Устройство для измерения температуры застывания

 

36I397

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетокиз

Социалиотичесииз

Рвспуслии

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 26.Ч1.1970 (№ 1455800(18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

М. Кл. G 01k 7/02

Комитет оо делаю изобретений и открытий ори Совете Миниотоов

СССР

УДК 536.532:536.421.4 (088.8) Опубликовано 07.Х11.1972. Бюллетень № 1 за 1973

Дата опубликования onèñàíèë 19.1.1973

Автор изобретения

С. С. Паллей

Ленинградский филиал специального конструкторского бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАСТЫВАНИЯ

Изобретение относится к устройствам для контроля температуры застывания жидкостей, например нефтепродуктов, по методу давления и может быть использовано главным образом в заводских лабораториях.

Известны устройства для измерения температуры застывания, содержащие термопару, холодильник, измерительную кювету, связанную с блоком циклического изменения давления, блок измерения давления и регистрирующий прибор. Недостатками подобных устройств являются недостаточно широкий предел измерения в области отрицательных температур, низкая производительность контроля, сложность конструкции, невысокая точность измерения.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что измерительная кювета расположена в теплоизоляционной камере полупро водникового холодильника и выполнена из двух частей, верхняя из которых представляет ряд трубок из теплоизоляционного материала, сообщающихся поочередно с узлом циклического изменения и измерения давления, а нижняя — металлическую плиту, установленную на хладосъемнике полупроводникового холодильника, в которой выполнено соответствующее число глухих отверстий для заливки контролируемых проб и погружения в них концов трубок верхней части кюветы. С целью увеличения чувствительности измерения погружаемая в контролируемую пробу часть теплоизоляционной трубки имеет больший диаметр, чем остальная ее часть. Блоки циклического изменения и измерения давления объединены в один узел, выполненный в виде сильфона, внутри которого встроена измерительная мембрана индикатора момента потери подвижности с электрическими контактами, 10 а эксцентриковый кулачок, изменяющий объем сильфона, содержит ряд выступов, соответствующих числу каналов кюветы. Блоки изменения и измерения давления сообщены с многоканальной кюветой через герметизирован1S ный стакан, в котором расположены электромагнитные клапаны, управляемые электромагнитами, установленными вне полости этого стакана.

Это позволяет расширить предел измерения

20 в области отрицательных температур, увеличить производительность контроля, упростить конструкцию, повысить точность измерения, На чертеже изображено описываемое уст25 рой ство.

Оно состоит из теплоизолированной камеры

1, многоканальной кюветы 2, 3 и узла циклического изменения и измерения давления 4, 5 со схемой автоматической и одновременной

30 регистрации температуры застывания в много361397

3 канальной кювете на одноточечном регистрирующем приборе б, Теплоизолированная камера полупроводникового холодильника выполнена цилиндрической формы и имеет теплоизолированную открывающуюся дверцу. Из верхней камеры выводится одна трубка 7 малого диаметра для подачи и измерения импульсов давления в многоканальной кювете, находящейся в этой камере.

В нижней части камеры смонтирован полупроводниковый холодильник 8. Дном камеры является хладосъемник 9 полупроводникового холодильника 8.

Основным элементом предлагаемого устройства, обеспечивающим требуемый предел измерения в области низких температур и необходимую производительность контроля, является многоканальная кювета. Она состоит из двух частей. Верхняя часть ее представляет собой ряд тонких сравнительно длинных трубок 2 из теплоизоляционного материала, например из тефлона или капрона. Каждая из этих трубок с одной стороны оканчивается магнитным фланцем 10, а с другой — короткой трубкой 11 диаметром значительно большим, чем основная часть трубки. Полости трубок со стороны фланца сообщаются с полостью специального герметичного стакана 12 через отверстия 18, имеющиеся в его дне. Сочленение этого стакана с трубками производится посредством упомянутых магнитных фланцев. Последние обеспечивают легкую съемность кюветы при достаточно хорошей герметичности соединения.

В стакане 12 смонтированы электромагнитные клапаны 14, оканчивающиеся герметизирующими резиновыми колпачками 15. Эти электромагнитные клапаны приводятся в действие электромагнитами 1б, смонтированными вне полости стакана, на магнитном верхнем

его дне 17. Такой принцип действия электромагнитных клапанов обусловлен целесообразностью уменьшения объема полости указанного ферромагнитного стакана с целью увеличения чувствительности измерения. Количество клапанов равно количеству каналов. При выключенных электромагнитах 1б, благодаря наличию пружин 18 у клапанов, все входы каналов в полость стакана 12 закрыты и, наоборот, при включении какого-либо электромагнита один из каналов кюветы сообщается с полостью стакана, которая, в свою очередь, постоянно сообщена с полостью сильфона 4 узла циклического изменения и измерения давления.

Нижняя часть кюветы представляет собой металлическую плиту, расположенную на холодильнике 9 полупроводникового холодильника.

В этой плите имеется соответствующее количество глухих отверстий 19 диаметром, несколько большим диаметра теплоизоляционных трубок верхней части кюветы. Эти отверстия предназначены для заливки контроли5

15 го

25 зо

ss

4 руемых проб и соединения верхней части кюветы с нижней посредством погружения в них теплоизоляционных трубок. Нижняя часть кюветы, хорошо контактируя с хладосъемником полупроводникового холодильника при весьма незначительных хладопотерях ее, по существу является также хладосьемной плитой полупроводникового холодильника. Температура в этой части кюветы незначительно отличается от температуры холодильника без нагрузки, Ничтожно малые хладопотери нижней части кюветы обусловлены тем, что она хорошо изолирована от внешней среды тем, что, во-первых, импульсы давления передаются по сравнительно длинным и тонким трубкам из теплоизоляционного материала, во-вторых, вся многоканальная кювета находится в термоизоляционной камере холодильника; в третьих, связь этой камеры с узлом циклического изменения и измерения давления осуществлена через тонкую теплоизоляционную трубку 7.

Малые хладопотери нижней части кюветы и ее плотное соприкасание с хладосъемником 9 полупроводникового холодильника 8 обеспечивают с необходимой точностью выравнивание температур этих двух элементов, Это позволяет монтировать термопару 20 не на нижней части кюветы, а на хладосъемнике полупроводникового холодильника.

Такое решение упрощает конструкцию и увеличивает надежность работы прибора, имея в виду съемность кюветы. Конструкция многоканальной кюветы предусматривает удобство съема ее для промывки и заливки пробами.

Узел циклического изменения и измерения давления предназначен для создания импульсов давления и фиксации момента потери подвижности контролируемых проб в нескольких каналах. Схема и конструкция этого узла обеспечивает регистрацию температуры застывания одновременно нескольких контролируемых проб в многоканальной кювете на одноточечном регистрирующем приборе с одним датчиком температуры.

Указанный узел представляет собой сильфон 4, нагруженный эксцентриковым кулачком 5, имеющим определенное количество выступов, соответствующее количеству каналов кюветы. Этот эксцентриковый кулачок может состоять из нескольких кулачков или же быть одинарным с несколькими выступами. Кулачок непрерывно вращается от электродвигателя 21. Внутри сильфона встроена мембрана

22 индикатора потери подвижности контролируемой пробы. Мембрана имеет контакты 28, которые при сжатии сильфона в момент потери подвижности пробы замыкаются. Такая конструкция этого узла обеспечивает резкое уменьшение паразитных объемов соеднительных трубок и минимальные хладопотери теплоизоляционной камеры.

На оси 24 двигателя кроме эксцентрикового кулачка 5 имеются контактные кулачки 25, в количестве, равном количеству каналов. Каж36I397

10

20

5 дый из этих кулачков воздействует на систему контактов определенного канала.

Контакты 2б — 29 включают электромагниты

1б, воздействующие на клапаны 14, сообщающие тот или иной канал многоканальной кюветы с полостью сильфона 4.

Контакты 80 — 88 включают и выключают сопротивления 84 — 87 в плечах моста постоянного тока с целью фиксации на температурной кривой, регистрируемой вторичным прибором, значений температуры застывания контролируемых проб во всех каналах. Эта фиксация температур осуществляется следующим образом.

До застывания контролируемой пробы в каком-нибудь канале кюветы измерительная диагональ моста постоянного тока с точки ВС в цепи термопары закорочена контактами реле 88. В этом случае вторичный прибор регистрирует изменение во времени общей температуры контролируемых проб, находящихся в нижней части кюветы, охлаждаемых полупроводниковым холодильником.

В момент застывания контролируемой пробы в каком-нибудь канале кюветы прогиб мембраны 22 резко возрастает, и контакт 28 включает реле 88, которое своими контактами размыкает точки ВС и тем самым включает в цепь термопары измерительную диагональ моста. В этом случае закорачивание какоголибо сопротивления в плече моста изменяет скачкообразно сигнал на зажимах вторичного прибора, и на регистрируемой им кривой общей температуры контролируемых проб зафиксируется метка определенной длины, соответствующая определенному каналу кюветы.

Каждое переключаемое сопротивление в плечах моста соответствует различному разбалансу его как по величине, так и по его знаку.

Такая схема кодирования каналов обеспечивает возможность регистрации температуры застывания во всех каналах кюветы на одноточечном регистрирующем приборе не только при последовательном застывании контролируемых проб в них, но и при одновременном в двух и более каналах.

Предлагаемое устройство в комплексе действует следующим образом. При вращении эксцентриковый кулачок 5 своими выступами за один оборот производит сжатие сильфопа

4 столько раз, сколько имеется выступов и соответственно каналов в кювете, т. е. за один оборот эксцентрикового кулачка во все каналы кюветы поступает по одному импульсу давления. В результате этого при каждом им- пульсе в каждом канале кюветы контролирчемая проба, находящаяся в отверстиях 19 нижней части кюветы и в трубках 2 верхней части до момента застывания ее, перемешается возвратно-поступательно так же, как в дифференциальном манометре. При этом давление, которое создается над контролируемой пробой, равно разности уровней жидкости в трубке и отверстии.

При потере подвижности в каком-нибудь канале кюветы в момент изменения объема сильфона могут быть созданы сравнительно большие изменения давления, примерно в десятки раз большие, чем до момента потери подвижности пробы. Это может быть обеспечено только лишь при определенном малом воздушном объеме над пробой и сравнительно большом сечении трубок, в которых контролируемая жидкость перемещается.

Отношение изменения давления после застывания к изменению давления до застывания определяется приближенно выражением

KV,+ HS (1 о — + ) + где S — сечение трубок;

H — перемещение жидкости в кювете;

V< — воздушный объем над контролируемой пробой;

К вЂ” изменение давления над контролируемой пробой в частях от начального давления.

В связи с указанным обстоятельством диаметр погружаемой в контролируемую пробу части трубки несколько больше, чем диаметр всей трубки 2.

Для исключения влияния вязкости на точность определения момента потери подвижности скорость изменения объема сильфона должна быть соответствующим образом выбрана. Критерием для выбора этой скорости должна служить скорость перемещения контролируемой пробы в трубках 2 при температурах, близких к температуре застывания.

В момент потери подвижности прогиб мембраны 22 резко увеличивается и становится вполне достаточным для непосредственного надежного замыкания контактов 28, включающих реле.

Цикл измерения температуры застывания в каждом канале для ясности следует разделить на три момента.

В первый момент (до начала сжатия сильфона 4) все электромагниты 1б обесточены, все каналы разобщены с полостью сильфона.

К зажимам регистрирующего прибора б подключена термопара 20, измеряющая температур . нижней части многоканальной кюветы, т. е. общую температуру контролируемых проб.

Во второй момент одним из контактных кулачков 2б производится подготовка схемы устройства к фиксации температуры застывания в определенном канале кюветы. В этот момент, во-первых, одним из контактов 2б — 29 включается соответствующий электромагнитный клапан и тем самым сообщается полость этого канала с полостью сильфона через трубку 7. Во-вторых, одним из контактов 80 — 38 закорачивается одно из сопротивлений 84 — 87 в плече моста постоянного тока, что приводит к его определенному разбалансу. В третий момент производится сжатие сильфона — IIo361397

10

20 дача импульса давления в соответствующий канал кюветы.

Во время подачи импульса давления могут быть два случая. В первом случае, когда контролируемая проба в проверяемом канале еще не застыла, давление на мембрану 22 незначительное, контакты 28 ее не замкнуты, и в связи с этим вторичный прибор регистрирует общую температуру контролируемых проб. Во втором случае, когда контролируемая проба уже застыла, мембрана резко увеличивает свой прогиб и своими контактами 28 замыкает цепь реле. В этом случае контакты реле включают измерительную диагональ ВС моста в цепь термопары.

При этом, в связи с тем, что мост уже разбалансирован, показания регистрирующего прибора резко изменяются на определенную величину. Изменение показание будет фиксироваться в течение короткого времени, определяемого величиной впадины на контактном кулачке и скоростью его вращения.

Благодаря этому на диаграммной бумаге регистрирующего прибора зафиксируется прямая линия определенной длины, соответствующая проверяемому каналу. При дальнейшем вращении эксцентрикового и контактных кулачков аналогично происходит проверка состояния пробы в других каналах, только в этом случае открываются другие электромагнитные клапаны, закор ачиваются другие сопротивления в плечах моста.

Для фиксации одновременного застывания контролируемых проб в двух или более каналах, переключаемые сопротивления в плечах моста подобраны соответствующим образом по величине и включены в разных плечах.

Разные комбинации одновременного застывания проб в каналах кюветы отмечаются на диаграммной ленте регистрирующего прибора в виде меток разной длины и разного направления.

Для определения температуры застывания необходимо произвести следующие подготовительные операции.

1. При помощи пипетки заполнить контролируемой пробой глухие отверстия нижней части кюветы и установить ее в теплоизоляционной камере полупроводникового холодильника, на его хладосъемник.

2. Соединить верхнюю часть кюветы с нижней, для чего погрузить нижние концы теплоизоляционных трубок в глухие отверстия с пробами, а затем верхние концы этих трубок с магнитными фланцами состыковать с ферромагнитным цилиндром.

3. Закрыть дверцу теплоизоляционной камеры и включить электропитание устройства.

4. По достижении сигнала об окончании цикла измерения температуры застывания во

60 всех каналах обе части кюветы извлечь из теплоизоляционной камеры полупроводникового холодильника для промывки их растворителем и дальнейшего их заполнения контролируемой пробой.

Результаты проведенных экспериментальных работ показали, что посредством предлагаемого устройства с полупроводниковым холодильником хладопроизводительностью в 1 вт имеется возможность измерять температуру застывания до — 75 С, с точностью +-1 С с производительностью контроля до 8 — 10 проб в час.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения температуры застывания, содержащее термопару, холодильник, измерительную кювету, связанную с блоком .циклического изменения давления, блок измерения давления и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения предела измерения в области отрицательных температур, увеличения производительности контроля, упрощения конструкции, повышения точности измерения, измерительная кювета расположена в теплоизоляционной камере полупроводникового холодильника и выполнена из двух частей, верхняя из которых представляет ряд трубок из теплоизоляционного материала, сообщающихся поочередно с узлом циклического изменения и измерения давления, а нижняя часть — металлическую плиту, установленную на хладосъемнике полупроводникового холодильника, в которой выполнено соответствующее число глухих отверстий для заливки контролируемых проб и погружения в них нижних концов трубок верхней части кюветы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности измерения, погружаем ая в контролируемую пробу часть теплоизоляционной трубки имеет больший диаметр, чем остальная ее часть.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки циклического изменения и измерения давления объединены в один узел, выполненный в виде сильфона, внутри которого встроена измерительная мембрана индикатора момента потери подвижности с электрическими контактами, а эксцентриковый кулачок, изменяющий объем сильфона, содержит ряд выступов, соответствующих числу каналов кюветы.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки изменения и измерения давления сообщены с многоканальной кюветой через герметизированный стакан, в котором расположены электр ом агнитные клапаны, упр авляемые электромагнитами, установленными вне полости этого стакана.

361397 з! г м я !

3 о г !

1 щ з

Составитель И. Дубсон

Техред T. Миронова Корректор Е. Миронова

3a ка з 4401/3

ЦНИИПИ Ко!

Изд. № 26 Тираж 404 П одннсное

Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2