БЕСКОНТАКТНЫЙ УРОВНЕМЕР ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН

Полезная модель относится к уровнемерам для измерения уровня жидкости в закрытых емкостях, в частности, в железнодорожных цистернах во время движения поезда.
Известны многочисленные конструкции уровнемеров для измерения уровня жидкости в закрытых емкостях.
Например, изобретение [1] относится к измерительной технике, а именно к устройствам контроля уровня жидкости. Уровнемер содержит излучатель, фотоприемник и направляющую светопроводную трубку. В трубке размещен поплавок с оптическим элементом обработки светового сигнала. Вдоль светопроводной трубки размещены попарно световоды. Высота оптического элемента обработки светового сигнала выполнена больше шага вертикального размещения световодов. В качестве оптического элемента обработки светового сигнала может быть использован фотолюминесцентный экран, оптическая призма или зеркальный экран. Технический результат состоит в расширении арсенала устройств дл измерения уровня жидкости.
Недостаток устройства в невозможности измерения уровня жидкости в цистерне при ее движении в составе поезда, находясь вне поезда.
Изобретение [2] относится к измерительной технике. Устройство содержит микроволновый генератор фиксированной частоты, подключенный выходом к первому плечу тройника, первый циркулятор, первый и второй волноводы, второй циркулятор, первый и второй амплитудные детекторы, амплитудный преобразователь, соединенный выходом с индикатором. Волноводы погружены вертикально в сосуд с жидкостью на одинаковую глубину. Длина второго волновода больше первого на величину 1/4, где l - длина электромагнитной волны в свободном пространстве. Обеспечено расширение диапазона измерений.
Недостаток устройства тот же.
Электроемкостный уровнемер [3], содержащий датчик уровня жидкости, эталонный конденсатор, переключающую схему со схемой управления, коаксиальную линию связи, катушку индуктивности, цифровой индикатор и операционное устройство, отличающийся тем, что в него введены второй провод линии связи, второй конденсатор и повторитель напряжения, причем второй провод одним концом подсоединен ко вторым выводам датчика и эталонного конденсатора, а вторым концом - ко второму выводу катушки индуктивности, второй конденсатор подсоединен параллельно катушке индуктивности, а первый вывод катушки индуктивности подсоединен на вход повторителя напряжения, выход которого подсоединен к экрану коаксиальной линии связи.
Недостаток устройства - невозможность бесконтактного измерения уровня, находясь вне поезда.
Известно использование инфракрасной техники для наблюдения уровня жидкости в закрытых сосудах [4]. Известные тепловизионные установки позволяют наблюдать уровень жидкости в закрытых сосудах через непрозрачную стенку. Недостаток известных устройств в том, что они не приспособлены к условиям железной дороги.
Известно изобретение, которое позволяет определить уровень жидкости в цистернах с помощью тепловизионной установки [5]. Это способ определения массы груза, содержащегося в железнодорожной цистерне, заключающийся в том, что получают тепловизионное изображение боковой поверхности цистерны, идентифицируют указанное изображение путем сравнения контурного изображения цистерны с ее масштабным изображением из базы данных, на тепловизионном изображении обнаруживают уровень налива цистерны, сравнивают его с требуемым, а затем судят о наличии коммерческого брака, при этом на каждом кадре изображения выделяют часть изображения одного кадра, охватывающую объект по вертикали, суммируют уровни яркостей темных и светлых элементов (пикселов) каждой строки растра тепловизионного изображения, принадлежащей изображению объекта, изображают суммы яркостей в виде графика, у которого вертикальной координатой является вертикальная граница кадра, а горизонтальной - суммарная яркость, откладывают масштабное значение суммарной яркости на каждой горизонтальной строке, относящейся к изображению исследуемого объекта, на упомянутом графике, соединяя крайние точки, строят годограф, отмечают на нем точку перегиба и считают ее границей уровня наливного груза.
Недостаток последнего изобретения в том, что затруднено определение уровня при заполненной цистерне. В этом случае уровень жидкости находится у верхней поверхности цистерны, которая бывает сильно нагрета лучами солнца. Происходит размывание контура границы жидкости и стенок сосуда, что приводит к неточности измерения.
Несмотря на свои недостатки, последнее техническое решение наиболее соответствует поставленной задаче и принято за прототип.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения уровня жидкости в железнодорожных цистернах неконтактным способом, находясь вне железнодорожного состава.
Для решения поставленной задачи предлагается бесконтактный уровнемер для железнодорожных цистерн, содержащий датчик уровня жидкости. Его отличительной особенностью является то, что датчик уровня выполнен в виде тепловизионного прибора наблюдения, установленного на опоре рядом с железнодорожным полотном, по которому перемещается наблюдаемый железнодорожный состав цистерн. Тепловизионный прибор наблюдения снабжен монитором, при этом тепловизионный прибор наблюдения установлен выше уровня объекта наблюдения, а оптическая ось его объектива направлена на объект наблюдения сверху вниз под углами к его продольной вертикальной, продольной горизонтальной и поперечной вертикальной плоскостям, не равными прямым, при этом в угле зрения ά объектива находятся вертикальные реперные знаки, установленные рядом с железнодорожным полотном максимально близко к границам допустимого габарита по обеим сторонам железнодорожного полотна, на которых нанесены хорошо различаемые тепловизионным прибором контрастные отметки различных уровней от уровня головки рельса, а на экране монитора изображено условное пунктирное изображение поперечного сечения цистерны, совпадающее с его видимым контурным изображением сечения цистерны в створе реперных знаков, точки пунктирного изображения находятся на пересечении линий, соединяющих соответствующие отметки различных уровней на реперных знаках, и видимым внутренним контуром поперечного сечения цистерны.
Отметки уровней на реперных знаках и на экране монитора нанесены кратно массе жидкости при нормальных температурных условиях, например, 60 т, 55 т, 50 т и т.д. и дополнительными рисками их промежуточные значения.
Устройство может быть снабжено двумя тепловизионными приборами наблюдения, расположенными симметрично по обе стороны железнодорожного полотна. Отметки уровней обоих реперных знаков выполнены излучающими в ИК-диапазоне. На экране монитора воспроизведен увеличенный фрагмент изображения цистерны в районе требуемого уровня загрузки. Отметки уровней на экране монитора нанесены электронным способом. Отметки уровней на экране монитора для разных типов цистерн выполнены сменными.
На фиг.1 изображена схема установки бесконтактного уровнемера, а на фиг.2 - наблюдаемое изображение зеркала жидкости в железнодорожной цистерне и положение его боковых кромок относительно контрольной точки О, отмечающей уровень при нормальной загрузке.
Устройство содержит датчик уровня жидкости, выполненный в виде тепловизионного прибора наблюдения 1, установленного на опоре 2 рядом с железнодорожным полотном 3, по которому перемещается наблюдаемый железнодорожный состав цистерн 4. Тепловизионный прибор наблюдения 1 снабжен монитором 5. При этом тепловизионный прибор наблюдения 1 установлен выше уровня объекта наблюдения - цистерны 4, а оптическая ось его объектива 6 направлена на объект наблюдения сверху вниз под углами к его продольной вертикальной А, продольной горизонтальной В и поперечной вертикальной плоскостям С, отличающимися от прямых. При этом в угле зрения ά объектива 6 находятся вертикальные реперные знаки 7 и 8, установленные рядом с железнодорожным полотном 3 максимально близко к границам допустимого габарита по обеим сторонам железнодорожного полотна 3, на реперных знаках 7 и 8 нанесены хорошо различаемые тепловизионным прибором 1 контрастные отметки 9 различных уровней жидкости в цистерне 4 от уровня головки рельса. При этом на экране монитора изображено условное пунктирное изображение поперечного сечения цистерны, совпадающее с его видимым контурным изображением сечения цистерны в створе реперных знаков 7 и 8. Точки пунктирного изображения находятся на пересечении линий, соединяющих соответствующие отметки различных уровней на реперных знаках 7 и 8, и видимым внутренним контуром поперечного сечения цистерны 4. Точка О соответствует уровню жидкости при нормальном заполнении цистерны 4.
Отметки уровней на реперных знаках 7 и 8 и на экране монитора 5 нанесены кратно массе жидкости при нормальных температурных условиях, например, 60 т, 55 т, 50 т и т.д. и дополнительными рисками их промежуточные значения.
Устройство при необходимости может быть снабжено двумя тепловизионными приборами наблюдения, расположенными симметрично по обе стороны железнодорожного полотна.
Отметки уровней обоих реперных знаков 7 и 8 выполнены излучающими в ИК-диапазоне.
Устройство позволяет на экране монитора воспроизвести увеличенный фрагмент изображения цистерны 4 в месте наблюдаемого уровня загрузки. Отметки уровней на экране монитора могут быть нанесены электронным способом или вручную. Фактически на экране должна быть нанесена точка О для каждого типа цистерн. А отклонение боковой кромки зеркала жидкости от этой точки О на экране монитора 5 сразу будет заметно и факт неправильной загрузки будет сразу установлен.
Устройство работает следующим образом. Сначала вблизи железнодорожного полотна 3 на опоре 2 устанавливают тепловизионный прибор наблюдения 1. Оптическая ось его объектива 6 направлена на исследуемую цистерну 4 сверху вниз под углами к его продольной вертикальной А, продольной горизонтальной В и поперечной вертикальной плоскостям С, отличающимися от прямых. Угол зрения объектива 6 охватывает наблюдаемую цистерну 4 и установленные по обе стороны от нее реперные знаки 7 и 8. На экране монитора 5 оператор наблюдает точку О, соответствующую уровню нормальной загрузки цистерны 4, и изображение движущейся цистерны, внутри которой поверхность жидкости, боковые кромки которой перемещаются относительно точки О. При правильной загрузке точка О совпадает с видимой линией боковой кромки. Если упомянутая линия находится ниже точки О, то это означает недолив в цистерне, а выше точки О - налив больше нормы. Опытный оператор в состоянии сразу обнаружить данный коммерческий брак.
Заявителем изготовлено опытное устройство, которое показало удовлетворительные результаты. Оно позволяет бесконтактно измерять уровень жидкости в цистернах, находясь вне движущегося поезда.
Список использованных источников информации
1. Уровнемер для жидкости, RU п. №2183316.
2. Устройство для определения уровня жидкости в сосуде, RU, п. №2178151.
3. Электроемкостной уровнемер, RU, Заявка №2000104757/28.
4. Джемисон Дж.Э. Физика и техника инфракрасного излучения. - М., «Советское радио», 1965, с.642.
5. Заявка РФ №2004138052 «Способ и устройство обнаружения коммерческого брака нефтеналивных цистерн железнодорожного транспорта» (прототип).