Плотномер газа Советский патент 1984 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в химической промьпиленности с-целью анализа бинарных газовых смесей.

Известен датчик плотности газа содержащий ареометрическое тело, закрепленное на одном плече рычага, второе плечо которого снабжено противовесом и связано со струной, находящейся в магнитном поле постонного магнита.

При работе устройства изменение лотности газа преобразуется в изенение выталкивающей силы, дейстующей на ареометрическое тело. При этом изменяется сила натя:Кения струы и частота ее колебаний, являющаяя выходным сигналом устройства С1 .,

Недостатком такой конструкции плотномера газа является неработоcnoco6Hoctb при наличии внешних магнитных полей, характерных, например, для электролизных производств, что обусловливает его узкую область применения. На частоту колебаний струны оказывают влияние колебания температуры измеряемого газа, так как изменение выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело, при измерении температуры газа ничем не компенсируется. Влияние температуры газа на частоту колебаний струны обусловливает температурную погрешность и низкую точность устройства при колебаниях температуры газа.

Известны поплавковые газовые весы, содержащие проточную камер у, в которой расположен трехплечий рычаг, одно плечо .которого связано с ареометрическим телом, выполненным а виде полого стеклянного шара, а второе плечо - с противовесом. Плотность ареометрического тела заполнена эталонным газом и соединена с устройством термокомпенсации.Третье плечо трехплечего рычага снабжено винтом с балансировочным грузом и связано через магнитную муфту с показыванщей стрелкой.

При изменении плотности пропускаемого через камеру измеряемого газа изменяется действующая на ареометрическое тело выталкивающая сила, что приводит к повороту на соответствукиций угол трехплечего рычага и связанной с ним через магнитную муфту стрелки С2 .

Такое конструктивное выполнение устройства обусловливает его неработоспо ;обность при наличиии внешних магнитных полей, характерных, например, для электрохимических производств, вследствие влияния магнитшах полей на элементы магнитной муфты, что сужает область применения устройства. Кроме того, такое констг руктивное выполнение устройства не позволяет получать пропорциональный измеряемой величине аналоговый сигнал, что не позволяет применять его в системах автоматического регулирования и также сужает область применения ,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является плотномер газа содержащий проточную камеру, которая соединена через вентиль с линией подачи измеряемого газа, а через камер и сопло задатчика давления - с линией выхода измеряемого газа. В проточной камере расположены выполненное в виде полого стеклянного шара ареометрическое тело, связанное посредством трубки с одним плечом полого коромысла, и противовес, связанный при помощи штока с вторым плечом .коромысла. В средней точке коромысла закреплен сигнализатор положения коромысла, выходы которого соединены с входами релейного блока. Через трубку и полость коромысла полость ареометрического тела соединена посредством гибкой трубки с пневмоемкостью, снабженной устройством для сжатия газа, вьшолненным в ввдё сильфона, и заполненной эталонным газом. Пневмоемкость соединена с входом элемента памяти, выход которого подключен к выходному каналу плотномера. Выход релейного блока соединен с управляющими входами элемента памяти и пневмоконтактов привода устройства для сжатия эталонного газа. Привод устройства для сжатия газа содержит повторитель со сдвигом, камеры которого .соответственно соединены с входом и выходом дросселя, а сопло - с полостью сильфона и через пневмоконтакт и второй дроссель - с атмосферой. . При работе плотномера газа в проточной камере устанавливается определенное давление измеряемого газа, определяемое настройкой задатчика давления. Под действием выталкивакгщей силы, действующей на ареометрическое тело, коромысло отклоняется на определенный угол от положения равновесия, замыкается, соответствующий контакт сигнализатора положения коромысла, релейный блок замыкает соответствующий пневмоконтакт привода, и сильфон начинает заполняться воздухом. При этом сильфон сжимает эталонный газ в пневмоемкости, вследствие чего растет давление и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а коромысло начинает поворачиваться в сторону равновесия. При достижении коромлслом положения равновесия срабатывает сигнализатор положения коромысла на элементе памяти запоминается и поступает на выход устройства давление, равное давлению в пневмоемкости, которое в этот момент пропор ционально плотности измеряемого газа, давление из сильфона начинает стравливаться в атмосферу, а коро- мысло начинает отклоняться от положения равновесия. При отклонении коромысла на определенный угол опят срабатьшает сигнализатор, начинается заполнение сильфона, и цикл измерения повторяется. При изменении температуры изменения плотности измеряемого и эталонного газов идентичны, а давление в ареометрическом теле остается без изменений, т.-е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений измеряе мого газа C3J. К недостаткам устройства следует отнести следующее. Поскольку процесс измерения практически заключается в принудительном отклонении и возвращении коромысла в положение - равновесия и запоминании величины давления в пневмоемкости в моменты достижения положения равновесия, то устройство содержит значительное количество элементов, выполнякщих эти функции: сигнализатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства для сжатия газа, элемент памяти. Наличие этих элементов опре деляет сложность конструкции плотномера газа. Так как На каждом цикл измерения происходит переключение значительного числа дискретных злементов (реле релейного блока, пневмоконтакты привода устройства для сжатия газа, пневмоконтакты злемента памяти), причем циклы измерения следуют непрерывно один за другим, а дискретные элементы имеют ограниченный ресурс работы по числу переключений, то их наличие определяет низкую надежность устройства. Целью изобретения является упрощение конструкции и повьшение надежности плотномера газа. Поставленная цель достигается тем, что в плотномер газа, содержащий проточную камеру, соединенную через камеру и сопло задатчика дав ления с линией выхода измеряемого газа, размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коромысла, и заполненную зталонным газом пневмоемкость, которая соёдинена с полостью ареометрического тела и снабжена устройством для сжатия газа, выполненным в виде сильфона, дополнительно введен преобразователь типа сопло-заслонка, причем заслонка закреплена на коромысле, сопло соединено с полостью сильфона и через дросселирующий элемент - с линией подачи измеряемого газа, а пневмоемкость через усилитель подключена к выходному каналу устройства. При таком конструктивном выполн нии плотномера газа, вследствие соединения сопла с сильфоном и линией подачи измеряемого газа и закрепления заслонки на коромысле, поворот коромысла приводит к изменению зазора между соплом и заслонкой, изменению проводимости сопла, давления перед ним и в сильфоне и, соответственно, к изменению степени сжатия газа в пневмоемкости и в полости ареометрического тела. При этом в каждый момент времени коромысло находится в положении равновесия, а давление в пневмоемкости пропорционально плотности измеряемого газа. Вследствие этого отпадает необходимость в принудительных поворотах коромысла, сигнализации его положения и запоминания яав ления в пневмоемкости на элементе , памяти, а из схемы плотномера могут быть исключены сигнализатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства для сжатия газа и элемент памяти, что уирощаот конструкцию и повышает надежность устройства.

На чертеже представлена схема плотномера газа.

Плотномер газа содержит проточную камеру I, соединенную через камеру и сопло задатчнка 2 давления с линией выхода измеряемого газа. В проточной камере I расположены ареометрическое тело 3, выполненное в виде полого стеклянЬого шара, и противовес 4, выполненный в виде полого стеклянного шара, имеющего такую же массу и площадь поверхности сте.кла. Через отверстия 5 по- лость противовеса 4 сообщается с объемом камеры 1. Посредством трубки 6 ареометрическое тело 3 связано с плечом полого коромысла 7, второе плечо которого при помощи штока 8 связано с противовесом 4. Через трубку 6 и полость коромысла 7 полость ареометрического тела 3 соеинена гибкой трубкой 9 с пневмоемостью 10, Заполненной эталонным газом и снабженной устройством для сжатия эталонного газа, выполненным в виде сильфона 11. На коромысле 7 закреплена заслонка I2 преобразователя типа сопло-заслонка, сопло 13 которого соединено с полостью силь- она П.и чер.ез дросселирунщий элемент 14, выполненный в виде вентиля, с линией входа измеряемого газа. Цневмоемкость 10 соединена с входом усилителя 15, выход которого является вых;одом устройства.

Плотномер газа работает следующим образом.

Измеряемый газ поступает через дросселирующий элемент 14 и сопло 13 в проточную камеру 1 и выходит че- . рез камеру и сопло задатчика 2 давления в линию выхода. При этом в проточной камере 1 устанавливается определенное давление Р нзмеряемого газа, определяемое настройкой задатчика 2 давления, а выталкивающая сила, действующая на ареометрическое тело, уравновешивается весом эталонного газа в полости ареометрического тела. При увеличении плотности измеряемого газа выталкивающая сила увеличивается, коромь:сло 7 начинает поворачиваться и уменьшает зазор между соплом 13 и заслонкой 12 и проводимость сопла. При этом начинает расти давление перед соплом 13 и в сильфоне 1I, сильфон начинает разжиматься и сжимает эталонный газ в пневмоемкости 10 и, соответственно.

в полости ареометрического тела 3. Вследствие этого растет давлелие и, с оответственно, вес эталонного газа в полости ареометрического тела и уравновешивает увеличение выталкиванлцей силы. Аналогично, при уменьшении плотности измеряеморо газа увеличивается зазор между соплом 13 и заслонкой 12, уменьшается давление

перед соплом, в полости сильфона 11, в пневмоемкости 10 и уменьшается вес эталонного газа в полости ареометрического тела 3, компенсируя уменьшение выталкивающей силы. Давление

газа в пиевмоемкости 10, пропорциональное плотности измеряемого газа, усиливается по мощности усилителем , 15, выход которого является выходом плотномера.

При изменении температуры и, соответственно, плотности измеряемого газа одновременно изменяется температура, плотность и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а его

давление и, соответственно, величина выходного сигнала остаются без изменений,, т.,е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений плотности измеряемого газа.

Выталкивающая сила F , действующая на .ареометрическое 7ело, может быть определена по уравнению

(11

V объем ареометрического тела;

ускорение свободного падения;

Р.. и Т,.абсолютное давление и

И

и температура измеряемого газа в проточной камере;

TOабсолютное давление и температура, принятые за нормальные условия (РО 1 кгс/см, TQ 293°К);

Ри

- плотность измеряемого газа при нормальных условиях.

Сила F.

, уравновешивающая выталивающую силу (вес эталонного газа полости ареометрического тела), пределяется по уравнению

f,

(21

1. р.

ПЛОТНОМЕР ГАЗА, содержащий проточную камеру, соединенную через камеру и сопло задатчика давления с линией выхода измеряемого газа размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коро бЛсла, и заполненную газом пневмоемкость, которая соединена с полостью ареометрического тела и снаб- жена устройством для сжатия газа, выполненным в виде сильфона, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, он дополнительно содержит преобразователь типа соплозаслонка, причем за;слонка закреплена на коромысле, сопло соединено с полостью сильфона и через дросселирующий элемент - с линией подачи W измеряемого газа, а пневмоемкость через усилитель подключена к выходному каналу устройства.