Плотномер Советский патент 1983 года по МПК G01N9/28 

(S) ПЛОТНОМЕР

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в тех отраслях промышленности, где необходимо производить автоматическое измерение плотности жидких сред в аппаратах периодического деистВИЯ, например в химической ггромышлен ности. Известен плотномер, содержащий дв пьезометрические трубки, связанные с блоком питания, компенсатор баллас него давления, выполненный в виде сосуда, заполненного эталонной жидкостью, дифманометр, плюсовая и минусовая камеры которого соединены с измерительными трубками 1 . Недостатком устройства является то, что частицы эталонной жидкости уносятся из компенсатора балластного давления пузырьками воздуха, при это изменяется ее уровень и вносится погрешность в процесс измерения. Кроме того, при работеплотномера в аппара те периодического действия при выгрузке продукта из аппарата в минусовой камере дифманометра возникает остаточное давление, что приводит к перегрузке дифманометра и моиет вывести его из строя. Известен пьезометрический плотномер, содержащий две пьезометричес йв трубки, соединенные импульсными лини ями с плюсовой и минусовой камерами дифмаиометра и блоком питания ара духом, компенсатор балластного дав ления, выполненный в виде сосуда, заполненного эталонной жидкостыр, в воздушной линии короткой трубки, и предохранительное устройство, снаб.женное мембраной и управляемым ей con лом, сообщающимся с атмосферой, причем глухая камера предохранительного устройства соединена.с импульсной линией длинной трубки, а камера снабженная соплом,- с импульсной линией короткой трубки, при работе плотномера через пьезометрические трубки продувают воздух. при этом 8 них возникает перепад давления, пропорциональный плотности измеряемой среды. Этот перепад давления посредством импульсных линий передается на дифманометр, выдающий си г нал, пропорциональный плотности жидкости. Компенсация балластного давления, соответствующего плотности жидкости, принятой за начало шкалы, осуществляется тем, что воздух в короткую трубку поступает через слой жидкости в сосуде компенсатора балластного давления При опорожнении аппа рат;.а, периодического действия давле глухой камере предохранительние в ного устройства становится равным нулю и воздух из импульсной линии корот кой трубки стравливается в атмосферу через открывшееся сопло предохранительного устройства 2, К недостаткам плотномера следует отнести погрешность, обусловленную изменением уровня эталонной жидкости в сосуде компенсатора балластного да ления вследствие испарения и уноса частиц жидкости пузырьками воздуха, сложность конструкции, обусловленную тем, что функции компенсации балласт ного давления и предохранения чувствительной систе ь дифманометра выпол няются двумя различными устройствами, а также недостаточную точность при измерении плотности в широком диапазоне, например в .случае периодического процесса, сопровождающегося монотонным изменением плотности. В -этом случае плотномер обладает низ кой чувствительностью, так как велика цена деления вторичного прибора и соответственно, погрешность считывания показаний. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является плотномер, содержащий две пьезометри ческие трубки, погруженные в измеряемую жидкость на различную глубину и соединенные с блоком питания воздухом, дифманометр, плюсовая камера которого соединена с длинной трубкой, и предохранительное устройство, выполненное в виде мембранного элемента, положительная камера которого снабжена пружиной с регулировочным винтом и соединена с короткой трубкой, а проточная камера соединен с минусовой камерой дифманометра и через дроссель с его плюсовой камерой . 10 34 При работе плотномера через пьезометрические трубки продувается воздух, поступающий .от блока питания. В плюсовую камеру дифманометра подается давление от длинной трубки, а в минусовую - давление от предохранительного устройства, равное давлению в короткой трубке, сдвинутому за счет сжатия пружины предохранительного устройства на величину балластного давления . При этом на выходе дифманометра формируется выходной сигнал, пропорциональный разности измеряемого значения плотности и плотности, принятой, за начало шкалы. При выгрузке жидкости из технологического аппарата благодаря наличию предохранительного устройства давления в камерах дифманометра выравниваются через дроссель, т,е, чувствительная часть дифманометра предохраняется от перегрузок, а функции предохранения и компенсации балластного давления выполняются одним устройством Г 3 J. Однако известный плотномер характеризуется недостаточной точностью при измерении плотности в широком диana3OiHe, например в случае периодического процесса, сопровождающегося монотонным изменением плотности. В этом случае плотномер имеет низкую чувствительность так как велика цена деления вторичного прибора и, соответственно, погрешность считывания показаний. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении диапазона измерения плотности. Поставленная цель достигается тем, что в.плотномер, содержащий две пьезометрические трубки, погруженные в измеряемую жидкость на различную глубину и соединенные с блоком питания воздухом, дифманометр, плюсовая камера которого соединена с длинной трубкой, и предохранительное устройство, выполненное в виде мембранного элемента, положительная камера которого снабжена пружиной с регулировочным винтом и соединена с короткой трубкой, а проточная камера - с минусовой камерой дифманометра и через дроссель, с плюсовой камерой дифманаметра, дополнительно введены двухшкальный вторичный прибор и устройство сдвига нуля шкалы, а предохранительное устройство снабжено второй положительной камерой, причем выход дифмлнометра соединен с вторым входом двухшкального вторичного прибора и входом устройства сдвига нуля шкалы, выход которого соединен с первым входом двухшкального вторичного прибора и второй положительной камерой предохранительного устройстваУстройство сдвига нуля шкалы содержит два элемента сравнения, два импульсатора, задатчики дав/1ения ве него и нижнего уровня срабатывания, два нормально закрытых клапана, нор мально открытый клапан, элемент ИЛИ два повторителя со сдвигом и повторитель, причем первые входы элементов сравнения соединены с входом ус ройства сдвига нуля, вторые входы с соответствующими задатчиками давления, а выходы - с входами соответ ствующих импульсаторов, выходы кото рых соединены с управляющими входами соответствующих нормально закрытых клапанов и через элемент ИЛИ с управляющим входом нормально откр ТОГО клапана, при этом выходы повто рителей со сдвигом соединены через соответствующие нормально закрытые клапаны с входом повторителя, выход которого соединен с выходом устройства сдвига нуля и через нормально открытый клапан с входами повторителей со сдвигом. При таком конструктивном выполнении плотномера весь диапазон изме рения плотности может быть разбит на определенное число отдельных интервалов измерения. Переход на требуемый интервал измерения осуществляется смещением нуля шкалы плотномера за счет подачи соответствующего компенсационного давления от повторителей со сдвигом во вторую положительную камеру предохранительного устрой ства. При этом диапазон измерения дифманометра соответствует длине одного отдельного интервала измерения, т.е. значительно меньше диапазона измерения плотности, соответственно, выше чувствительность дифманометра, меньше цена деления вторичного прибора и погрешность считывания показаний. На чертеже представлена схема предлагаемого плотномера Плотномер содержит две пьезометрические трубки 1 и 2, погруженные на различную глубину в измеряемую жи кость и соединенные с блоком 3 пита ния возлухсМ. .пифмлномегр 4, плюсова камера которого соединена с длинной трубкой 1, а выход подключен к второму входу двухшкального вторичного прибора з, предохранительное устройство 6 и устройство 7 сдвига нуля шкалы. Предохранительное устройство 6 включает положительную камеру 8, снабженную пружиной 9 с регулировочным винтом и соединенную с короткой трубкой 2, проточную камеру 10, соединенную с минусовой камерой дифманометра и через дроссель 11 - ,с плюсовой камерой дифманометра 4, и вторую положительную камеру 12, соединенную с выходом устройства 7 сдвига нуля шкалы. Устройство 7 сдвига нуля содержит элементы сравнения 13 и 1, первые входы которых соединены с выходом дифманометра k, вторые входы - с соответствующими задатчиками 15 давления верхнего и нижнего уровня срабатывания, а выходы - с входами импульсаторов 17 и 18 с регулируемыми дросселями 19 и 20, нормально закрытые клапаны 21 и 22, управляющие входы KO-I торых соединены с выходами соответствующих импульсаторов 17 и 18, элемент ИЛИ 23, входы которого соединены с выходами импульсаторов 17 и 18, а выход - с управляющим входом нормально открытого клапана 2, и повторители 25 и 26 со сдвигом, входы которых соединены через нормально закрытые клапаны 21 и 22 с входом повторителя 27. Выход повторителя 27, являющийся выходом устройства 7 сдвига нуля, соединен с первым входом двухшкального вторичного прибора 5 и через нормально открытый клапан с входами повторителей 23 и 26 со сдвигом. Второй вход вторичного прибора 5 соединен с выходом дифманометра k, Плотномер работает следующим образом. В начальный момент времени компенсационное давление Рц, подаваемое с выхода повторителя 27 на вход предохранительного устройства 6, равно нулю. При подаче воздуха от блока 3 питания к пьезометрическим трубкам 1 и 2 ,в последних устанавливается перепад давления, определяемый плотностью жидкости и измеряемый дифманометром 4, имеюи|им узкий диапазон измерения, причем перепад давления, соответствующий минимальному значению плотности измеряемой жидкости (балластное давление) компенсируется усилием сжатия пружины 9 предохраиитель 710008 ного устройства 6. При достижении перепадом давления в трубках величины верхнего предела измерения дифманометра его выходной сигнал достигает максимального значения соабатыва- s ет элемент 13 сравнения и импульсатор 17 выдает импульс давления , длительность которого.определяется настрой кой дросселя 19. При этом закрыва ется клапан Z, открывается .клапан 21 «О и на вход повторителя 25 со сдвигом, имеющего положительный сдвиг, поступает давление 25 равное величине сдвига Д повторителя 25 со сдвигом, На выходе повторителя 27 устанавлива-И ется компенсационное давление , которое поступает на один из входов вторичного прибора 5 и во вторую положительную камеру 12 предохранительного устройства 6 Величина сдви-м га повторителя 25 со сдвигом такова, что при подаче давления Р 4 на вход предохранительного устройства 6 увеличивается давление в минусовой камере дифманометра и, соответственно, J5 уменьшается перепад на его входе на валичину, равную длине диапазона измерения дифманометра А, т.е. происходит автоматический сдвиг нуля шкалы плотномера. При этом давление на вы- jo ходе дифманометра падает и плотномер переходит на второй интервал измерения , в котором выходной си гнал дифманометра также изменяется от минимального до максимального значения, а измеряемое значение плотности определяется как сумма показаний двух шкал вторичного показывающего прибора: первой шкалы, связанной с устроиством сдвига нуля и проградуированной в единицах, кратных диапазону измерения дифманометра, и второй шкалы , соединенной с. выходом дифманометра. После снятия импульса импульсатора 17 закрывается клапан 21, на повторителе 27 запоминается давление РПС Л, на вход повторителей 25 и 26 со сдвигом поступает через открывшийся клапан 2t давление РК и на их выходах формируются давления Р, 25-РК +Д и дальнейшем Тювышении плотности жидкости на величину, равную интервалу измерения, выходной сигнал дифманометра опять достигает максимального значения, элементы схемы срабатывают р той же последовательности, компенсационный сигнал Р|, подаваемый на вход предохранительного устройства 6, возрастает еще на величи538нул , опять сдвигая нуль, и плотномер переходит на следующий интервал измерения. При понижении плотности до нижнего предела текущего интервала измерения выходной сигнал дифманометра k становится минимальным, срабатывает элемент Т сравнения, импульсатор 18 выдает импульс , открывается клапан 22, закрывается клапан Z, на вход повторителя 27 поступает от повторителя 2б со сдвигом давление Р, , на выходе повторителя 27 форТ ируется компенсационное давление меньше предыдущего значения на величину Ьдвига, происходит сдвиг нуля в сторону уменьшений и плотномер переходит на новый интервал измерения. Например, при общем диапазоне измерения плотности 1-1,5 г/см перепад давления на трубках, соответствующий минимальному значению плотности 1 г/см (балластное давление), компенсируется усилием сжатия пружины 9, а весь диапазон измерения может быть разбит на пять интервалов 1-1,1} 1,1-1,2{ 1, г/см и т.д. При этом первая шкала разбита на 5 делений с ценой деления 0,1 г/см (1; 1,1 1,2 г/см и т.д), а вторая - на 100 делений с цеНОЙ деления 0,001 г/см . Таким образом, в предлагаемом плотномере весь диапазон измерения может быть разбит на ряд отдельных интервалов измерения. При этом диапазон измерения дифманометра соответствует длине одного интервала измерения, а цена деления вторичного прибора может быть уменьшена в такое число раз, на сколько интервалов раз&1т диапазон измерения, что позволяет значительно уменьшить погрешность считывания показаний и повышает точность измерения. Формула изобретения 1. Плотномер, содержащий две пьезометрические трубки, погруженные в измеряемую жидкость на различную глубину и соединеннее с блоком питания воздухом, дифманометр, плюсовая камера которого соединена с длинной трубкой, и предохранительное устройство, выполненное в виде мембранного элемента, положительная камера которого снабжена пружиной с регулировочным винтом и соединена с короткой трубкой, а проточная камера - с минусовой камерой дифманометра и через дроссель с плюсовой камерой дифманометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при расширении диапазона измерения плотности, он дополнительно содержит двухшкальный вто(ичный прибор и устройство сдвига нуля шкалы, а предохранительное устройство снабжено второй положительной камерой, причем выход дифманометра соединен с вторым входом двухшкального вторичного прибора и входом устройстра сдвига нуля шкалы, выход которого соединен с первым входом двухшкального вторичного прибора и второй положительной камерой предохранительного устройства.

2, Плотномер по п. 1,.отличающийся тем, что устройство сдвига нуля шкалы содержит д8а элемента сравнения, два импульсатора, задатчики давления верхнего и нижнего уровня срабатывания, два нормально закрытых клапана, нормально открытый клапан, элемент ИЛИ, два повторителя со сдвигом и повторитель, причем первые входы элементов

сравнения соединены с входом устройства сдвига нуля, вторые входы - с соответствующими задатчиками давлени а выходы - с входами соответствующих импульсйторов, выходы которых соединены с управляющими входами cootBeTствующих нормально закрытых клапанов и через элемент ИЛИ с управляющим входом нормально открытого клапана,при этом выходы повторителей со сдвигом соединены через соответствующие нормально закрытые клапаны с ходом повторителя, выход которого соединен с выходом устройства сдвига нуля и через нормально открытый клапан с входами повторителей со сдвигом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.2, Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 9/28, 1977.

3« Авторское свидетельство СССР по заявке № 2922395/18-25, кл, G 01 N 9/28, 05.05,80 (прототип)