Плотномер Советский патент 1984 года по МПК G01N9/04 

пневмоповторителя с мощным выходом, а выход последнего

к

вторичному прибору и переходному штуцеру.

ПЛОТНОМЕР, содержаний проточный корпус с исследуемой жидкостью, снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую трубку, погруженнзпо в соруд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, вьшолненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемы -,и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и с положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения плотности анализируемых растворов, улучшения выходных характеристик на начальном участке измерения и передачи сигнала на большее расстояние, (П в него дополнительно введены два пневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом, пневмоемкость и переходной штуцер, при этом пьезометрическая трубка подключена к глухой камере первого пневмоповторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная камера преобразователя давления - к проточной камере второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление - к выходу задатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу

Изобретение относится к устроит ствам для измерения плотности агрессивных, кристаллизующихся, вспенивающихся и других жидкостей.

Известен плотномер для диффузионного сока и мисцелл растительного масла, который включает в себя чувствительный элемент, состоящий из четырех камер, и вторичный прибор. В одну из камер поступает контролируемая жидкость, вторая заполнена буферной жидкостью большой вязкости, третья предназначена для температурной коррекции при помощи манометрического термометра с пневмосиловым преобразователем и чевертая выполняет функции пневмометрического преобразователя, уравновешивающего изменение массы контролируемой жидкости в результате изменения ее плотности С ).

К недостаткам такого плотномера относятся низкая чувствительность и отсутствие регулировки начального значения выходного сигнала, поступающего на вход вторичного прибора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плотномер, содержащий проточный корпус с исследуемой жидкостью., снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной.жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую I трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, вьтолненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемые и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через

регулируемое пневмосопротивление

соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и

с положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого

пневмосопротивления С 23.

Однако известный плотномер имеет недостаточную чувствительность и точность на начальном участке измерения, связанную с нелинейностью

выходной характеристики на ta начальном участке.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности измерения плотности анализируемых

«. растворов, улучшение выходных характеристик на начальном участке измерения и передача сигнала на большее расстояние.

Поставленная цель достигается

тем, что в плотномер, содержащий проточный корпус -С исследуемой жидкостью, снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью

постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленньй в нижней части проточного корпуса, регулируемые и

нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторич ный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и с по ложительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сра нения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления дополнительно введены два пневмопрвторителя со сдвигом, пневмоповторитель с моошым выходом, пневмоемкость и переходной штуцер, при этом пьезометрическая трубка подклю чена к глухой камере первого пневмо повторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная камера преобразова теля давления - к проточной камере второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давле- . ния подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление - к выходу задатчика давления и к входу второго нерег лируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу пневмоповторителя с мощным выходом, а выход последнего - к вторичному прибору и переходному штуцеру. На чертеже схематически изображе предлагаемый плотномер. Плотномер содержит проточный корпус 1 с исследуемой жидкостью, снабже11ный патрубком 2 в нижней части и камерой 3 сброса. Внутри проточного корпуса 1 размещен сосуд 4 с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть 5 со сливной трубкой, соединенную с нижней частью с помощью трубки 6. В сосуд А с эталонной жид костью опущена пьезометрическая трубка 7 на глубину, равную высоте столба анализируемой жидкости. В нижней части проточного корпуса 1 установлен преобразователь 8 давления , имеющий коэффициент усиления больше единицы, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента и включаюп9{й в себя большую мембрану 9, расположенную со стороны анализируемого раствора, малую мембрану 10 с закрепленной на ней заслонкой 11 и регулируемое сопло 12. . Мембраны 9 и 10 соединены между собой жестким штоком 13. Кроме того, плотномер содержит два пневмоповторителя 14 и 15 со сдвигом, два регулируемых пневмосопротивления 16 и 17, четьфе нерегулируемых пневмосопротивления 18-21, задатчик 22 давления, пятимембранный элемент 23 сравнения, пневмоемкость 24, пневмоповторитель 25 с мощным выходом, вторичный прибор 26, переходной штуцер 27. Пьезометрическая трубка 7 подключена к верхней отрицательной камере преобразователя 8 давления, к глухой камере первого пневмоповторителя 14 со сдвигом и через регулируемое пневмосопротивление 16 к выходу задатчика 22 давления.Нижняя проточная камера преобразователя 8 давления подключена к проточной камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом, к положительной камере пятимембранного элемента 23 сравнения и через нерегулируемое пневмосопротивление 18 к выходу задатчика 22 давления. Сопло 12 преобразователя 8 давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом и через нерегулируемое пневмосопротивление 19 к задатчику 22 давления. (Проточная камера первого пневмоповторителя 14 со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембран- ного элемента 23 сравнения и через нерегулируемое пневмосопротивление 20 к выходу задатчика 22 давления. Выход задатчика 22 давления подключен также к входу пятимембранного элемента 23 сравнения, который вместе с регулируемым 17 и нерегуируемым 21 пневмосопротивлениями образует логический элемент, вьшолняющий операции вьгчитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы. Выход логического элемента одключен к пневмоемкости 24 и пневоповторителю 25 с мощным выходом. а выход последнего - к вторичному прибору 26 и переходному штуцеру 27 В технологической линии, к которой плотномер присоединен с помощью патрубка 2, предусмотрены перекачивающее устройство 28 и рабочая ванн 29, внутри которой размещено нагревательное устройство 30. Плотномер работает следующим образом. Анализируемый раствор из рабочей ванны 29 с помощью перекачивающего устройства 28 поступает через патру бок 2 в проточный корпус 1 и затем, омывая сосуд 4 постоянного уровня с эталонной жидкостью, в качестве которой выбрана вода, через переливной порог проточного корпуса 1 попадает в камеру 3 сброса и возвращается в рабочую ванну 29 . Усилие, действующее на больпгую мембрану 9 преобразователя 8 давления со стороны анализируемого раствора, определяется уравнением a. , (1) где - ускорение свободного падения j J5p - плотность анализируемого раствора; Н - высота столба анализируе мого раствора, находящегося в проточной камере-, , S.. - эффективная площадь боль шой мембраны 9 преобразо вателя В давления. Эталонная зкидкостью с помощью нагревательного устройства 30подог ревается до температуры анализируемого раствора и подается в расширен ную верхнюю часть 5 сосуда 4. Расхо воды регулируется игольчатым вентилем (не обозначен). Предварительный нагрев сводит к минимуму разность температур между анализируемым раст вором и эталонной жидкостью (водой) В пьезометрическую трубку 7 с вы хода задатчика 8 давления через регулируемое пневмосопротивление 16 подается сжатый воздух, выходное да ление которого описывается уравнени ,Ha. (2) где Pj - плотность эталонной жидкости (воды); Н - глубина погружения пьезометрической трубки 7 -в эталонную жидкость. Величина давления Р в пьезометрической трубке 7 одновременно выполняет роль балластного давления. Сигнал Pj от пьезометрической трубки 7 одновременно поступает в компенсирующую глухую верхнюю камеру преобразователя 8 давления и глухую камеру первого пневмоповторителя 14 со сдвигом, выходной сигнал которого, равный PI ,,Р , подается в отрицательную камеру элемента 23 сравнения. Одновременно в положительную камеру элемента 23 сравнения и проточную камеру пневмоповторителя 15 со сдвигом додается выходной сигнал, равный Ра Р (4) где Дпер перепад давления на переменном пневмосопротивлении узЛа сопло-заслонка преобразователя 8 давления i Р - давление в сопле 12 преобразователя 8 давления. Изменением положения сопла 12 от-, носительно заслонки 11 регулируют начальньй расход воздуха через нерегулируемое пневмосопротивление 19,а следовательно и чувствительность преобразователя 8 давления к изменению плотности анализируемого раствора. Поскольку сопло 12 преобразователя 8 давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом и к выходу нерегулируемого пневмосопротивления 19, то на переменном пневмйсопротивлении сопло-заслонка преобразователя 8 давления устанавливается постоянньй перепад давлени,. равный /Sf,ep величина которого фиксируется цри помощи второго пневмоповторителя 15 со сдвигом. С увеличением Aj,g увеличивается коэффициент усиления преобразователя 8 давления. С выхода первого пневмоповторителя 14 со сдвигом сигнал Р. подается в отрицательную камеру пятимембранного элемента 23 сравнения, устанавливающего начальное давление РВИХ выходе логического элемента. При прохождении воздуха через этаонную жидкость возникает дополниельная циркуляция ее в сосуде 4 постоянного уровня и некоторый сли последней из расширенной верхней части 5 сосуда 4, что дополнительн уменьшает постоянную в 1емени перемешивания эталонной жидкости и раз ницу температур между эталонной жи костью и анализируемым раствором. При работе плотномера мембранный блок преобразователя 8 давления находится в статистическом равновес Усилие, действующее на шток 13, нахЬдится в следующей зависимости Q - РК(%-) 5) где Q - усилие, действующее на большую мем брану 9 преобразователя 8, S - эффективная площад нижней малой мембр ны 10, (,Ср - давление на выходе преобразователя В давления $ Р - давление в сопле 1 преобразователя 8 давления) АПЕР - перепад давления на переменном пневмосопротивлении узла , сопло-заслонка преобразователя 8 давл ния. После подстановки в уравнение (5 значений Q и Р, найденных по уравнениям (1) и (2), получают „-, i-i fpHl55 f,,-S).P,S , из которого при Н Н 2 находим Pz P-Vp srlVPah fa Поскольку зН Р то P2 P-Vp- «S(Pp-fa)PK i Так как логический каскад вьтолнен на пятимембранном элементе 23 сравнения по схеме вычитания сигналов Pj и Р с последующим умножением на постоянный коэффициент больше единицы, его выходной сигнал, а сле довательно, и на выходе пневмоповторителя 25 с мощным выводом опреде ляется уравнением ,(). . 7 где К 1 -т коэффициент умноже. ния логического элемента-, /3 |сС - проводимости пневмосопротивлений 17 и 21. Регулировка величины коэффициента умножения К производится регулируемым пневмосопротивлением 17 путем изменения его проводимости /з. Подставляя в уравнение (7) значения Р и Р найденные по уравнениям (3) и (6), получают (Pp-f3)-VP. P«., S (fp-f.riLS- iFp-f/liР -k вы х- где К, - коэффициент усиления преобразователя 8 давленияЛ - величина сдвига пневмоповторителя 14. Обозначая изменение давления на ембранный шток преобразователя давения плотности анализируемого аствора через лР которое авно ЛPв(Pp-Pэ олучают Pebix Sl z Pex) «) ри постоянных значениях коэффициена умножения логического элемента и коэффициента усиления преобазователя давления К Рвь„ ЧлР8х).(11) При постоянном перепаде на переенном пневмосопротивлении узла сопло-заслонка преобразователя 8 справедливо уравнение О(РСТ-Р|-( де d-g начальные проводимости пневмосопротивления 19 нерегулируемого и узла сопло-заслонка преобразователя давления { РСТ - давление на выходе задатчика 22 давления k - коэффициент передачи узла сопло-заслонка преобразователя8 дав ления; h - ход. заслонки, отсчитываемый от начального зазора, устанавливаемого при регулировке начального давления на выходе преобразователя давления. Из уравнения (12) определяют значени выходного сигнала преобразователя 8 давления, которое равно PsP г-ГртР-Р --А л ст о6 пер о6„ пер О «О Поскольку kh -rKguPpjj где Кр - коэффициент передачи входн го сигнала преобразователя давления, взятый с отрицательным знаком так как с увеличением АР , уменьша ется зазор между соплом и заслонкой т.е. уменьшается значение Ь,то урав нение (13) принимает вид k ЛР . 0 . . ,...Л РРст-ы пер-Sf вр ( Подставляя в уравнение (7) значения и Р2, вычисленные по уравнениям (3), (4), (9) и (t5) получают Pewx iP-Vp-Pi) : ер-Рк - начальное где р р V-PK Чт давление на выходе преобразо вателя давления /eb((pp-f,)( Из уравнения (17) следует, что с увеличением коэффициента передачи входного сигнала преобразователя дав- ления Kj. высоты столба анализируемого раствора Н и перепада давления Лрср на пневмосопротивлении узла сопло-заслонка, а также с уменьшением начальной проводимости otp пневмосопротивления 19 нерегулируемого, коэффициент усиления преобразователя давления увеличивается , следовательно, увеличивается чувствительность к малым изменениям плотности анализируемого раствора. Поскольку узел сопло-заслонка преобразователя 8 давления находится под постоянным перепадом давления Лпер . установленным пневмопо,вторителем 14 со сдвигом, рабочая точка которого находится на линейной части его выходной характеристики, то проходит спрямление выходной характеристики преобразователя давления на его начальном участке. Применение на выходе логического элемента пневмоемкости 24 постоянной уменьшает пульсацию выходного сигнала, а применение пневмоповторителя 25 с мощным выходом позволяет передать сигнал плотномера на вторичный прибор через переходной штуцер 27 на большое расстояние. Поскольку температура анализируемого раствора и эталонной жидкости в процессе анализа мало отличаются одна от другой, то погрешность измерения плотности раствора сводится к минимуму. Одинаковая высота столба анализируемой и эт.алонной жидкостей также позволяет свести к минимуму погрешности как при изменении температуры, так и при изменении плотности и значительно упростить расчет конструктивных параметров преобразователя давления и настроечных параметров вообще.