Дифференциальный вибрационный плотномер Советский патент 1986 года по МПК G01N9/04 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение для измерения плотности жидкости в потоке с переменными скоростью и давлением в нефтехи- мической, химической и других отраслях промьшленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет компенсации погрешности от изменения давления и скорости течения среды в резонаторах.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит два резонатора 1 и 2, выполненных заодно в .виде двух сдвоенных камертонов, установленных на общих основаниях и имеющих ветви, расположенные во взаим- но-перпендикулярных плоскостях. Общие основания камертонов установлены на мембранных коробках 3, через которые они сообщаются с технологическим трубопроводом 4. Статический момент инерции 1 сечения ветвей первого камертона относительно оси ) У больше, чем статический момент инерции Ij второго камертона оносительно оси XX , при этом толщина стенки f первого камертона меньше толщины стенки & второго камертона, т.е. . Для возбуждения колебаний второго камертона применен возбудитель 5, усилитель 6, при емник 7, а для возбуждения колебани ветвей первого камертона применен возбудитель 8, усилитель 9 и приемник 10. Системы возбуждения подключены к смесителю 11 частот, который через низкочастотный фильтр 12 подключен к измерительному прибору 13.

Контролируемая среда подается по трубопроводу 4, проходит по ветвям камертонов 1 и 2 и отводи-вся по трубопроводу 4. Давление Р, а следовательно, скорость течения V среды через ветви камертона изменяется, Это Приводит к изменению собственных ча тот , fjp колебаний камертонов, которые возбуждаются (8, 9, 10 и 5, 6, 7, соответственно), разность частот выделяется в смесителе 11 и низкочастотном фильтре 12, не за- висит от изменения давления Р и скорости и течения среды. Разностная Частота f зависит только от конт

59 1 ролируемой плотности р и регистрируется прибором 13.

Основная резонансная частота из- гибных колебаний трубчатого резонатора, через который протекает контролируемая среда, определяется выражением

f.,-f, E-t-ЯуУ „,

де а - постоянная, зависящая от вида крепления концов; F - площадь проточного канала

вибратора; P,V - давление и скорость течения

контролируемой среды; 1 - длина вибратора; Р - контролируемая плотность; EI - жесткость вибратора на изгиб. Учитывая, что

aFl

2

EI

0,5

соотношение (1) можно упростить, разлагая в степенной ряд и ограничиваясь двумя членами ряда:

1 Р -f Р V f,, fp(l-aFl ) (2)

Для вибраторов рассматриваемого датчика собственные частоты при условии, что , находятся из соотношений

/.JTZ:

2 ТГ i; т, +га

(3)

,, А / Е1 ,,,

2f 2 l V m

2 uT ЛС О

где Д - постоянная; l,, длины вибраторов; m - масса единицы длины стенки

вибраторов; т, - масса жидкости; т - распределенная масса груза. Выходная частота дифференциального датчика при , равна

f - f .f / .EI -3 ip Чя 21ГР V ra,.+ni

EI

- 2

(5)

При P -и V выходная частота f- p

P + P V

,p(l-aFl -2-|г- ..O-aFljSfJLv;

P

(6)

Погрешность датчика от влияния давления и скорости течения среды находят из соотношения

cf- .v

Vp f

a.

.P- :-Mr- -irHii VP

- f

гр (7)

, Условие обращения нимает вид

1 -iLf.P i: Подставив 33 равенство

шения (3)

г

(7

В НОЛЬ при(8) (8) соотнои (4), получают

1 +

т,

(9)

1

- -ст ж

Очевидно, что равенство (9) не может быть выполнено, так как получают уравнение-f 0, не имею™сг - щее физического смысла.

Условия компенсации влияния давления и скорости потока среды имеют вид

-I 1г

получают В +Р

А +

(10)

(11)

Соотношение (11) конструктивно реализовано в предлагаемом дифференциальном датчике, что позволяет повысить точность измерения за счет ком1226159

пенсации рлияния давления и скорости течеиия контролируемой среды.

Формула изобретения

7)

ю10

15

20

Дифференциальный вибрационный : плотномер, содеря рщий два трубчатых резонатора с устройством подачи контролируемой среды в оба резонатора, системы возбуждения колебаний резонаторов , блок выделения частот резонаторов и частотомер, причем ревонато- ры имеют одинаковые длины и площади проточных каналов на различные толпда ны стенок и статические моменты инерции поперечных сечений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет компенсации погрешности от изменения давления и скорости течения среды в резонаторах, отношение статических моментов инерции сечений резонаторов определяется из уравнения

25

А +р

где

1..I. А, В

статические моменты инерции сечений резонаторов;

постоянные резонаторов, равные отношению их погонных масс к площади проточных каналов; р - значение контролируемой плотности, при котором достигается полная компенсация погрешности от изменения скорости и давления среды.

Дифференциальный вибрационный плотномер предназначен для измерения плотности жидкости в потоке с переменными скоростью и давлением в нефтехимической, химической и других отраслях промьшшенности. Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет компенсации погрешности от изменения давления и скорости течения среды в резолато- рах. Дифферёнциальньш вибрационный плотномер содержит два трубчатых резонатора с устройством подачи контролируемой среды в оба резонатора, системы возбуждения колебаний резонаторов и частотомер, причем резонаторы имеют одинаковые длины и площади проточных каналов, а также различные толщины стенок и статические моменты инерции поперечных сечений, которые определяются из уравнения Ii. .Г.. А - /i где I;, Ijj - статические моменты инерции сечений резонаторов; А, В - по-- стоянные резонаторов, равные отношению их погонных масс к площади их проточных каналов; f- значение контролируемой плотности, при котором достигается полная компенсация погрешности от изменения скорости и давления среды. 2 ил.

f