Пьезометрический плотномер жидкости Советский патент 1986 года по МПК G01N9/28 

Изобретаняе относится к контролт-- но нзмерительной технике, является усовер1пенствоЕ; -Г;гс:ч пьезометрического плотно;-.ара жидкости по явт;, ев № 107828,к. может быть испопьзова- но дг(я измерения ппотностк .тли уровня раздела ,фаз двух разнородных жидкостей в нефтеперерабатываюше;Й5 хи- мическор б пищевой к других отраслях прО1 1шленности

Цель изобретения - pacun-i peiri-ra функциональных возможно стек и:-; вест- ного пьезометрическог о плотномера путем учета завкс гмости выходного сигнала от изменения уровня раздела фаз дву:х разнорсдге.гл ш-гдкостейо

На чертеже представлена схема пьезометрического плотномера жидкости способного измерять уровень раздела фаз разнородных жидкостей в

Плотномер содержит д зе пьезометрические трубки 1 и 2j погруженные в контролируемую жидкость на различную глубину и соединенш,е с входами сумматора 3, выходной сигнал которого подан на первый вход элемента 4 сравнения с выходными каналами 5 и 6, кот::рый в свою очередь соединены с упраБЛяюшимт взводами нормально закрытых пне , ;о лап -яно0 7 и 8„ Пкевмо-- клапаны соединяют выход генератора пневмоимпульсов 9 с реверсивными входами нневматического шагового двигателя 10 и двоичного счетчика 11 пневмоимпульсов. Преобразователь 12 угла поворота шагового двигателя в давление соединен с вторьш входом элемента 4 сравнения, К выходу двоичного счетчика 11 пневмоимпульсов подключен первый вход блока 13 ук- ножекияо Кроме этого блока з схеме уравнемера введены блок вычитания 14, задатчнки 15-17 и двухпазкикон- ный четыре;кпо.пюсный переключатель 18 реяммов работы. Второй вход блока 13 умножения через первый Зсшкнутый контакт 1 чтгрекл;очателя 18 р ежимоЕ соединен с выходом первого задатчи- ка 5s а через первый разомкнутый контакт - с задатчиком 17, Выход блО ка 13 умножения через второй замкнутый контакт II переключателя 18 подключен к выходному каналу устройства .1 через второй разомкнутый контакт - X вьгчитак) входу блока 14 вычита- }чия, на вычитаеьый вход которого че }эез третий ра;10 .гл-ут;ыи контакт III 1ереклю-ч;ата,г;я 18 юлд лючен второй

5

3

задатчик 1G, Выходной сигнал бпокз 4 вычитания через четвертый разомкнутый контакт IV переключателя 18 подключен к выходному каналу устройства. Кроме того,, вторая пьезометрическая трубка 2 снабжена дополнительно направляющей 19 с фиксатором 20.

Указанная схема может функционировать в режиме пьезометрического плотномера жидкости или пьезометрического измерителя уровня раздела двух разнородных жидкостей в контролируемой емкости.

При работе в режиме измерителя плотности однородной контролируемой жидкости переключатель 18 режимов работы устанавливается в положение изображенное на чертеже, которому соответствует замыкание полюсов с верхними контактами переключателя. При этом на второй вход блока 13 умножения подключается задатчик 15, а его выход соединяется напрямую с выходным каналом устройства, Задатчики 16 и 17, блок 14 вычитания в данном положении переклкп чателя 18 отключены..Исходное состояние измерителя плотности характеризуется тем, что на выходах сумматора 3, преобразователя 12 и элемента сравнения 4 установлены нулевые сигналы. Клапаны 7 и 8 закрыты, импульсы с выхода генератора 9 на входы шагового двигателя 10 и счетчика 11 не поступают. Выходной вап двигателя и преобразователь зафик- сирован в нулевом положении, на выходах двоичного счетчика пневмоимпульсов 11 установлены нули.

При заполнении .емкости контролируемой жидкости на входах сумматора 3 появляются сигналы давления Р, и Р,, которые соответственно равны Р., PgH, и ,E, где р плотность контролируемой жидкости, g - уско- рение земного притяжения, Н и Н„ - соответственно глубина погружения первой и второй пьезометрических трубок. Перепад давления на выходе сумь :атора 3 определяется как

,-FgH,/ g4H. (1)

Это приводит к рассогласованию сьзгналов на входах элемента 4 сравнения, так как на второ его входе присутствует нулевой сигнал от преобразователя 12, Рассогласование, входных сигналов элемента 4

сравнения приводит к появлению на выходе 5 единичного сигнала, который открывает пневмоклапан 7, При этом пневматические импульсы с генератора 9 начинают поступать на прямой вход пневматического шагового двигателя 10 и двоичного счетчика 11 пневмоимпульсов. После каждого поступившего импульса шаговый двигатель 10 поворачивает выходной вал на угол (цена шага двигателя), а двоичный счетчик преобразует поступивший импульс в соответствующую кодовую комбинацию на выходе. Импульсы с генератора 9 поступают на двигатель 10 и счетчик 11 до тех пор, пока сигналы на входах элемента сравнения не уравниваются и не выполняется условие.

,.

(2)

де Рв,п(.„р- давление на выходе преобразователя;

с - коэффициент преобразования преобразователя;

N - количество пневматических импульсов, поступивших на прямой вход шагового двигателя, и двоичного счетчика. Из (2) вытекает, что

: - 1(НГЙ; ° - (3)

Ввиду того, что все величины в правой части уравнения (3) являются постоянными (кроме N), то имея на выходе двоичного счетчика число N (преобразованное в соответствующую двоичную комбинацию) и умножая это число в блоке 13 на постоянный коэффициент К , равный с /guH и заданный задатчиком 15 в двоичной форме, получают на выходе блока 13 умножения, а через второй элемент замкнутого контакта переключателя 18 и на выходе устройства значение плотности контролируемой ткидкости

,.N

(4)

В двоичном коде.

Изменение значения пготности контролируемой жидкости в сторону умень шения приводит к повторному рассогла сованию сигналов на входах элемента 4 сравнения и появлению единичного сигнала на выходе 6. При этом открывается пневмоклапан 8 и импульсы с генератора 9 поступают на реверсивные входы двигателя 10 и счетчика П, 5 что приводит к восстановлению равновесия сигналов при новом уменьшенном количестве пневмоимпульсов в счетчике 1 и соответствующей кодовой комбинации на его выходе и выходе

10 устройства после умножения этой ком- бинации на постоянный коэффициент в блоке 13.

Для осзпцествления контроля за изменением уровня раздела двух жидкос- 15 тей в области между срезами двух пьезометрических трубок переключатель 18 режимов работы устанавливается в противоположную изображенной на чертеже позицию. При этом, к второму

20 входу блока 13 умножения подключается задатчик 17, выход блока умножения через переключатель подключается к вычитающему входу блока 14 вычитания на вычитаемый вход которого подключа25 ется задатчик 16, а выход блока 14 подключается к выходному каналу устройства.

После переключения в режим измерителя уровня раздела двух жидкостей 0 устройство работает следующим образом..

Если уровень раздела жидкостей Нр находится между срезами пьезометрических трубок 1 и 2, то давление на 5 входах сумматора 3 определяется сле- дзпощими выражениями:

Р, ,gHp+p gKp; (5)

0 P. . (6)

где р - плотность жидкости в нижнем

слое;

глуби

рической трубки 1;

Н - глубина погружения пьезомет45

50

55

f - плотность жидкости в верхнем слое;

Н - глубина погружения пьезометрической трубки 2; Нр - контролируемый уровень раздела двух жидкостей. Давление на выходе сумматора 3 при таком режиме работы определяется следующим выражением:

,-Hp()-p,gK. (7)

Перепад давления с выхода сумматора 3 поступает на первый вход элемента 4 сравнения. Однако на втором

входе элемента сравнения перед началом процесса измерения был устанот;- лен нулевой сигн.зл с выхода преобря- зователя 2, ко орсму соотве- ствова- ло кулевое положение 1 :/гкидкс: о з;.ша шагового двигателя Ю ь нутиззь ё вь.- ходные сигналы а счетчике , , Чг-лгд-- ствие рассогласования си- . нл Еходйх этемекта 4 срал; - чя. на выходе 5 исявлкетск еднни 1кый сяг- нал которьйр открьшая пневкоюшпак 7j разрешает поступление импулъссз с генератор 9 на прямой вход двига- теля 10 г; двоичного с ч:етчика II,. Иос ле кйзкдого поступившего 1 мпульса двигатель 10 повот ачивает ::;:з;ход;юи вал ка УГО.Т. Л , а двоичк;:. сч-етчик 1 1 преобразует ег в cooTBeTCTn -Kiiiryio кодовую котп6ина -,,; ;(- кз сроем - де. Угол поворота ПаПа ь:агсйого г;:чт1-- гателя 10 преобразуете ; т COOTS SVCT-- вующее TiB.neji-it:: пре -бразователз л 12 до тех пер; пока не гыпо :;няегся ус-- лоЕие, ак::: гогичяое условию (2 с Од-- нако и перепад п,авг;екия на выхо:ле сумматора йР и давление Р,,|,;,Г,Р - Е-Ы- ходе преобразователя : Г Б данном случае оггределяются y -ra PHi-i M уровня раздела дву:х 7к-;1дкосте-а,. :.- ;- вчдн-:

выражения

лР-ПзН,Ч{ЛЛк- Я,д;--,«Ч ..п. 8

1.;з которого вытекает, что

н . я,,

я ё+)-и

Так как в правой част;; уравиекия все величины (кром л N) постоянны то это уравнение можно записать сло- дую дим о 6 р а 3 о м:

Н К -К -N,

Р, рк, - я. рн,.

..,„ If - ...Ibi...i,& :-- :. -rj

P,

постоянньге коэффициентиг, При положении ч- - рекпючгталя ргик- мов работы, соотзет струищем измерения уровня раздела фаз днух жидкостей, постоянней коэфАчцкек ; К, выставленный с помощью зaд; ж;:;,; подключается г вычитаемог- у входу блока 14 вычитания,, а ПОЕ-ТОЯННЫЙ коэр фициент, яыставлянный задгтч- хом I, подается на вход блока 13 у№ложе.т-1Я, в котором перемножается с тзыходньтм сигналом двончного счетчика иневмо06

:чмггульсов,5 Результат умножения через второй вход переключателя режимов работь поступает на вычитаемый вхО Д блока 14 ;зо5читанкя, с выхода которо- го результат, соответств ясщий выражению ()0)s через четвертый вход переключателя пос7 у ет в выходной канал устройстьа

Та :им .оОра; ом, введение Б схему известного г ьезо е 1-рического плотномера лшдтсоети с кодовым выходным Г1ереклгочатг,;:я режимов работы блока ум5- о/:; ения, бчока вычитания и тр ;х задач чикон, оггерирующих с двоичными числами 5 позволяет vic- ;1ОЛоЗС1;,ът/ едко и то же устройство л зависичсс гя от пр :и 1зводстненнг;й неоуходккостн или в режиме KSNfepH- теля ГЛОТНОСТГ-; контрсл:Ируеь:сй сре- ды. Или в рС;;:-сиг-::е измерителя уровня аздела жидкостей, что pscn,.;- рй ет фу кдиональньге возможность устройстве : ;; следовательно, области и возможч7:;тн его применения при авто- матизадии раэнообразнызс технологических процессоз в разл чных отраслях промьпшпенности. Кроме того, много- Фун:к,диокальк;)сть 1тредлагаемсг о уст-- ройстЕн позЕОляег повысить ::-тепень ати4 :: :адик э.г ементчой и конструктив- яой приборов, вьгполняющкх раз- -I uibje функции,,

Направляющая -У и :;атор 20 предлазийчень для дозмож;состн изме-- .дг- зпй -па измерения yposKK раз- .лглг AKVJ: р ,.;Hb,v ; жидкостей пу- , УС iVJoTSKH :.раал: второй пьезо MP i t.M -iC KoS трупкк на требуемой r ;/c;ii- KG-. 1,о.: jr: vsMC-H амкостИ;, что,, S 4,;i;o:u С -арепь, также расширяе:; функ- ; -i-jtu;, .-.oit во.:г :ожн;К: гу-« как плотномера,, : -гз-л ьру. 1 :лл У15ОВНЯ р&зде- , - ;-;идК .;стей.

Звeдe lиe .а хс му трех задатчиков позволяет устанавливать устрой- ,.г;у;т„ работающее д люРюм ня нозможных pe}iCKiy;oB измерения г ил любых типораз- r-iepa t гхнс.7ог1;ческИ;(: емкостей при jKo6bf геометрически;;: раз:;зра.-; гьезо- ;. атркЧ 1ч;кк Трубок и глубина Кл перруженгал,, 1 ак как ; помощью задатчи- кол южко задать ,л;ооые значения коэф Лнцйентой. учитывающих все возможные И;.;- гнеьия в размерах а- еяометричес- ккк груо лс к еккоптей без необходи- мости вкесеикя конструк-гивных кзме- -енмй. опредапяюгикх цеьу шага двигателя vf коэффищ гнт передачи преобраэо- чателя 12.

71

Формула изобретения

Пьезометрический плотномер жидкости по авт.св. № 1078281, отличающий ся тем, что, с це.|;ью расширения функциональнъ х воэможкос- тей и области применения путем учета зависимости; выходного сигнала от изменения уоовкя раздела ф: а двух разнородных жидкостей, в него допол- нительно введены блок умножения, блок вычитания, три гадатчика и переключатель режимо.в работы, при этом выход двоичного счетчика плотномера соединен с первым РХОДОМ блока умно- жения, второй вход которого через первый нормально замкнутый какал переключателя режиг ч в рйботы соединен с выходом первого задатчгка, а через первый нормально разомкнутый канал

08

переключателя режимов работы - с выходом третьего задатчика, выход блока умножения через второй нормально замкнутый канал переключателя режимов работы подключен к выходу плотномера, а через второй нормально разомкнутый канал переключателя режимов работы - к перво {у входу блока вычитания, второй вход которого через третий нормально разомкнутый канал переключателя режимов работы соединен с выходом второго задатчика, причем выход блока вычитания через четвертый нормально разомкнутый ка- на.п переключателя режимов работы соединен с выходом плотномера,

2. Плотномер по п. 1, отличающийся тем, что вторая пьезометрическая трубка снабжена вертикальной направляющей и фиксатором.

Пьезометрический плотномер жидкости может быть использован в. нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промьтшенности. Выполнение устройства позволяет расширить его функциональные возможности как за счет возможности работы в режиме измерителя плотности или измерителя уровня раздела двух жидкостей, так и за счет возможностей перенастройки прибора без конструктивных изменений за счет изменений постоянных коэффициентов с помощью задатчиков. В схему плотномера дополнительно введены блок умножения, блок вычитания, три задатчика и переключатель режимов работы, при этом выход двоичного счетчика плотномера соединен с выходом блока умножения, на второй вход которого через первый замкнутый канал переключателя режимов работы подключен первый задатчик, через первый разомкнутый канал - третий задатчик, выход блока умножения через второй замкнутый канал подключен к выходному каналу устройства, а через второй разомкнутый канал - к вычитающему входу блока вычитания, на вычитаемый вход которого через третий разомкнутьй канал подключен второй задатчик, а выход блока вычитания через четвертый разомкнутый канал подключен к выходному каналу устройства. Кроме того, вторая пьезометрическая трубка снабжена вертикальной направляющей и фиксатором. Плотномер содержит две пьезометрические трубки, погруженные в контролируемую жидкость и соединенные с входами сумматора, выходной сигнал которого подают на первый вход элемента сравнения. Выходы элемента сравнения соединены с управляющими входами пневмоклапанов, к входам которых подключен выход генератора, а выходы которых соединены с входами двоичного счетчика и пневматического шагового двигателя, который через преобразователь угла поворота подключен к второму входу элемента сравнения, 1 з.п. ф-лы, 1 ил. § (Л IN9 СЛ i к

1

f

.

-30

:т

Составитель Б,Лпсксееа Редактор С.Лисина Техред З.Чижмар Корректор С,Шекмар

Заказ 44П1/37 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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