Вибрационный плотномер жидких сред

 

O fl N C A H H Е и>930071

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОУСК @МУ С ВИДЕ ТИЗЬСТВУ

Сотоз Советсннк

Социалистически«

Реснублин

{Si } Дополнительное к авт. санд-ву{22)Заявлено 22.06.80 {21) 2964146/18-25 (51}М. В(л. с нрнсоедниениеа заявки ров

{23) Приоритет

6 01 И 9/1О твсуаарстве«ыя «енктет

CCCP во делан язебретеянЯ я вткрытяя

Опубликовано 23. 05. 82 ° Бтоллетень М 19 (53} УДК 532.14 (088. 8) Дата онублнковання описания 23.05.82 (72) Авторы изобретения

В.В.Рассказов, В .А.Попов и Л.Т.Мазу (7I ) Заявитель (54) ВИБРАЦИОННЫЙ ПЛОТНОМЕР ЖИДКИХ СРЕД

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для автоматического контроля плотности жидкостей, находящихся под давлением и содержащих взвеси.

Известен вибрационный плотномер состоящий из механической колебательной системы, электромагнита постоянного тока, индуктивного датчи"

10 ка перемещения, блока питания, измерителя частоты, отградуированного в единицах плотности, при этом между датчиком перемещения. механит% ческой колебательной системы и обмоткой электромагнита включены индикатор перехода механической колебательной системы через крайчее положение и реле, в силовую часть которого включена обмотка электромагнита(1 ).

Однако возбуждение механических колебаний чувствительного элемента датчика и измерение его частоты колебаний в данном плотномере осуществляется электромагнитной системой, при этом электромагнитные силовые линии пересекают стенку корпуса датчика, чувствительный элемент и жидкость,. находящуюся в зазоре между ними. Поэтому взвеси, особенно обладающие способностью намагничиваться, оседают на корпусе и чувствительном элементе, забивая зазор между ними. В результате этого показания плотномера искажаются, а в дальнейаем он выходит из строя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее электронную схему автогенерации с полосовым фильтром, измерительную схему, датчик с зондом, состоящим из нижнего и верхнего отрезков с жесткой мембраной лосредине. Электронная схема автогенерации с полосовым фильтром

930071 данного плотномера, настроенная на резонансную частоту колебаний зонда, воздействует на него и он совершает колебания вокруг оси, проходящей через его узловую точку, расположенную в центре мембраны, при этом мембрана изгибается в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний зонда(2).

Следовательно, жесткостью мемб- ie раны в совокупности с геометрическими размерами зонда и величиной присоединеннои массы контролируемой жидкости определяют резонансную частоту колебаний зонда. В случаях, когда жидкость находится .под давлением, жесткость мембраны изменяется в зависимости от изменения величины давления, что вносит дополнительную погрешность при измерении плотности. 2О

Кроме того, чувствительность указанного устройства. относительно невысокая.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения плотности жидкости, находящейся под давлением. е

Поставленная цель достигается тем, что в известном вибрационном плотномере жидких сред, содержащем электронную схему автогенерации с полосовым фильтром, датчик с зондом, состоящий из нижнего и верхнего отрезков, соединенных посредством стержня с мембранной,и измерительную схему, жесткость стержня выбрана меньше жесткости мембраны, а нижний и верхний отрезки зонда выполнены с разными собственными частотами колебаний.

Площадь поперечного сечения стержня не менее, чем в четыре раза меньше площади поперечного сечения любого иэ отрезков зонда.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - амплитудночастотная характеристика датчика плотномера, находящегося в контролируемой жидкости; на фиг. 3 - влияние величины отношения площади поперечного сечения отрезков зонда к площади поперечного сечения стерж- . ня на амплитудно-частотную характеристику фильтра.

Вибрационный плотномер для жидких сред содержит датчик 1 с зондом, состоящим из нижнего 2 и. верхнего 3 отрезков. Отрезки зонда соединены с мембранной 4 посредством стерж4 ня 5. Плотномер содержит также электромеханический генератор 6, датчик 7 перемещения и электронную схему автогенерации с полосовым фильтром 8 и измерительную схему 9.

Устройство работает следующим образом.

Датчик закрепляется на технологическом аппарате, нижний отрезок его зонда полностью погружаетcR в контролируемую жидкость, находящуюся в аппарате под давлением и содержащую взвеси.

Электромеханический генератор 6 возбуждает механические колебания верхнего 3 и нижнего 2 отрезков на резонансной частоте нижнего отрезка, ,которые воспринимаются датчиком пере .мещения 7 и поступают на вход схемы автогенерации 8 и измерительной схемы 9.

Измерительная .схема 9 преобразует частоту электрических колебаний электронно . схемы автогенерации 8 в напряжение, пропорциональное плотности контролируемой жидкости.

Зависимость напряжения на входе электронной схемы автогенерации от частоты напряжения, подаваемого на ее выход характеризуется наличием двух пиков напряжения (резонанса) на различных частотах., Большой пик напряжения на частоте 1 соответствует собственной ре-. зонансной частоте колебаний верхнего отрезка, меньший пик напряжения на частоте fg соответствует собственным колебаниям нижнего отрезка зонда.

Частота равна максимальному значению полосы пропускания полосового фильтра, которая выбрана меньше собственной резонансной частоты колебаний верхнего отрезка f 1 и больше собственной резонансной частоты колебаний нижнего отрезка f, погруженного в жидкость с наименьшей плотностью.

Возбуждение колебаний электромеханического генератора происходит при наибольшем напряжении на входе электронной схемы на частоте f, соответствующей собственной резонансной частоте нижнего отрезка, которая изменяется в зависимости от изменения плотности контролируемой жидкости. При увеличении плот,ности жидкости частота f уменьшатся и наоборот.

930071

Испытания опытного образца предлагаемого плотномера показали, что его чувствительность в 1,5-2 раза превосходит чувствительность иэвест5 ного плотнамера.

Опытные образцы испытывались в реальных условиях производства в диапазоне измеряемой плотности жидкости 1000-1700 кг/м . При этом 3 о основная относительная погрешность составила + 2,5ь от разности между верхним и нижним значениями шкалы плотномера, равной 200 кг/м, дополнительная погрешность при изменении

5 избыточного давления в жидкости

0-7,5 ° 10 Па (0-7,5 кгс/см ) не превышает основной относительной погрешности.

Известный плотномер при изменении избыточного давления в жидкости !

0-0,5 ° 10 Па (0-0,5 кгс/см ) имел дополнительную погрешность до 30-403.

В настоящее время изготовлена опытная партия приборов, которая проходит производственные испытания в аппаратах, в которых жидкость содержит взвеси и находится под избыточным давлением до 5,0 ° 10 Па.

Формула изобретения

Вибрационный плотномер жидких сред, содержащий электрОнную схему автогенерации с полосовым фильтром, датчик с зондом, состоящий из нижнего и верхнего отрезков, соединенных посредством стержня с мембраной и измерительную схему, о т л и ч а ю40 шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измеренИя плотности жидкости, находящийся под давлением, жесткость стержня выбрана меньше жесткости

45 мембраны, а нижний и верхний отрезки зонда выполнены с разными собственными частотами колебаний.

2. Плотномер по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что площадь поперечного сечения стержня выбрана не ме50 . нее, чем в четыре раза меньше площади поперечного сечения любого из отрезков зонда.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 270324, кл. G О1 N 9/10, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

11 238875, кл.G 01 N 1966 прототип) .

Известно, что чувствительность плотномера выражается отношением присоединенной массы жидкости к массе .колеблющегося тела, поэтому повышение чувствительности предлагаемого плотномера обеспечено эа счет уменьшения в нем массы колеблющегося тела путем достигнутого исключения влияния массы верхнего отрезка зонда и мембраны на собственную резонансную частоту нижнего отрезка, которая зависит только от его геометрических размеров.

Жесткость стержня 5 подобрана меньше жесткости мембраны 4, поэтому 1 колебания отрезков зонда 2 и 3 не вызывают колебаний мембраны 4, она выполняет в предлагаемом устройстве роль не упругого, а несущего элемента. Изгиб мембраны 4, образующийся 2о под воздействием давления в аппарате, не оказывает влияния на собствен ную резонансную частоту отрезков

l2 и 3 зонда и не вносит погрешности

:,в измерение плотности жидкости, нахо- у5 дящейся в аппарате под давлением.

Было установлено, что с увеличением rl (отношение площади поперечного сечения любого из отрезков зонда к площади поперечного сечения, стержня) Зр уменьшается отклонение частоты колебаний зонда (при включенной электронной схеме автогенерации с полосовым фильтром 8) от собственной резонансной частоты колебаний нижнего отрезка 2 зонда. Но увеличение 41 в то же время приводит к уменьшению амплитуды напряжения на входе электронной автогенерации схемы 8.

При выбарнном значении 1 = 4-8, как наиболее оптимальном значении, отклонение частоты колебаний зонда отличается от собственной резонансной частоты колебаний нижнего отрезка

2 на 0,1>, что обеспечило измереwe плотности жйдкости с точностью

+ 2,5о от диапазона измерения, при этом амплитуда напряжений на входе электронной схемы 8 автогенерации при резонансе была в 15-20 раз больше, чем при отсутствии резонанса.

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого вибрационного плотномера жидких сред, позволила повысить его чувствительность и использовать его для измерения плотности жидкости, находящейся в аппарате под давлением.

930071 фва8

ВНИИПИ Заказ 3454/53 Тираж 883 Подписное а а аа аа в а е еаеавеаее в аа

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4