ЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТРОШТОК

Устройство относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам измерения параметров жидких сред, таких как уровень и границы разделов фаз в двухфазных средах. Устройство является простым электрооборудованием во взрывонепроницаемой, объемной оболочке, из легкого искробезопасного металла, с простой омической цепью, представляющей комбинацию электрических элементов, имеющих простую конструкцию с точно определенными электрическими параметрами, совместимыми с допустимыми параметрами для искробезопасной цепи, к которой они подключаются.
Предлагаемое Устройство является средством измерения (СИ) и предназначено для одновременного измерения уровня и/или границы раздела воды и жидких органических средств, в частности нефтепродуктов и подтоварной воды, а так же индикации подтоварной воды при откачке и дренаже ее из транспортных и стационарных емкостей, без использования водочувствительной пасты. Устройство может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения уровня и/или границы раздела воды и жидких органических сред, в частности, в резервуарных парках нефтеперерабатывающих заводов для замера уровня нефтепродуктов и подтоварной воды, с последующим контролем ее дренажа из них, а так же на нефтебазах, складах ГСМ аэрофлота и армейской авиации, автозаправочных станциях, пунктах подготовки нефти, промывочно-пропарочных станциях, танкерах, в авто и железнодорожных цистернах.
Известно устройство для контроля границы раздела сред, которое используется для определения содержания нефти в охлаждающей и подтоварной воде. (Патент России №2003053, МПК О01Р 23/40)
Устройство содержит мерный трос, снабженный указателем, раздвоенный на конце, и эти раздвоенные части троса проходят через ролики балластного груза и закреплены снизу на поплавке, который, учитывая удельный вес его материала, может всплывать в воде и тонуть в топливе. Таким образом, поплавок находится на границе раздела двух сред (топлива и воды) - с разным удельным весом. При свободном подъеме поплавка на границу раздела двух сред, за счет его удельного веса, по шкале мерной линейки, жестко размещенной в устройстве, параллельно мерному тросу, контролируется количество топлива в резервуаре.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции. Замер не характеризует истинное количество подтоварной воды в резервуаре, т.к. включает измерение не только слоя воды, но и слой нефтепродукта (т.е. замер дает не точные показания).
Известно устройство для контроля границы раздела сред (А.С. СССР №1515062, МКИ О01Р 23/04).
Устройство содержит крыльчатку на вертикальном штоке, кинематически соединенном с приводом вращения типа, волчка. На штоке размещено маховое колесо, состоящее из двух колец. Одно кольцо соединено со штоком, а второе установлено сверху на плоскую поверхность первого кольца с зазором по отношению к штоку. Приведение крыльчатки во вращение сопровождается раскручиванием колец махового колеса. При опускании устройства в емкость до отметки границы жидкости происходит торможение крыльчатки штока и соединенного с ним первого кольца. Изменение взаимного положения колец при торможении крыльчатки определяют по указателям, расположенным по боковым поверхностям колец.
Недостатком данного устройства является сложность конструктивного решения и, как следствие, высокая стоимость в связи с наличием дополнительного привода с кинематическим соединением. Устройство применимо только для осуществления контроля границы раздела сред, где одной из сред является воздух, а другая жидкость. Это устройство невозможно применить для контроля границы раздела двух жидких сред.
Известно устройство для измерения уровня и/или границы раздела жидких сред (заявка России №22001 118599, МПК О01Р 23/00), содержащее датчик, выполненный из двух проводящих стержней, соединенных электрически с функциональным усилителем. Стержни датчика соединены между собой в нижней части при помощи пьезопреобразователя.
Недостатком устройства является сложность его исполнения, повышенная чувствительность к внешним факторам, что обуславливает неточность показаний, а также взрывоопасность.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство, содержащее метрошток с измерительными приспособлениями, ручкой и пятой. Метрошток выполнен в виде цилиндрического стержня с резьбой на концах. Измерительные приспособления выполнены в виде чашеобразных элементов и установлены соосно и ступенчато по окружности метроштока, зафиксированные на метроштоке между пятой и ручкой путем сжатия по резьбовому соединению (Патент РФ №2227274 С1, МПК О01Р 23/00).
Недостатком этого устройства является неточность произведенных замеров уровня и границы раздела жидких сред в емкостях, из-за возможного попадания воды в чашеобразные элементы измерительного приспособления при замерах уровня нефти и наоборот.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения уровня и границы раздела жидкостей разной плотности, в частности, воды и жидких органических сред; упрощение конструкции и обслуживания устройства.
Прототипом предлагаемого устройства является объемный метрошток, для измерения уровня нефтепродуктов и подтоварной воды с помощью водочувствительной пасты, изготовляемый в соответствии с ГОСТ Р 8.247-2004, по техническими условиями производителей. Наличие подтоварной воды с их использованием определяется с помощью нанесения дорогостоящей, индикаторной пасты на поверхность шкалы. Процесс нанесения и выдержки индикаторной пасты под продуктом грязный и продолжительный. Зимой на морозе паста затвердевает, летом на жаре высыхает, становится крайне неудобной и ненадежной в применении, а использовать ее в снег и дождь, практически невозможно.
Фиг.1 иллюстрирует предложенное устройство в общем виде. Устройство содержит: корпус индикатора 1, индикационные окна 2, боковую крышку 3, измерительную штангу 4, пяту датчика 5, подпятник 6, концевые контакты 7, мерную шкалу 8.
Фиг.2 иллюстрирует полезную модель в работе. Цельную штангу-метрошток 4, с измерительной шкалой 8, погружают в контролируемую среду 9, которая представляет собой двухфазную смесь с границей раздела 10, определяющей слои «нефть-вода» посредством датчика, способствующего ускорению срыва нефтяной пленки с концевых контактов 7, которые через провода 11 соединены с электронной схемой и источником питания 12. При наличии подтоварной воды в емкости, при прохождении метроштока через границу раздела «нефть-вода» световой диод 15 загорается и в индикационных окнах появляется свет. Подтоварная вода, вместе с механическими примесями в емкостях с нефтью и нефтепродуктами, является электролитом, проводящим электрический ток. Для определения наличия воды, устройство опускают до дна емкости 13, затем на измерительной части метроштока 4, отмечают высоту трафарета емкости 14. При наличии воды в емкости, между концевыми контактами 7, цепь замыкается и срабатывает электронная схема индикатора 1 со световым диодом 15. Обратным ходом, извлекая электронный метрошток из емкости, по отключению светового диода, определяют границу раздела сред «нефть-вода», делают вторую отметку на измерительной части метроштока 4. Разница между отметками высотного трафарета 14 и границы раздела сред 10, дает в сантиметрах высоту слоя подтоварной воды в емкости 13. По градуировочной таблице емкости 13, определяют количество воды в литрах.
Фиг.3 представляет электрическую схему устройства, состоящую из усилителя постоянного тока на двух транзисторах с гальванической связью. Источником питания устройства является элемент напряжением до 3 В и ЭДС на концевых контактах до 0,00005 А.
Технические характеристики Электронного метроштока.
- исполнение устройства
искробезопасное
- источник питания
сухой элемент
- напряжение питания
3,0 В
- выходное напряжение
1,25 В
- ток
0,12 мА
- провод
типа МКШВ 2×0,35
- источник света
светодиод
- запас по искробезопасности
140 кратный
- измерительная штанга
объемная
- длина шкалы
от 0 до 6000 мм
- цена деления
- 1 мм
- метод замера
геометрический, линейный
- погрешность
±2 мм
- масса
от 2,5 до 4,0 кг
- материал
сплавы алюминия
Многократное, точное воспроизведение устройства возможно на современном оборудование, без существенной перестройки технологических процессов изготовления объемных по форме, но разъемных метроштоков на заводах по ТУ в соответствии с ГОСТ Р 8.247-2004, как при изготовлении корпуса, так и монтаже электронной схемы в нем, а так же при нанесении шкалы на штанге методом насечки, прочие узлы и детали монтируются с соблюдением технических и стандартных требований к подобным устройствам. Штанга и корпус индикатора представляют собой цельный элемент из профиля или труб алюминиевых и других сплавов, наконечник из диэлектрических материалов, элементы электронной схемы стандартные, расчетные. Концевое напряжение на выходных электродах 1,25 В, ток 0,12 мА, запас прочности искробезопасности по току, при норме 17-17,4 мА, в 140 раз ниже допустимого порога. Устройство, исходя из запасов механической прочности не громоздко, симметрично. Герметичность обеспечивается стандартными уплотнениями.
Перечень существенных признаков устройства для измерения уровня и/или границы раздела воды и жидких органических сред.
Предлагаемое Устройство позволяет простую, объемную, мерную рейку по ГОСТ Р 8.247-2004 и ТУ предприятий изготовителей, существенно не претерпевшую изменений за последние 200 лет, превратить в современный электронный прибор. Уровень нефтепродукта и воды в емкостях определять одним ходом замера без использования водочувствительной пасты, сократить время определения наличия подтоварной воды в емкостях до секунд, и повысить точность измерения уровня границы раздела жидкостей разной плотности, в частности, воды и жидких органических сред. В настоящее время нет устройства и для контроля дренажа воды и остатков из резервуаров на НПЗ, ППН, складах ГСМ Авиации и Флота, нефтебазах и АЗС, предлагаемое устройство решает и эту задачу, а если его оставить в резервуаре и откачивать подтоварную воду любым способом, то он четко покажет окончание процесса откачки воды без потерь продукта и ухудшения экологии. Кроме того, образец можно использовать в ЧС для контроля критического уровня рек и водоемов, особенно в ночное время. Полезная модель расширяет арсенал средств такого же назначения. Переносное (стационарное) устройство - предназначено для одновременного определения наличия продукта и подтоварной воды в транспортных (автоцистерны, вагоноцистерны, танкеры) и стационарных емкостях с нефтью и нефтепродуктами, отличается от прототипа:
- наличием светового электронного индикатора, который закреплен на верхнем конце объемной, цельной, измерительной штанги установленной длины;
- закрепленного на нижнем ее конце конфигурированного датчика для ускорения срыва продуктовой пленки со встроенных в него двух электродов;
- возможностью одновременно и быстро, в комфортных условиях, производить в любое время суток и при любой погоде, все операции по замеру нефтепродуктов и подтоварной воды в емкостях без применения водочувствительных паст;
- контролировать откачку или дренаж подтоварной воды из емкостей с нефтью и нефтепродуктами без применения водочуствительных паст и других средств;
- контролировать критический уровень воды рек и водоемов при ЧС, особенно ночью.