Дифференциальный вибрационный плотномер Советский патент 1985 года по МПК G01N9/00 

Чоб1)(. относится к auajmTHческому лриборостроению и предпазi-ateiiiD /утя автоматического изме)ения 1тлог; ости жзчдкпх сред п пот(зке при неблагоприятных условия: эК1;г луатации - колебаниях температуры, давлеш-гя, вязкости контролируемых сред.

Целью изобретения является обеспечение возможности согласования с системам - автоматического управления процессам- производства иутем линеаризации фупкпд-гн преобразования

На фиг.1 приведен один из ва зиантов выполнения датч1-пса предлагаемого ди(М1ереициа,1тьного плотпомера; на (риг. 2 - сечен} е датчика, выполмсмногО из круглых трубок; ка фиг.З - схеьга включения датчика 1лотномера.

Датчик co.eri.Kir д.ва трубчагьс 1тря1 оточ; ых. резонатора- 1 и 2, логстк закрег,лс ПП;1х копдами в опорах 3 и 4 Датчик iiJioTiiorscpa снабжен ycTpoiiCTвами подпода 5 и отвода 6 контролируемой среды -1з обоих резонаторов. Трубкч 1;езоиатороп -1меют одинаковые штощлд1 : :10г чмьк каналов но раз,ги1чд;лс г--1Л1Ц г;11,: стенок о и с. лроме того, с;-а-1ическ1-1Й ьгаьвпт J, резонатора соответст;:Гует оси ;о лоОа}п-;й 0 О, , а моьшят и}1срци Второго резонатора соответствует ocii коле Ра-ни 0,0,. обеспечения ко.пебан й { относи -ельно указа И1ы: осей второй резонатор снабжен возбудителем 7, ттриелчндпчом 8, усилит1;лем 9, а первый -- приемником 10 возбудгггелэм Mj -С)1Ч);те.:1см 12, включеннми по схомс автогенератора. ЗсилиTCjnj тодкл(:)чены к блоку 13 вьтитания чз-стот рсзона торов 5 который через низкочастотный фильтр 14 иодк/почс: к частот-омеру 1 5 .

nHopuHti J сечения первого резонатора всле/гствие ориентации оси сечеи.ия может быть обеспече;больлмм MOfieHTOM, чем момент инерци сечения J второго резонатора. При выборе о можно обеспечить выполнение условия линеаризахуш.

При работе плoтнo iepa контролируемая среда при помощи устройств 5 и 6 пропускается внутри трубчатых резонаторов 1 и 2. Резонатор 1 , име боль:1мй статический момент инер1и1и сечрни.я .1 и больш то начальную частоту Гр , колеблется в горизонтальной плоскости при помощи приемника 10, усилителя 12 и возбудителя 11 колебаний с частотой f , к его резо1 а1 сной частоте при заполнении коь:тролирусмой жидкостью. Второй резонатор ко.чеблется в вертикальной плоскости при помощи приемника8, усилителя 9, возбудителя 7 с частотой f .

Разность частот резонаторов выделяется в блок 13 вычитания частот резонаторов и низкочастотном фильтре 14 линейно, вследствие выполнения условия линеаризации, зависит от плотности контролируемой среды и измеряется частотомером 15,

В случае, если резонаторы диффереЕ циального плотномера имеют

круглое сече1 ие. момент инерции сечения не от направления колебаний и при одинакоп :1х внутренних диаметрах d резонаторов больший момент инерции сечснл1я

имеют резонаторы с больишй толщиной степки.

При этом

J, --Г - ;Г2 € 4- у 2 /

Т) - J 4

т - .

2 1

1 ( d

11

где D.J и D 2 - величина диаметра резонаторов сГ и f-2 толщины их стенок, j - плотность материала рез-.зиаторов

Из приведенных соотношений для резонаторов круглого сечения следует также, что при сГ 7 А -/ 3 и выпол1- е(1ие линеаризации легко обеспечить.

В указанном датчике осуществляет линеаризация функн,ии преобразования плотности в разность частот вн:браторов. Для этого раскладывают градуировочные функции f(f) и fjCp) двух резонаторов в рядь Тейлора в окрестностях точки , и,ограничиваясь достаточной для инженерных расчетов точностью - тремя членами ряда, получаем

1((рн))лр (я 2)2(рнКл.).ч,:р,|..:2

Лр р-рн- ц

- начальное значение 3 плотности, около которого осуществляется линeapнзaI Jiя, Вычитая из первого соотношения второе, получаем разложение функци преобразования рассматриваемого дифферен1-Ц1ального датчика: («)-2((Рн)-Ц(Ри) О еиРнЬП Уй). Из полученного соотношения следует, что первый его член является начальной частотой датчика f.„ , ко торая путем перемещения дополнител ного груза может быть обращена в ноль вследствие равенства ((Рн.) - СМ Второй член разложения fa опред ляет абсолютную чувствительность датчика и равен разности абсолютны чувствительностей S составЛЯЮ1ЦИХ его вибраторов: So. S - S q -All. 1 df Для обеспечения высокой результирующей чувствительности датчика чувствительности S и S- должны ра личаться : ири)(рн. ) где п - положительное числое, целое или дробное. Третий член разложения fq, определяет погрешность линейности функ ции преобразования, которая обращается в ноль при условии ;(и)51(рн) Таким образом. Д - постоянная, зависяща от способа крепления концов гибраторов 4 EJ изгибная жесткость вибраторов тп , - погонные плотности стенки вибратора и жидкости соответственно;т - распределенная масса груза; X - расстояние от опоры второго вибратора до центра тяжести дополнительного груза с массой М; Е и fj. длины вибраторов. Подставляя выражения (7) - (8) в соотношение (3), (5) и (6) с учетом того, что в начальной точке диапазона измерения т. гп,, получаем / 5 2. г Вьтолнение резонаторов датчика с различными толщинами стенки и с одинаковыми длинами позволяет обес-. печить различные частоты f. (f ), 2 (Ян)1 следовательно, абсолютные чувствительности к плотности. Это позволяет обеспечить высокую чувствительность датчика в начальной точке диапазона измерений. Условие,. накладываемое на соотношение j /Jj, обеспечивает выполнение соотношения (6) и линеаризованную функцию преобразования плотности в частоту fj. Преобразовав (7) и (8) с О, m ст-1 учетом 21ег F(Btp) С Определяя первые и вторые производные от f, -р в точке f j t получаем F(A,p,f

EJ,

(lfel

.fZ I .pj5

(П)

8Tie F(Afpj

EJ,

2

f p 1- -

(8

2 VHT n-no i

|F(B.f,

Приравнивая выражения (17) и (18), получаем условие линеаризации : J

Д-f,

(о)

,

ДИФФЕРЕ1ЩШ ЛЫ1ЬЙ ВИБРА1ДИОННЬЙ ПЛОТНОМЕР, содержащий два трубчатых резонатора, имеющих равныеплощади проходных сечений я снабженных устройством подвода контролируемой среды к обоим резонаторам, системы возбуждения и съема поперечных колебаний резонаторов, подключенных соответственно к выходам И входам усилителей, и блок вычитания частот резонаторов, к выходу которого подключен частотомер, о тличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности согласования с системам автоматического управления процессами производства путем линеаризации функции преобразования, резонаторы вьтолнены одинаковой длины с различными толщинами стенок и статическими моментами Инерции сечений, соотношение которых выбрано из следующего уравнения: 3 1 где J , J. статические моменты инерции сечений резонаторов относительно О в осей колебаний , А., В (Л постоянные резонаторов, равные отношению погонс ных масс ш., m сг2 стенок к площади F проходного сечения-. m СТ1 р П1СТ2 , А -п (ЭО начальное значение кон--I тролируемой плотности, около которого ос тцествляется линеаризация.

/