СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N9/00 G01N9/26 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности сыпучих, пористых, волокнистых веществ и твердых тел различной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как химическая, лакокрасочная, пищевая и др.

Известен способ измерения плотности по массе и объему вещества, в котором осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем и по их отношению судят о насыпной плотности вещества (Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1947. - С.152).

Недостатком такого способа измерения плотности является невозможность определения пикнометрической плотности вещества.

Известен способ измерения плотности путем измерения массы и объема вещества, позволяющий измерять пикнометрическую плотность вещества (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.). В таком способе осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем, путем погружения в сосуд с жидкостью и фиксации объема вытесненной веществом жидкости. После измерения массы m_в и объема V_в вещества, его плотность ρ_в определяют из отношения

Основной недостаток такого способа состоит в том, что он не может быть применим для измерения плотности сыпучих, пористых, волокнистых веществ и твердых тел различной формы, не допускающих смачивания жидкостью.

Этот недостаток устранен в известном способе измерения плотности (Кивилис С.С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980. - С.156), состоящем в том, что в измерительную емкость помещают контролируемое вещество с известной массой и заполняют газом. О плотности вещества судят по изменению абсолютного давления в измерительной емкости.

Недостатком такого способа является невысокая точность, обусловленная влиянием изменения атмосферного давления на результат измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ (Патент РФ №2162596. Способ измерения плотности/ Д.М.Мордасов, М.М.Мордасов, Н.А.Булгаков// Открытия. Изобретения, 2001, №3), согласно которому контролируемое вещество помещают в измерительную емкость, подают в нее газ и измеряют давление, при этом заполнение измерительной емкости осуществляют с расходом, пропорциональным массе вещества, измеряют скорость изменения давления в ней, по которой судят о величине плотности.

Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность измерения, обусловленная влиянием изменения температуры на результат измерения.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что заполнение газом измерительной емкости осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о контролируемой величине.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ измерения плотности.

Устройство содержит измерительную емкость 1 с контролируемым веществом, которая подключена к выходу (к камере В₂) пневматического пульсирующего сопротивления 2. Давление Р₃, пропорциональное массе контролируемого материала, с выхода повторителя со сдвигом 3 поступает в камеру Г₂ сопротивления 2. Камера Е₂ соединена с камерой Б₂ сопротивления 2 и подключена к генератору импульсов 4 и счетчику импульсов 5. В камеру А₂ сопротивления 2 подано давление большого подпора P_п1=0,7·Р_пит, где Р_пит=(1,40±0,14)·10⁵ Па, в камеру Д₂ - малого подпора Р_п2=0,3·Р_пит. Давление Р₄ на выходе генератора импульсов не менее 10⁵ Па. К измерительной емкости 1 и к выходу повторителя со сдвигом 3 подключены манометры 6 и 7, соответственно. Камера 8 между соплами 9 и 10 пневматического пульсирующего сопротивления 2 соединена с емкостью 11 постоянного объема. Камера Б₂ соединена через пневмотумблер 12 с атмосферой.

Масса контролируемого вещества m_в, помещенного в измерительную емкость 1, определяется предварительно с помощью весоизмерительного устройства.

Пуск устройства осуществляется отключением камеры Б₂ от атмосферы. В начальный момент времени t₀ на выходе генератора импульсов 4 давление P₄=0 (здесь нулю соответствует давление, равное атмосферному Р_атм) Под действием подпора в камере А₂, мембранный блок нижней части сопротивления 2 занимает положение, при котором сопло 10 закрывается. Под действием подпора в камере Д₂ сопло 9 открыто и емкость 11 оказывается присоединенной через камеру Г₂ к выходу повторителя со сдвигом 3. В это время в измерительную емкость 1 газ с выхода пульсирующего сопротивления 2 не поступает. Происходит заполнение емкости 11 газом, масса М которого

где V₁₁ - объем емкости 11; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура; Р₃ - давление на выходе повторителя 3.

При поступлении с выхода источника импульсов давления Р₄=1 (единице соответствует давление в пределах 0,08 МПа до 0,14 МПа), сопло 10 открывается, а сопло 9 закрывается. В измерительную емкость 1 из емкости 11 поступит газ с массой

Если каждый из используемых в пульсирующем сопротивлении 2 пневмоконтактов типа “сопло-заслонка” замкнется n раз, то из входной в выходную линию, а следовательно и в измерительную емкость 1, поступит масса газа

где Р₁ - давление в измерительной емкости 1.

Уравнение (3) с учетом того, что Р₃-Р₁=с·m_в, где с - постоянная величина, примет вид

Скорость изменения массы газа, подаваемого в измерительную емкость 1, определим путем дифференцирования равенства (4) по времени в виде

где f - частота следования импульсов от генератора 4; G - массовый расход газа в измерительную емкость 1.

Измерительная емкость 1 и пневматическое пульсирующее сопротивление 2 представляют собой апериодическое звено.

Изменение давления в емкости 1 во времени происходит в результате заполнения ее газом с расходом

где ΔV=V₁-V_в=const.

Приравнивая расходы из (5) и (6), получим

Если изменять давление в емкости 1 до некоторого заданного значения P_1к путем подачи в емкость соответствующего количества доз газа, то последнее будет определять плотность измеряемого вещества ρ_в в виде

Так как и , то уравнение (8) можно записать в виде

В этом случае информация о плотности формируется в числоимпульсной форме.

Достоинством предложенного способа является то, что плотность контролируемого материала измеряется в едином процессе, при этом не требуется запоминания промежуточных результатов, информация о плотности представлена в виде числа импульсов. В предложенном способе исключено влияние изменения температуры и барометрического давления на выходной сигнал.

Использование: в химической, лакокрасочной и пищевой промышленностях. Сущность: способ включает в себя помещение контролируемого вещества в измерительную емкость и заполнение ее до заданного давления с расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, причем заполнение измерительной емкости газом осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о плотности. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Способ измерения плотности путем помещения контролируемого вещества в измерительную емкость и заполнения ее до заданного давления с расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, отличающийся тем, что заполнение измерительной емкости газом осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о плотности.