Устройство для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре
Техническое решение относится к измерению объема жидкости в герметических емкостях и может найти применение в химической, нефтехимической, атомной, энергетической, авиационной, автотранспортной, биохимической, фармакологической, гидромелиоративной, машиностроительной и других отраслях промышленности, на автозаправочных станциях, службах обслуживания аэропортов, морском, речном и железнодорожном транспорте и в коммунальных службах, где необходимо измерять объемы жидкостей, находящихся в резервуарах.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения за счет изменения объема газа без изменения объема жидкости в самом резервуаре.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем резервуар с патрубком для периодического налива жидкости, герметично закрытый крышкой, манометр для измерения давления в газе над уровнем жидкости, патрубок с вентилем, к которому присоединен жидкостной насос, и цилиндр, при этом цилиндр герметично вертикально закреплен на крышке, а внутри цилиндра на штоке установлен плунжер объемом 
V.
Техническое решение относится к измерению объема жидкости в герметических емкостях и может найти применение в химической, нефтехимической, атомной, энергетической, авиационной, автотранспортной, биохимической, фармакологической, гидромелиоративной, машиностроительной и других отраслях промышленности, на автозаправочных станциях, службах обслуживания аэропортов, морском, речном и железнодорожном транспорте и в коммунальных службах, где необходимо измерять объемы жидкостей, находящихся в резервуарах.
Известен переносной прибор для определения уровня и объема жидкости, содержащий, сообщающийся с атмосферой и частично заполненный рабочей жидкостью мерный баллон, соединенный прозрачной мерной трубкой с резервуаром, воздушная полость которого соединена с контролируемым объемом. Кроме того, мерный баллон снабжен дополнительным мерным баллоном, который установлен внутри основного мерного баллона на боковой его стенке, причем выходное отверстие сливной трубки дополнительного мерного баллона расположено соосно прозрачной мерной трубке, верхний конец, которого введен в мерный баллон на расчетную высоту (авт.св. СССР 
920389, Ст 01F 23/16, Ст 01F 17/00, 1982 г.)
К причинам, препятствующим достижении заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации известного прибора для определения уровня и объема жидкости.
Известно устройство, описанное в способе измерения объема жидкости V0 в закрытом резервуаре общим объемом V, имеющем сверху патрубок для периодического налива жидкости, герметически закрытого крышкой, манометр для измерения давления газа, находящегося над поверхностью жидкости до и после изменения объема этого газа на величину V путем подачи в закрытый резервуар дополнительного объема жидкости, равного величине V и определение объема жидкости в резервуаре по формуле
,
где V0 и V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м3;
V - объем жидкости, поданный в резервуар для уменьшения объема газа на свободной поверхностью жидкости, м3 ;
p0 и p1 - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после подачи жидкости объема V, Па (ат). (Патент РФ 2397453, С01F 23/00, 2010).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции и самой технологической операции подачи мерного объема жидкости V, требующей дополнительной емкости, насоса, вентиля и специального патрубка на резервуаре для подачи в него этого мерного объема жидкости.
Известно устройство для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающее резервуар с патрубком для периодического налива жидкости, герметически закрытый крышкой и манометр для измерения давления в газе над уровнем жидкости до и после уменьшения объема жидкости в резервуаре на величину V, а с низу патрубок с вентилем, к которому присоединен жидкостной насос, при этом к резервуару дополнительно присоединен цилиндр объемом V с поршнем (Патент на полезную модель 97520, С01F 23/00, 2010)
К причинам препятствующим достижению заданного технического резервуара относится сложность присоединения цилиндра с поршнем к резервуару, особенно на уже установленных и находящихся в эксплуатации резервуарах, связанная с необходимостью изготовления отверстия к днищу резервуара и герметичного присоединения к нему цилиндра с поршнем. Кроме того, в известном устройстве невозможно замерить объем застывшей или замерзшей жидкости и сложно точно уменьшить объем на величину V для консистентных или высоковязких жидкостей.
Техническим результатом предлагаемого устройства для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре является повышение точности измерения за счет изменения объема газа без изменения объема жидкости в самом резервуаре.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем резервуар с патрубком для периодического налива жидкости, герметично закрытый крышкой, манометр для измерения давления в газе над уровнем жидкости, патрубок с вентилем, к которому присоединен жидкостной насос, и цилиндр, при этом цилиндр герметично вертикально закреплен на крышке, а внутри цилиндра на штоке установлен плунжер объемом V.
Установка внутри цилиндра на штоке плунжера объемом V, позволяет выдвигать из цилиндра плунжер внутрь резервуара, изменяя объем газа над уровнем жидкости точно на фиксированную величину V. Герметичное закрепление цилиндра с плунжером и штоком на крышке позволяет предотвратить утечки газа из резервуара, герметично закрытого крышкой, что повышает точность измерений объема жидкости в резервуаре. Кроме того, вертикальное закрепление цилиндра с плунжером и штоком на крышке упрощает установку крышки и ее герметичное закрепление на патрубке для периодического налива жидкости перед измерением объема жидкости в резервуаре, а сама установка цилиндра с плунжером и штоком на крышке позволяет упростить изготовление устройстве, так как крышку предлагаемой конструкции можно изготовить отдельно и установить на резервуарах, находящихся в эксплуатации, взамен типовой крышки.
Общий вид устройства для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре представлен на фигуре.
Оно состоит из закрытого резервуара 1 общим объемом V, в котором находится какое-то количество жидкости V0, образующее уровень жидкости 2. Резервуар 1 имеет сверху патрубок 3 для периодического налива жидкости. Патрубок 3 герметично закрыт крышкой 4. Сверху резервуара 1 также установлен манометр 5 для измерения давления в газе (воздухе) над уровнем жидкости 2. В нижней части резервуара установлен патрубок с вентилем 6, к которому присоединен насос 7 для слива жидкости потребителям. На крышке 4 вертикально герметично установлен цилиндр 8 с плунжером 9 объемом V, а плунжер 9 соединен со штоком 10.
Измерение объема жидкости V0 в закрытом резервуаре 1 проводят следующим образом. Измеряют давление газа (воздуха) р0 в герметично закрытом крышкой 4 резервуаре 1 над уровнем жидкости 2, затем с помощью штока 10 опускают плунжер 9 объемом V вниз до упора, при этом объем газа в резервуаре 1 уменьшается на величину объема плунжера V. По закону Бойля-Мариотта уменьшение объема газа в резервуаре 1 приводит к увеличению его давления р1, которое фиксируется манометром 5.
Объем жидкости в резервуаре определяют по формуле
где V0 и V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара 1, м3;
V - объем плунжера 9, м3;
р 0 и p1 - соответственно давление газа над поверхностью жидкости 2 до и после опускания плунжера 9 в резервуар 1, Па (ат).
Пример 1. Необходимо измерить объем жидкости V0 в резервуаре 1, находящемся под землей и имеющий объем V=10 м3. На крышке 4 резервуара 1 вертикально герметично установлен цилиндр 8 с плунжером 9 на штоке 10. Диаметр плунжера 200 мм, а высота 637 мм, так что его объем V=20 л. Сверху резервуара 1 установлен манометр 5 в виде чашечного водяного дифманометра. Давление воздуха в резервуаре 1 было р0=1,033 ат. Герметично закрывают крышкой 4 резервуар 1 и отпускают с помощью штока 10 плунжер 9 вниз. Так как объем воздуха над уровнем жидкости 2 уменьшается на величину объем плунжера V=20 л, то давление воздуха увеличивается с р0 =1,033 ат до
где h - высота водяного столба в дифманометре 5, мм;
10000 - переводной коэффициент мм водяного столба в кг/см2.
При показаниях дифманомера 5 h=300 мм находят по уравнению (2) P1=1,063 ат, а по уравнению (1) объем жидкости в резервуаре
,
Пример 2. Необходимо измерить объем затвердевших отходов (замерзшей жидкости), находящихся в цистерне 1, объемом 50 м3. Давление воздуха над затвердевшими отходами в цистерне р0=1,033 ат. Объем плунжера 9 тот же, что и в примере 1 V=20 л. Водяной чашечный дифманометр установлен на крышке 4 рядом с цилиндром 8 так как на цистерне дифманометра (манометра) нет и нет патрубка для его присоединения. Герметично закрывают крышкой 4 цистерну 1 и с помощью штока 10 опускают плунжер 9, изменяя объем воздуха над уровнем затвердевших отходов 2 на величину объема плунжера 9 V=20 л. Снимают показания водяного столба в чашечном дифманометре 5 h=10 мм и по уравнению (2) определяют давление
,
а по уравнению (1) объем затвердевших отходов
,
Пример 3. Необходимо измерить объем жидкости V0 в закрытом резервуаре 1, имеющем объем V=1 м 3. Давление газа в резервуаре измеряют манометром 5 р 0=1,1 ат. На крышке 4 резервуаре 1 установлен вертикально герметично цилиндр 8 с плунжером 9 диаметром 80 мм и длиной 398 мм, так что объем плунжера 9 составляет V=2 л. Измеряют манометром 5 после опускания плунжера 9 с помощью штока 10 давление p1=1,105 ат и по уравнению (1) рассчитывают объем жидкости в резервуаре 1
,
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет увеличить точность измерения и расширяет возможности измерения объема жидкостей высоковязких и даже затвердевших в виде отходов застывших или замерзших жидкостей, так как в устройстве по прототипу объем таких жидкостей в резервуаре замерить нельзя. Кроме того установка цилиндра с плунжером и штоком на крышке позволяет провести реконструкцию резервуаров (емкостей, цистерн, баков, подземных или погруженных в воду аппаратов), находящихся в эксплуатации, путем замены типовых крышек на крышки с цилиндром, плунжером и штоком.
Устройство для измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающее резервуар с патрубком для периодического налива жидкости, герметично закрытый крышкой, манометр для измерения давления в газе над уровнем жидкости, патрубок с вентилем, к которому присоединен жидкостной насос, и цилиндр, отличающееся тем, что цилиндр герметично вертикально закреплен на крышке, а внутри цилиндра на штоке установлен плунжер объемом V.
