Пьезометрический плотномер Советский патент 1986 года по МПК G01N9/18 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для автоматического измерения плотности.

Цель изобретения - повьппение точности измерения температуры.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Пьезометрический плотномер содержит релейный элемент 1, вьшолненный в виде двухпозиционного регулятора с настраиваемой зоной нечувствительности, выход которого соединен с регистратором (не показан) и подан в верхнее сопло пятимембранно- го сумматора 2, первая положительная камера которого соединена с выходом задатчика 3, вторая положительная камера соединена с измерительной камерой 4, первая отрицатель ная камера соединена с атмосферой, а выход - со своей второй отрицательной камерой и через переменный дроссель 5 -г с измерительной камерой 4. Первая отрицательная камера сумма- торов соединена с пространством над поверхностью контролируемой жидкости, а выход - с входом релейного элемента 1 и через дроссельньй делитель 7 со своей второй отрицательной камерой. Давление питания подано на вход релейного элемента 1 и сумматора 6 непосредственно, а на вход задатчика 3 - через постоянный дроссель 8. Выход преобразователя 9 температуры соединен с первой положительной камерой третьего сумматора 10-, вторая положительная камера которого соединена с измерительной камерой 4, отрицательная камера соединена с выходом задатчика 11, а выход - с первой положительной камерой сумматора 6, вторая положител ная камера которого соединена с атмосферой.

Принцип работы плотномера заключается в том, что в инерционном звене, состоящем из измерительной камеры 4 и переменного дросселя 5, ffa ление в камере достигает некоторого заданного значения тем быстрее, чем меньше величина емкости. Объем измерительной камеры зависит от уровн жидкости в ней, который, в свою очередь , зависит от плотности контролируемой жидкости.

В начальный момент времени выход сумматора 10 (Р,) равен давлению в измерительной камере 4 (, ) вы

ход сумматора 6 (Р) равен нулю. Выход релейного элемента 1 (Р) равен единице (двухпозиционный регулятор настроен на минимум). На выходе сумматора 2 (Р, ) давление будет рав- но давлению от задатчика 3 (Р) и давлению в измерительной камере 4 (Р«г)

р р +р г 3

(1)

Расход газа Q через дроссель выражается зависимостью

(Pa-P.),

(2)

ts

20

где Э проводимость дросселя 5, Из уравнений 1 и 2 следует:

(3)

Следовательно, измерительная камера 4 заполняется газом с постоянным расходом, не зависящим от давления Рц и давления Р„ над поверхностью контролируемой жидкости. При заполнении измерительной камеры 4 воздухом жидкость вытесняется, объем камеры растет, происходит рост давления Р за счет увеличения гидростатического давления РГ .

Рц РЬ +РГ

РГ f8h,

(4) (5)

где

f- плотность контролируемой

жидкости; g ускорение свободного падения;

h - уровень жидкости в измерительной камере 4 по сравнению с уровнем жидкости в сосуде .

Давление на выходе сумматора 6 равно

Р; К(Р,-Р, ) ,

(6)

0

45

где К - коэффициент, настраиваемый дросселями дроссельного делителя 7. Давление на выходе сумматора 10

равно

(7)

Из

(8)

р р +р -р

10 S 9 11

уравнений 4-7 следует

,.н-;Р,-P,,)J K pgh-b ,JJ .

Заполнение прекращается после того, как давление Р достигнет давения срабатьшання релейного элемента 1. После срабатьшання элемен3

та 1 на его выходе возникает давление Р, 0. Начинается процесс разгрузки измерительной камеры 4 через дроссель 5 и оба сопла сумматора 2 атмосферу. Разгрузка заканчивается тогда, когда давление Р достигнет давления нижнего предела срабатьша- ния элемента 1. Давление на его выходе станет равным единице, т.е. . Вновь начинается процесс заполнения измерительной камеры 4 сжатым воздухом.

На вькоде релейного элемента I возникают прямоугольные импульсы, частота следования которых является функцией плотности.

Плотность контролируемой жидкости имеет следующую температурную зависимость;

(J-0 vt-tj,

(9)

где р. - плотность жидкости при температуре;Я, плотность жидкости при ноН

минапьной температуре; d. - коэффициент объемного расширения жидкости. Преобразователь 9 температуры измеряет температуру контролируемой жидкости и преобразует в пневматический сигнал:

Р, ct, c const (10)

Задатчиком 11 выставляется давление

P,,ct,

)

В случае равенства текущей температуры контролируемой жидкости с номинальной уравнение (8) преобразуется в следующее:

Р, K-pgh(12)

Таким образом, при предлагаемое устройство работает так же, как и известное.

Рассмотрим случай, когда .

Согласно формуле (9) плотность жидкости уменьшится на величину

Ar-f.-f,-f,d(t-tj. (13)

Поэтому гидростатическое давление Рр будет уменьшено на величину ДР,,

,(t-tH)gh (14).

Плотность контролируемой жидкости при пересчете на номинальную температуру создает необходимое гидростатическое давление для срабатыва26161

ния релейного элемента 1, но при температуре t еще нужно накапливать газ на величину йР

При gh согласно уравнению (3)

5 -uPf.(ct-ct)T , -fnOKt- t)gh+c (t-trt ) , (t-tn) gh+oif gh(t-t)KP,Kfgh. 05)

Таким образом, несмотря на повы- 0 шение температуры контролируемой жидкости, частота следования прямоугольных импульсов 1 является функцией плотности контролируемой жидкости при номинальной температу15 понижении температуры на ut

плотность жидкости.увеличивается на величинул Р .

ДР 9н01Л (16)

20

Плотность жидкости будет меньше,

чем номинальное значение, а гидростатическое давление больше па дР, т.е. Р +ДРг . Тогда

25 ,+(с1-сЦ)

+&РГ -сAt , + (17) +UP,-8Р,К-Р, Kpgh

Из этого следует, что несмотря на понижение температуры контролируемой жидкости, частота следования прямоугольных импульсов является функцией плотности жидкости при номинальной температуре.

35 Формула изобретения

Пьезометрический плотномер, содержащий сосуд с постоянным уровнем контролируемой жидкости и располо женной в нем измерительной камерой и преобразователь пневматических импульсов, выполненный в виде релейного элемента, в цепи отрицательной обратной связи которого содержатся /

5 последовательно соединенные переменный дроссель и измерительная камера, а также первый сумматор, включенный по схеме усилителя, отрицательная камера которого соединена с

50 надуровневым пространством контролируемой жидкости, а выход релейного элемента соединен с соплом второго сумматора, выход которого соединен с входом переменного дросселя,

55 одна положительная камера второго

сумматора подключена к первому задат- чику, а другая - к измерительной камере, а отрицательная камера соединена с- атмосферой, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности плотномера, в нем установлены преобразователь темпера туры с пневмовыходом, третий, пяти- мембранный, сумматор и второй за- датчик, причем выход преобразователя температуры соединен с первой

положительной камерой третьего пяти- мембранного сумматора, вторая положительная камера которого соединена 5 с измерительной камерой, отрицательная камера соединена с выходом второго задатчика, а выход - с первой положительной камерой второго сумматора.

Составитель О.Гудкова Редактор Н.Тупица Техред В.Кадар Корректор и. Эрдейи

...-И -Г-,- -П, -, ,1- -L.

Заказ 21 16/34 Тираж 778Подпис-ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий , 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерительной технике. Плотномер построен на пневматических сумматорах, включенных уа входе ц, выходе релейного элемента , причем сумматоры подключены к задатчикам, измерительной камере сосуда с постоянным уровнем контролируемой жидкости и надуровне- вому пространству контролируемой жидкости. В плотномере на выходе релейного элемента возникают прямоугольные импульсы, частота следования которых является функцией плотности при номинальной температуре. 1 ил.