Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе Советский патент 1992 года по МПК C13F1/02 G01N22/00 

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано для автоматического измерения плотности сахарных растворов, транспортируемых по ( трубопроводам.

Известен проточный плотномер жидкости, содержащий генератор сверхвысокочастотных колебаний, циркулятор, цилиндрический резонатор с антенной специальной формы, смеситель, усилитель и регистрирующий прибор. Колебания направляются с генератора в цилиндрический резонатор через циркулятор вокруг отрезка трубопровода с жидкостью. Возбуждение колебаний в резонаторе производится при помощи антенны специальной формы. При несовпадении собственной

частоты резонатора с частотой поступающих колебаний значительная доля энергии отражается назад в циркулятор и оттуда поступает в направленный ответвитель, где разделяется на две части. Одна из них идет в генератор. Другая часть подается на смеситель, куда через аттенюатор приходяттак- же колебания опорного СВЧ-генератора. Разностная частота с выхода смесителя усиливается и используется в качестве меры плотности.

Указанный плотномер конструктивно сложен и обладает высокой погрешностью, обусловленной изменением температуры в потоке.

Известно устройство для определения бикомплексных материалов, содержащее

генератор сверхвысокочастотных колебаний, три вентиля, сверхвысокочастотный переключатель, два сверхвысокочастотных резонатора, преобразователь частоты, частотомер, вычислительный блок, измеритель мощности, формирователь временных интервалов, усилитель, переключатель, осциллограф и два сверхвысокочастотных детектора.

Данное устройство обладает невысокой точностью измерений и достаточно сложно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство ДА измерения плотности сгущаемых растворов сахарного производства, содержащее высокочастотный генератор с частотным модулятором, выход которого соединен с измерительной ячейкой, и последовательно соединенные детектор, преобразователь и регистрирующий прибор. Прицип действия устройства заключается в определении периодической последовательности видеоимпульсов в форме резонансной кривой с временным интервалом между вершинами соседних импульсов, пропорциональным плотности контролируемой среды,

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений вследствие одновременного влияния температуры и концентрации сухого вещества на плотность.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее детектор, регистрирующий прибор, измерительный элемент, размещенный внутри трубопровода, и высокочастотный генератор, подключенный первым выходом к измерительному элементу, введены блок деления, два вычислительных блока, измеритель частоты и измеритель амплитуды, а измерительный элемент выполнен в виде отрезка длинной линии и подключен к входу детектора, выход которого соединен с входом измерителя амплитуды, первый вычислительный блок подсоединен выходом к первому входу блока деления, подключенного выходом к входу регистрирующего прибора, а вторым входом - к выходу второго вычислительного блока, подсоединенного первым входом к выходу детектора, а вторым входом - к второму выходу высокочастотного генератора и к входу измерителя частоты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе; на фиг. 2 - зависимость частоты, высокочастотного сигнала от изменений концентрации М и температуры череды; на фиг. 3 - зависимость амплитуды высокочастотного сигнала от изменений концентрации температуры с реды; на фиг. 4 соотношение измеренной и рассчитанной опытным путем плотности среды.

Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе содержит размещенный в трубопроводе

1 измерительный элемент 2 в виде отрезка длинной линии, измеритель 3 амплитуды, детектор 4, высокочастотный генератор 5, измеритель 6 частоты, первый 7 и второй 8 вычислительные блоки, блок 9 деления и

регистрирующий прибор 10.

Высокочастотный генератор 5 подключен первым выходом к измерительному элементу 2 и к входу детектора 4, выход которого подсоединен к входу измерителя 3

амплитуды. Выход первого вычислительного блока 7 соединен с первым входом блока 9 деления, подключенного выходом к входу регистрирующего прибора 10 и вторым входом к выходу второго вычислительного блока 8, подсоединенного первым входом к выходу детектора 4 и вторым входом к второму выходу высокочастотного генератора 5 и к входу измерителя 6 частоты.

Устройство для определения плотности

сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе работает следующим образом.

В рассматриваемом случае зависимость плотности р сахарного сиропа от концентрации сухого вещества М и температуры t в

потоке контролируемой среды в трубопроводе можно записать в виде

/9 aiM+bit+ct,

0)

где at- коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости плотности р от изменения концентрации сухового вещества М;

bi - коэффициент пропорциональности,

рассчитываемый из зависимости плотности рот изменения температуры t; ci - постоянная величина. Из выражения (1) видно, что определение плотности контролируемой среды в трубопроводе 1 требует одновременного измерения концентрации Ми температуры t в потоке сахарного сиропа. Для этого эффект взаимодействия электромагнитных волн с измеряемой средой, заключающийся

в оценке характеристик (амплитуды, частоты и фазы) электромагнитных колебаний, связанных с электрофизическими параметрами (диэлектрической проницаемостью, проводимостью) контролируемой среды.

может быть использован для получения информации о концентрации и температуры в потоке. В соответствии с этим в устройстве измерительный элемент 2 выполнен в виде отрезка длинной линии и размещен в трубопроводе 1. Для образо- вания электромагнитного поля, взаимодействующего с измеряемым потоком в трубопроводе 1, возбуждают измерительный элемент высокочастотными колебаниями с выхода высокочастотного генератора 5. При отсутствии потока с помощью измерителя 3 амплитуды и измерителя 6 частоты в момент резонанса определяют амплитуду напряжения на выходе детектора 4 и собственную частоту колебательной системы, образованной высокочастотным генератором 5 и измерительным элементом 2, использующим резонансные свойства отрезков длинных линий. По результатам амплитудного и частотного измерений проводимости измеряемой среды, характеризующей электрофизическое свойство сахарного сиропа (фиг. 2 и 3), получают первичную информацию о параметрах М и t и их изменении в потоке.

В.общем виде выражение для резонансной частоты f измерительного элемента 2, связанной с определением плотности рс учетом одновременного изменения концентрации Ми температуры t, может быть представлено в виде

D2t+C2,

где 32- коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости частоты f от изменения концентрации М;

02 - коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости частоты f от изменения температуры t;

С2 - постоянная величина.

Аналогично при амплитудном измерении зависимость напряжения U на выходе детектора 4 от изменений параметров М и t имеет вид

У азМ+Ьзг+сз,

где аз - коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости напряжения U от изменения концентрации М;

Рз коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости напряжения U от изменения температуры t;

сз - постоянная величина.

Совместное решение приведенных выражений с соответствующим преобразованием позволяет записать выражение для плотности в виде

ai b2 U - ai Ьз f + bi аз f - bi 32 U

D2 ЭЗ - 32 Ьз

где первый определитель

Ь233-Э2Ьз

31 32

аз

bi -1 b2 О Ьз О

и второй определитель 15 a2b2U-aib3f+bia3f-bi32li

at bi 0

32 Ь2 f

аз Ьз U

20

третьего порядка.

Полученный алгоритм показывает,

что при одновременном изменении кон- центрации М и температуры t в потоке

25 выходные амплитудно-частотные характеристики измерительного элемента 2 с дальнейшей обработкой первичной информации могут быть использованы для определения плотности сахарного сиропа

30 в трубопроводе 1.

В предлагаемом техническом решении реализацию указанного алгоритма осуществляют тем. что в первый вычислительный блок 7 вводят значения коэффициентов 32,

35 аз, Ь2 и Ьз и на его выходе получают результаты, соответствующие первому определителю. Во второй вычислительный блок 8 помимо коэффициентов ai, 32, аз, bi, b2 и Ьз вводят дополнительно текущие значения

40 напряжения U и частоты f и на его выходе получают результат, соответствующий второму определителю. Информативные преобразованные сигналы, снимаемые с выходов первого 7 и второго 8 вычислитель45 ных блоков, поступают соответственно на первый и второй входы блока 9 деления, производящего расчет отношения первого и второго определителей. После этого сигнал с выхода блока 9 деления поступает на вход

50 регистрирующего прибора 10, в котором отображается результат измерения плотности измеряемой среды.

В предлагаемом устройстве для оценки погрешности измерения плотности из5 меряемой среды может быть использована зависимость (фиг. 4) плотности /а,3м, рассчитанной по измеренным величинам U и t. от плотности р. определяемой опытным (весовым) путем.

Использование изобретения позволяет повысить точность контроля плотности сахарного сиропа вследствие одновременного проведения амплитудного и частотного измерений, характеризующих концентрацию сухого вещества и температуру сахарного сиропа в потоке.

Формула изобретения

Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе, содержащее детектор, регистрирующий прибор, измерительный элемент, размещенный внутри трубопровода, и высокочастотный генератор, подключенный первым выходом ;к измерительному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок деления, два вычислительных блока, измеритель частоты и измеритель амплитуды, а измерительный элемент выполнен в виде отрезка Длинной линии и подключен к входу детектора, выход которого соединен с входом измерителя амплитуды, первый вычислительный блок подсоединен выходом к

первому входу блока деления,-подключенного выходом к входу регистрирующего прибора, и вторым входом - к выходу второго вычислительного блока, подсоединенного первым входом к выходу детектора и вторым входом - к второму выходу высокочастотного генератора и к входу измерителя частоты.

10

20

30

ои

ol

Фиг. 2

Др

Поток

50

50

70

Ј67 5Г оо 159 «Г

М,#

to.J

M;«

1252,8

Ч13ГЛ., РОД

1247,8

1237,8

1232,8

1227,8

1222,8 1227,8 1232,8 1237.8 1242,8 1247,8 1252,8

Фиг.Ц

рдм