Способ определения плотности движущейся среды Советский патент 1990 года по МПК G01N9/00 

И:

тель зова пото

обретение относится к измери- ой технике и может быть исполь- о для .создания автоматических ных плотномеров различных сред

в нейтяной, нефтехимической и других отр.аалях промьшшенности.Цель изобретения - повышение точности измерения в заданном динамическом диапазоне изменений плотности среди и обеспечение линейности статическе

и функции преобразования.

Сущность способа поясняется структурнст еже В (изгр

по КС

и схемой,представленной на чери заключается в следующем. |3буждают вынужденные поперечные бные) колебания закрепленной. . |нцам трубы по заданному закону

у у(х, t)

(1)

где X - координата произвольного се- . .. чения трубы, у - прогиб (виброперемещение)

трубы в этом же сечении, t - время.

При этом возбуждение осуществляют так, что максимум виброперемещения. У/макс приходится на середину трубы X 1/2, где 1 - длина закрепленного участка трубы, что соответствует первой нечетной форме собственных коле- . баний.

Затем определяют отношение синфазной с виброускорением у составляющей суммы полных акустических давлений среды на стенку трубы в сечениях X j| и Xj, равноудаленных от ее концов в плоскости колебаний виброо

00

3

ускорения в сечении трубы х,- в соответствии с формулой

AC&JX, , t) + P(xt,t л -.,- ,„

5( -.Г 2

где P(x4,,t) и.

P(x2,t)

Р

y(x,,t)

-мгновенные значения полного акустическог давления в плоскости колебаний в сечениях х и Х2 трубы соответственно ,

-плотность среды ,

-линейньй коэффициент преобразования плотности в акустические давленияJ

-мгновенное значение виброускорения в сечении х,}

А g- оператор вьделения

синфазной с виброускорением составляющей суммы акустических давлений.

При этом предполагается, что чувствительные элементы датчиков акустического давления сообщаются с внутренней поверхностью стенки трубы или расположены заподлицо с этой поверхностью, а виброускорение измеряется датчиком, который располагается в произвольном сечении х (в частности, при X X,) и может разнещаться непосредственно на трубе.

На чертеже представлено устройство, .с помощью которого осуществляют способ.

Устройство содержит закрепленную по концам трубу 1, датчики 2 полного акустического давления (например, пьезоэлектрические), закрепленные на трубе 1 на равных расстояниях L от ее концов и воспринимающие акустическое давление со стороны среды в плоскости колебаний Х-О-У, датчик 3 виброускорения (например, пьезозлектри- , закрепленный на трубе в сечении X, L), электромагнит 4, питаемый от генератора 5 переменного тока, суммирующее звено 6, синхр он- ный (фазовый) детектор 7 и делительное звено 8.

При этом предполагается, что в состав фазового детектора 7 входит фидьр нижних частот, подавляющий высокочастотные составляющие выходно- сигнала Uc фазового детектора.

1.4

Устройство работает следующим образом.

Электромагнит 4, питаемьй от гене- - ратора переменного тока с частотой j СО возбуждает на этой же частоте поперечные колебания трубы 1. При зтом в составе сигналов U и U, вы- рабатьшаемых датчиками 2 давления, г Q появляются составляющие, обусловленные суммарной гидродинамической силой. Сигналы U4 и и поступают на вход суммирующего звена 6, в результате чего на его выходе образуется суммарный сигнал Ug. Этот сигнал поступает на сигнальный вход С фазового детектора 7, управляемого напряжением Uy,, поступающим на его управляющий вход У с датчика виброускорения.

Сигнал Uf с выхода фазового детектора (представляющего собой постоянную составляющую) поступает на вход делительного звена 8. На другой вход делительного звена 8 поступает сигнал Чуу с датчика виброускорения. В состав звана 8 входит амплитудный детектор и сглаживающий фильтр (не показаны), благодаря чему вьделяет- ся постоянная составляющая сигнала и, подаваемого на вход звена 8.

На выходе звена 8 образуется знакопостоянный сигнал Up, вьтражаемый формулой

5

0

5

0

и К(.К.,КсК Гп к D Крр

Р

к

W

(3)

где К

Р

0

5

0

5

- статический коэффициент преобразования устройства; Кр, Кц, Kf

Krt И Луу - соответственно статические коэффициенты преобразования датчиков 2 давления суммирующего звена 6, фазового детектора 7, делительного звена 8 и датчика 3 виброускоренияi С- коэффициент преобразования плотности в акустические давления.

В условиях применения способа при ограниченной мощности системы возбуждения колебаний кода чувствительность к инерционной силе является, недостаточной (например, из-за значительного

уровня акустических помех), воз- букдение вынужденных поперечных коле 5аний трубы осуществляют на собст- ве:шой резонансной частоте.

Формула изобретения

ри бы.

НИ1

сяцих ч с

П01

за;

Мб

И

ние кое и с

1. Способ определения плотности движущейся среды, протекающей внут- закрепленной по обоим концам трузаключакицийся в возбуждении вы- нуфченных. колебаний трубы и измере- ее собственных колебаний, зави- от плотности среды, о т л и - ю .щ и и с я тем, что, с целью 1ьшения точности определения в анном динамическом диапазоне из- гений плотности среды путем исключения влияния температуры, давления скорости и обеспечения линейности статической функции преобразования, дог олнительно измеряют виброускоре- трубы, а также полное акустичес давление среды на стенку трубы определяют отношение синфазной виброускорением составляющей суммы полных акустических давлений среды

сечениях, равноудаленных от ее концов в плоскости колебаний к вели-

1608491 .6

чине виброускорения, а плотность определяют по формуле

Р

1 At., t) + Р (хг, t)

С В

где .с- коэффициент преобразования}с оператор вьзделения

синфазной с виброуст корением составляющей полного акустического давления,

-, P(t) и

P(x,j,t) - мгновенные значения полного акустического давления на стенки трубы в плоскости колебаний в селениях

X , и х трубы соот- J, ветственно, У (х, t) - мгновенное значение

виброускорения в се- чении х трубы.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что возбуждение вынуженных поперечных колебаний трубы осуществляют на собственной частоте ервой нечетной формы колебаний.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность определения плотности жидкой среды, протекающей в трубе, за счет исключения влияния давления, скорости и температуры. Способ включает возбуждение вынужденных колебаний трубы и измерение виброускорения трубы, а также полного акустического давления среды на стенки трубы, по которым определяют плотность протекающей среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.