | 2004-11-20 | Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг | Способ определения и/или контроля уровня среды в емкости и устройство для его реализации |
RU2247606C2 (ru) * | 2000-03-08 | 2005-03-10 | Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг | Устройство для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости |
RU2291403C2 (ru) * | 2002-08-14 | 2007-01-10 | Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг | Устройство для контроля заданного уровня измеряемой среды в емкости |
RU2378623C2 (ru) * | 2004-08-02 | 2010-01-10 | Фега Грисхабер Кг | Самодиагностирование вибрационного уровнемера |
CN105973339A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-28 | 深圳计为自动化技术有限公司 | 振动式料位开关及其振动装置 |
-
2019
- 2019-04-16 RU RU2019111443A patent/RU2713987C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19621449C2 (de) * | 1996-05-29 | 2000-11-30 | Grieshaber Vega Kg | Vibrationsresonator, Verfahren zum Betreiben eines solchen Vibrationsresonators und Vibrations-Füllstand-Grenzschalter mit einem solchen Vibrationsresonator |
US6539819B1 (en) * | 1998-09-02 | 2003-04-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Sensor with moisture protection |
RU2247606C2 (ru) * | 2000-03-08 | 2005-03-10 | Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг | Устройство для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости |
RU2240513C2 (ru) * | 2000-03-24 | 2004-11-20 | Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг | Способ определения и/или контроля уровня среды в емкости и устройство для его реализации |
RU2291403C2 (ru) * | 2002-08-14 | 2007-01-10 | Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг | Устройство для контроля заданного уровня измеряемой среды в емкости |
RU2378623C2 (ru) * | 2004-08-02 | 2010-01-10 | Фега Грисхабер Кг | Самодиагностирование вибрационного уровнемера |
CN105973339A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-28 | 深圳计为自动化技术有限公司 | 振动式料位开关及其振动装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786773C1 (ru) * | 2022-06-25 | 2022-12-26 | Ооо "Смартприбор" | Устройство для определения плотности и/или вязкости жидкостей и газов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5323638A (en) | Sensor apparatus | |
US5191316A (en) | Apparatus for determining and/or monitoring a predetermined contents level in a container | |
JP2504628B2 (ja) | 容器内の所定の充填レベル状態の検出監視装置 | |
JP2960726B2 (ja) | 充填レベルを測定および/または監視する装置 | |
CA1140249A (en) | Apparatus for determining and/or controlling a fixed filling level in a container | |
RU2006135105A (ru) | Устройство для определения и/или контроля параметра процесса, способ изменения резонансной частоты устройства для определения и/или контроля параметра процесса | |
JPH095137A (ja) | 唯一の測定管を備えたコリオリ式質量流量センサー | |
CA2175303C (en) | Device for establishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container | |
CN109477750A (zh) | 用于确定和/或监测至少一个过程变量的设备 | |
JP2004530121A (ja) | 容器内の所定の充填レベルを決定及び/又は監視する装置 | |
JPS6350645B2 (ru) | ||
RU2713987C1 (ru) | Устройство для контроля предельного уровня в ёмкости и/или трубопроводе | |
JP2880502B2 (ja) | 容器内において所定の充填レベルを達成及び/又は監視する装置 | |
RU2406980C2 (ru) | Устройство для контроля предельного уровня в емкости | |
RU2786773C1 (ru) | Устройство для определения плотности и/или вязкости жидкостей и газов | |
US11680842B2 (en) | Vibronic sensor with temperature compensation | |
JP2880503B2 (ja) | 容器内において所定の充填レベルを達成及び/又は監視する装置 | |
RU2722470C1 (ru) | Датчик вибрационного плотномера (варианты) | |
SU1112270A1 (ru) | Акустический блок дл измерени концентрации газа в двухфазных средах | |
JP6832564B2 (ja) | 集束音場形成装置 | |
SU286270A1 (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
JP2004170272A (ja) | 検液装置 | |
SU775626A1 (ru) | Датчик ультразвукового сигнализатора уровн агрессивных жидкостей | |
RU2620709C2 (ru) | Способ проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде и устройство для его осуществления | |
SU113357A1 (ru) | Излучатель ультразвука |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210417 |