Система контроля уровня жидкости в технологических резервуарах
LIQUID LEVEL MONITORING SYSTEM IN PROCESS TANKS

Изобретение относится к системе контроля уровня жидкости в бассейне выдержки отработавшего ядерного топлива атомной электростанции, которая может использоваться как для бассейна выдержки отработавшего ядерного топлива, так и для других технологических резервуаров (баков-приямков, технологических помещений), в которых требуется осуществление контроля заполнения жидкостью дискретных уровней.
Известен дискретный уровнемер (см. патент РФ № 2204809 от 12.11.2001, Алтайского государственного аграрного университета, опубликован 20.05.2003), содержащий поплавок с постоянным магнитом, вертикально расположенную немагнитную трубу, геркон, показывающий прибор, управляющий микроконтроллер, реверсивный двигатель, дискретный датчик угла поворота, барабан с винтовой поверхностью, трос с немагнитным грузом, фотодатчики начала отсчета и срабатывания контактов геркона, опорную пластину, дополнительный постоянный магнит, немагнитный ограничитель, шторки.
При пустой емкости поплавок с постоянным магнитом находится на ограничителе хода поплавка под действием собственного веса. При этом трос намотан на барабан, шторка приподнята грузом так, что перекрывает световой поток фотодатчика и электрический сигнал с его выхода не поступает на вход микроконтроллера. В этом случае цифровой индикатор микроконтроллера показывает "0". При поступлении жидкости в емкость поплавок с магнитом перемещаются жидкостью вверх по трубе. Одновременно с этим, с пульта оператора (или по внутреннему таймеру) на микроконтроллер поступает сигнал, включается реверсивный двигатель и трос разматывается с барабана и грузом перемещается вниз вдоль трубы. В момент начала разматывания троса с барабана шторка опускается и фотодатчик дает разрешение на счет импульсов от дискретного датчика угла поворота. Счет импульсов микроконтроллера происходит до момента замыкания контактов геркона постоянным магнитом, который находится на поплавке. После этого происходит фиксация результатов отсчета. В момент замыкания контактов геркона включается фотодатчик-транслятор и электрический сигнал с его выхода поступает на вход микроконтроллера. Таким образом происходит измерение высоты от верхней части емкости до поверхности жидкости.
Недостатками данного дискретного уровнемера являются:
- низкая надежность, определяемая наличием движущихся элементов конструкции, которые могут заклинивать и проскальзывать;
- ограниченный диапазон рабочих температур, который определяется диапазоном рабочих температур фотодатчика и герконов.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе контроля уровня жидкости в технологических резервуарах является «Система контроля уровня жидкости в бассейне выдержки отработавшего ядерного топлива» (см. патент РФ на полезную модель № 149389 ООО НПО «ИНКОР», опубликован 27.12.2014), содержащая индикатор уровня (ИУ), в котором размещены сборки детекторов (СД) с нагреваемыми термопарами (НТ) и ненагреваемыми референтными термопарами (РТ), секционированный электронагреватель, линии связи и электронную аппаратуру, при этом, корпус ИУ выполнен в виде трубы с двойными стенками.  Для определения наличия жидкости в зоне чувствительных элементов СД используется разностный сигнал НТ и РТ, связанный с коэффициентом теплоотдачи от корпуса СД в зоне размещения НТ: его повышение означает осушение точки контроля и наоборот, снижение соответствует появлению жидкости. Изменение разностного сигнала контролируется с помощью пороговых уставок, а снижение при росте температуры жидкости компенсируется повышением мощности нагревателя.
Недостатками данной системы контроля уровня жидкости являются:
- необходимость контроля температуры контролируемой жидкости одной из РТ, т.е. потеря работоспособности при полном осушении ИУ;
- невозможность обеспечения транспортировки и монтажа ИУ в собранном виде в связи с ограниченными объемами технологических помещений, по причине метода позиционирования СД (задание величин контролируемых уровней осуществляется путем размещения их в корпусе, выполненном в виде жесткой трубы, имеющей большие линейные размеры);
- большое время определения наличия жидкости на контролируемом уровне вследствие большой инертности тепловых процессов;
- низкая помехозащищенность, которая обусловлена влиянием электромагнитных волн на низкоуровневый разностный сигнал постоянного напряжения НТ и РТ.
Решаемой технической задачей является увеличение надежности, помехозащищенности, диапазона рабочих температур системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах, работоспособной при полном осушении объекта контроля, и обеспечение транспортировки и монтажа системы в собранном виде.
Достигаемым техническим результатом является использование метода контроля проводимости среды между электродами чувствительных элементов, расположенных на гибкой направляющей.
Для достижения технического результата в системе контроля уровня жидкости в технологических резервуарах, содержащей преобразователь уровня с чувствительными элементами и электронный преобразователь, включающий в себя микроконтроллер, новым является то, что в электронный преобразователь дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, генератор, многоканальный переключатель, и последовательно соединенные выпрямитель и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход соединен с входом генератора, а третий выход соединен с первым входом многоканального переключателя, первый вход/выход которого соединен с выходом генератора и входом выпрямителя, при этом его другие входы/выходы соединены через блок соединений соответственно с входами чувствительных элементов преобразователя уровня, включающий в себя блок соединений, направляющую, выполненную в виде цепи с установленными на ней чувствительными элементами, причем один конец цепи является свободным для погружения в технологический резервуар, а другой конец цепи закреплен в блоке соединений.
Обеспечение контроля уровня жидкости при полном осушении технологического резервуара и высокой скорости определения наличия жидкости на контролируемом уровне, достигается использованием метода контроля проводимости среды между электродами чувствительных элементов, изменение электрических параметров которых при их погружении в жидкость (осушении) происходит безинерционно по мере шунтирования жидкостью межэлектродного промежутка.
Повышение надежности системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах достигается отсутствием подвижных частей конструкции системы.
Увеличение диапазона рабочих температур системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах достигается отсутствием в схеме преобразователя уровня электрорадиоизделий, за исключением высокотемпературных резисторов.
Обеспечение высокой помехозащищенности системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах достигается использованием в качестве тестового сигнала узкополосного сигнала переменного тока, формируемого генератором электронного преобразователя.
Обеспечение транспортировки и монтажа системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах в собранном виде достигается использованием гибкой направляющей в конструкции преобразователя уровня.
На фиг. 1 представлена блок-схема системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах.
На фиг. 2 представлена конструкция преобразователя уровня.
Система контроля уровня жидкости в технологических резервуарах, содержит преобразователь уровня 1 (фиг. 1) с чувствительными элементами 3 и электронный преобразователь 10, включающий в себя микроконтроллер 8, цифроаналоговый преобразователь 9, генератор 5, многоканальный переключатель 4, и последовательно соединенные выпрямитель 6 и аналого-цифровой преобразователь 7, выход которого соединен с входом микроконтроллера 8, первый выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 9, второй выход соединен с входом генератора 5, а третий выход соединен с первым входом многоканального переключателя 4, первый вход/выход которого соединен с выходом генератора 5 и входом выпрямителя 6, при этом его другие входы/выходы соединены через блок соединений 2 соответственно с входами чувствительных элементов 3 преобразователя уровня 1, включающий в себя блок соединений 2, направляющую 11, выполненную в виде цепи с установленными на ней чувствительными элементами 3, причем один конец цепи является свободным для погружения в технологический резервуар, а другой конец цепи закреплен в блоке соединений 2.
Конструкция преобразователя уровня 1 определяет количество и значения контролируемых дискретных уровней жидкости посредством количества чувствительных элементов 3 и их расположения на направляющей 11, которая является элементом жесткости преобразователя уровня 1, обеспечивающим заданное позиционирование чувствительных элементов 3, а так же транспортировку и монтаж преобразователя уровня 1 на объект контроля в собранном виде.
Система контроля уровня жидкости в технологических резервуарах работает следующим образом.
В процессе монтажа системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах направляющая 11 преобразователя уровня 1 под действием силы тяжести занимает устойчивое вертикальное положение, которое обеспечивает необходимую жесткость для позиционирования чувствительных элементов 3. Генератор 5 формирует узкополосный сигнал переменного тока, который посредством многоканального переключателя 4, управляемого микроконтроллером 8, поочередно подключается к чувствительным элементам 3 преобразователя уровня 1 посредством линий электрической связи 12, при этом обеспечивается измерение напряжения, преобразованного выпрямителем 6 и аналогово-цифровым преобразователем 7 на каждом чувствительном элементе 3. Микроконтроллер 8 реализует алгоритм сравнения измеренных напряжений со значениями предустановленных уставок, соответствующих пороговым уровням сопротивления, погруженных в жидкость чувствительных элементов, и выдачу результата контроля затопления преобразователя уровня 1 на цифроаналоговый преобразователь 9.
В целях подтверждения осуществимости заявленного объекта и достижения технического результата разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец системы контроля уровня жидкости в технологических резервуарах. Проведенные предварительные и приемочные испытания опытного образца показали осуществимость и практическую ценность заявляемой системы.