ГАЗОВЫЙ ПЛОТНОМЕР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК G01N9/26 

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности и может быть использовано на тепловых электростанциях и других промышленных предприятий в качестве прибора для контроля качественных характеристик топливного газа.

Определение плотности газа для этих целей обычно осуществляют с помощью плотномеров, работающих по принципу сравнения при одинаковых условиях плотности исследуемого газа с известной плотностью эталонного газа.

Известен принимаемый в качестве ближайшего аналога изобретения газовый плотномер, содержащий два измерительных сосуда известной высоты соответственно для исследуемого и эталонного газов, устройство для выравнивания между собой давлений газов в верхней части сосудов и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений в нижней части сосудов, вызванный разностью плотностей столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком перемещения указанного чувствительного элемента [1]. В известном плотномере устройство для выравнивания между собой давлений выполнено в виде камеры с жидкостью, служащей гидрозатвором между газовыми полостями в верхней части измерительных сосудов и плавающей в указанной жидкости прозрачной U-образной трубки с перекрывающей сечение трубки перемычкой посередине и с открытыми торцами, выступающими над уровнем жидкости - каждый в полость одного из измерительных сосудов. Выравнивание давлений осуществляют путем нагнетания или стравливания исследуемого газа в соответствующий измерительный сосуд до установления поворачивающейся вместе с трубкой перемычки в протарированное нулевое положение. Идентичным образом в известном плотномере выполнено и расположенное в нижней части измерительных сосудов устройство выработки измерительного сигнала. Плавающая U-образная трубка при этом служит чувствительным элементом, а о перепаде давлений между газовыми полостями в нижней части измерительных сосудов судят по величине углового перемещения перемычки. Недостатком известного плотномера является при конструктивной сложности невысокая точность измерений из-за неустойчивого нулевого положения перемычки свободно плавающей U-образной трубки.

Достигаемым результатом изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции плотномера.

Это обеспечивается тем, что в газовом плотномере, содержащем два измерительных сосуда известной высоты соответственно для исследуемого и эталонного газов, устройство для выравнивания между собой давлений газов в верхней части сосудов и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений в нижней части сосудов, вызванный разностью плотностей равных столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком перемещения указанного чувствительного элемента, согласно изобретению устройство для выравнивания давлений выполнено в виде двух дросселей, каждый из которых сообщен с атмосферой и с одним из сосудов со стороны его верхнего торца, чувствительный элемент - в виде эластичной мембраны, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры, разделенной перегородкой на два отсека, причем, по меньшей мере, частью перегородки служит указанная мембрана, и сосуды со стороны их нижних торцов подключены каждый к одному из указанных отсеков. При этом мембрана может представлять собой круглую раму с натянутой на нее полимерной пленкой, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины, имеющей форму центрально симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей, равномерно натянутых между краями пластины и рамой.

По другому варианту в газовом плотномере, содержащем измерительный сосуд известной высоты для исследуемого газа, устройство для выравнивания между собой давлений эталонного газа и исследуемого газа в верней части сосуда и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений, вызванный разностью плотностей равных столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком перемещения указанного чувствительного элемента, согласно изобретению устройство для выравнивания давлений выполнено в виде дросселя, сообщенного с атмосферой и с сосудом со стороны его верхнего торца, чувствительный элемент - в виде эластичной мембраны, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры, разделенной перегородкой на два отсека, причем, по меньшей мере, частью перегородки служит указанная мембрана, сосуд со стороны своего нижнего торца подключен к одному из отсеков камеры, а другой отсек сообщен с атмосферой. Для этого варианта мембрана также может представлять собой круглую раму с натянутой на нее полимерной пленкой, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины, имеющей форму центрально симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей, равномерно натянутых между краями пластины и рамой.

На фиг.1 схематически изображен плотномер согласно изобретению в варианте с двумя измерительными сосудами; на фиг.2 - то же, в варианте с одним измерительным сосудом; на фиг.3 - мембрана плотномера.

Газовый плотномер согласно первому варианту выполнения (фиг.1) содержит два измерительных сосуда 1 и 2 известной высоты h₁ и h₂ соответственно для исследуемого и эталонного газов, устройство для выравнивания между собой давлений газов в верхней части указанных сосудов и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений в нижней части сосудов 1, 2, вызванный разностью плотностей столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком 3 перемещения указанного чувствительного элемента. При этом устройство для выравнивания давлений выполнено в виде двух дросселей 4, 5, каждый из которых сообщен с атмосферой и с одним из сосудов соответственно 1, 2 со стороны его верхнего торца, чувствительный элемент - в виде эластичной мембраны 6, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры 7, разделенной перегородкой, в качестве которой в данном случае полностью служит мембрана 6, на два (верхний и нижний) отсека соответственно 8, 9. Измерительные сосуды 1, 2 со стороны их нижних торцов подключены каждый к одному из указанных отсеков соответственно 9, 8. Для удобства установки датчика 3 и подключения к верхнему отсеку 8 камеры 7 измерительного сосуда 2 с эталонным газом камера 7 со стороны верхнего отсека 8 снабжена предкамерой 10. Для подачи исследуемого газа от не показанной на чертеже магистрали к измерительному сосуду 1 предусмотрена линия 11 с запорным клапаном 12. Для соединения измерительного сосуда 1 с полостью 9 камеры 7 служит линия 13 с запорным клапаном 14. Для сброса исследуемого газа из отсека 9 камеры 7 в атмосферу после завершения измерений служит линия 15 с запорным клапаном 16. Для подвода эталонного газа к измерительному сосуду 2 предусмотрены емкость 17 с эталонным газом и линия 18 с запорным клапаном 19. Для соединения измерительного сосуда 2 с верхним отсеком 8 камеры 7 через предкамеру 10 служит линия 20. Линия 21 с запорным вентилем 22 служит для возможности продувки отсека 8 через предкамеру 10 атмосферным воздухом. Газовый плотномер снабжен системой 23 обработки и отображения информации, подключенной к датчику 3 перемещения мембраны 6 и к блоку 24 датчиков температуры и давления окружающей среды в зоне измерений.

Газовый плотномер согласно второму варианту выполнения (фиг.2) в отличие от плотномера по первому варианту содержит только один измерительный сосуд 1 для исследуемого газа. В качестве эталонного газа в этом случае используется атмосферный воздух, для пропуска которого в предкамеру 10 в последней предусмотрено отверстие 25.

Мембрана 6 плотномера согласно изобретению представляет собой (фиг.3) круглую раму 26 с натянутой на нее полимерной пленкой 27, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины 28, имеющей форму центрально симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей 29, равномерно натянутых между краями пластины 28 и рамой 26. Изменяя силу натяжения нитей 29, можно регулировать чувствительность мембраны.

Газовый плотномер согласно изобретению работает следующим образом. Процесс определения плотности исследуемого газа для обоих вариантов исполнения плотномера начинают с установки «нуля» (начального положения) чувствительного элемента (мембраны 6) с помощью датчика 3 перемещения маркера 28 (фиг.3) при заполнении обеих полостей 8 и 9 камеры 7 атмосферным воздухом при температуре и давлении окружающей среды. Для этого применительно к первому варианту (фиг.1) измерительные сосуды 1 и 2 с линиями 13, 15 исследуемого газа и линией 20 эталонного газа продувают воздухом при закрытых вентилях 12 и 19. После окончания воздушной продувки и фиксации нулевого положения мембраны производят вытеснение воздуха из указанного тракта соответственно исследуемым и эталонным газами, для чего закрывают вентили 14, 16 и открывают вентили 12 и 19. Необходимая продолжительность воздушной продувки и последующего вытеснения воздуха с одновременным заполнением измерительных сосудов 1 и 2 соответственно исследуемым и эталонным газами определяется опытным путем и ориентировочно составляет от 30 минут до 2 часов. Затем закрывают при закрытых вентилях 12, 16, 19 и открытом вентиле 14 с помощью датчика 3 фиксируют отклонение мембраны 6 от нулевого положения, соответствующее протарированному значению разности давлений Δр газовых столбов по обе стороны мембраны 6. Искомую плотность ρ_и исследуемого газа в зависимости от плотности ρ_э эталонного газа расчетных высот h₁ и h₂ столбов соответственно исследуемого и эталонного газов (фиг.1) и измеренного по показанию датчика 3 значения Δр определяют по формуле

ρ_и=ρ_э(h₂/h₁)-Δр.

С учетом отклонения ρ_э от справочного значения при температуре и давлении окружающей среды в условиях измерения скорректированное искомое значение ρ_и может быть рассчитано автоматически системой 23 обработки и отображения информации.

Применительно ко второму варианту (фиг.2) операции по воздушной продувке и вытеснению воздуха исследуемым газом осуществляют только в отношении измерительного сосуда 1, а искомую плотность ρ_и исследуемого газа с учетом того, что в этом случае можно принять h₁=h₂, определяют по формуле ρ_и=ρ_э-Δр.

Источник информации

1. Опубликованная заявка RU 92007594/25, G01N 9/10,1992.

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности и может быть использовано на тепловых электростанциях и других промышленных предприятий в качестве прибора для контроля качественных характеристик топливного газа. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции плотномера, работающего по принципу сравнения плотностей исследуемого и эталонного газов. Согласно изобретению плотномер выполнен в двух вариантах соответственно с двумя и одним измерительными сосудами. В последнем случае в качестве эталонного газа служит атмосферный воздух. Каждый из сосудов со стороны его верхнего торца имеет сообщенный с атмосферой дроссель, чувствительный элемент плотномера выполнен в виде эластичной мембраны, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры, разделенной перегородкой на два отсека, причем, по меньшей мере, частью перегородки служит указанная мембрана, и сосуды со стороны их нижних торцов подключены каждый к одному из указанных отсеков. Мембрана может представлять собой круглую раму с натянутой на нее полимерной пленкой, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины, имеющей форму центрально симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей, равномерно натянутых между краями пластины и рамой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газовый плотномер, содержащий два измерительных сосуда известной высоты соответственно для исследуемого и эталонного газов, устройство для выравнивания между собой давлений газов в верхней части сосудов и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений в нижней части сосудов, вызванный разностью плотностей столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком перемещения указанного чувствительного элемента, отличающийся тем, что устройство для выравнивания давлений выполнено в виде двух дросселей, каждый из которых сообщен с атмосферой и с одним из сосудов со стороны его верхнего торца, чувствительный элемент - в виде эластичной мембраны, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры, разделенной перегородкой на два отсека, причем, по меньшей мере, частью перегородки служит указанная мембрана, и сосуды со стороны их нижних торцов подключены каждый к одному из указанных отсеков.2. Газовый плотномер по п.1, отличающийся тем, что мембрана представляет собой круглую раму с натянутой на нее полимерной пленкой, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины, имеющей форму центрально-симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей, равномерно натянутых между краями пластины и рамой.3. Газовый плотномер, содержащий измерительный сосуд известной высоты для исследуемого газа, устройство для выравнивания между собой давлений эталонного газа и исследуемого газа в верхней части сосуда и устройство выработки измерительного сигнала с чувствительным элементом, реагирующим на перепад давлений, вызванный разностью плотностей равных столбов исследуемого и эталонного газов, и с датчиком перемещения указанного чувствительного элемента, отличающийся тем, что устройство для выравнивания давлений выполнено в виде дросселя, сообщенного с атмосферой и с сосудом со стороны его верхнего торца, чувствительный элемент - в виде эластичной мембраны, а устройство выработки измерительного сигнала - в виде камеры, разделенной перегородкой на два отсека, причем, по меньшей мере, частью перегородки служит указанная мембрана, сосуд со стороны своего нижнего торца подключен к одному из отсеков камеры, а другой отсек сообщен с атмосферой.4. Газовый плотномер по п.3, отличающийся тем, что мембрана представляет собой круглую раму с натянутой на нее полимерной пленкой, скрепленной в центральной части с маркером перемещения, выполненным в виде пластины, имеющей форму центрально-симметричной плоской фигуры, и радиальных упругих нитей, равномерно натянутых между краями пластины и рамой.