Плотномер жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N9/22 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения плотности жидкостей.

По основному авт.св. № 651230 известен плотномер жидкости, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, поплавок с постоянным магнитом,термостатированную ванну, соленоид, соединенный с блоком развертки тока соленоида и первым входом отсчетного устройства, индикатор положения Поплавка, состоящий из чувствительно катушки индуктивности, включенной в колебательный контур ВЧ-генератора ограничитель .хода поплавка, три схемы И, счетный триггер и последовательно соединенные схему ИЛИ и схему возврата поплавка, выход которой подключен к первому входу блок развертки тока соленоида.

Запускающий вход блока развертки соединен с нулевым выходом счетного триггера и вторым входом третьей схемы И, первый вход которой соединен с выходом индикатора положения поплавка и первыми входами первой и второй схем И, причем выход третьей схемы И подключен ко вторым входам блока развертки тока соленоида и

отсчетного устройства, выход которо соединен с первым входом схемы ИЛИ. Ко,второму входу схемы ИЛИ подключе выход первой схемы И, второй вход которой соединен со вторым входом второй схемы И и единичным выходом счетного триггера, ко входу косорог подключен выход второй схемы И til .

Недостаток этого плотномера заключается в том, что он имеет пог-. решность измерения, вызванную нестабильностью порога срабатывания индикатора положения поплавка. Порог срабаз ывания определяется разностью уровней сигнала индикатора положения поплавка в исходном состоянии (поплавок у дна сосуда) и при всплытии поплавка, когда происходит срабатывание. Нестабильност порога срабатывания определяется случайная ошибка измерения плотности ..

Имеются две основные причины нестабильности порога срабатывания. Первая - это тепловой дрейф частоты генератора. Вторая причина обусловлена недостаточной воспроизводимостью индуктивности катушки и, как следствие, частоты генератора при возврате поплавка ко дну сосуда

во время каждого цикла измерения, так как поплавок возвращается в разные точки дна сосуда вследствие своей асимметрии, неперпендикулярности дна сосуда оси соленоида, шероховатости дна, движения жидкости в сосуде и т.д.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в плотномер введены варикап,запоминающий конденсатор,истоковый поторитель, инвертор, три ключа, дополнительный конденсатор и два резистора, причем вход инвертора соединен с выходом индикатора положения поплавка, а выход - с дополнительныт четвертым входом блока развертки тока соленоида -и управляющим входом второго ключа, размыкающие контакты которого соединены последовательно с размыкающими контактами третьего ключа, соединенными через первый резистор с paз 1ыкaющими контактами первого ключа, при этом размыкающие контакты второго ключа соединены с первой обкладкой запоминающего конденсатора и первым входом истокового повторителя,второй вход которого соединен с выходом истокового повторителя, который через второй резистор подключен к катоду варикапа и первой обкладке допол нительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко входу инди1&атора положения поплавка причем анод варикапа, вторая обкладка запоминающего конденсатора,размыкающие контакты первого ключа и замыкающие контакты третьего ключа соединены между собой, а выход схемы возврата поплавка соединен с управляющим входом третьего ключа.

На чертеже изображена схема предлгаемого плотномера жидкости.

.Плотномер содержит сосуд 1 с исследуемой жидкостью, помещенный в термостатированную ванну 2, неподвино закрепленную на соленоиде 3 так, чтобы дно сосуда 1 было строго перпендикулярно оси соленоида 3, огранчитель 4 хода поплавка, поплавок 5, выполненный, например, из кварцевог стекла, содержа1ций магнитный цилиндрическиГл сердечник, индикатор положения поплавка, состоящий из чувствительной катушки 6 и варикапа 7, включенных в задающий колебательный контур ВЧ-генератора 8, отсчетное устройство (цифровой вольтметр) 9, фиксирующее значение тока соленоида 3, логическую схему 10, выход ко рой соединен с запускающим входом отсчетного устройства 9 и входом jj блока 11 развертки тока соленоида, обеспечивающего изменение тока соленоида по заданному закону и стабилизацию тока в момент отрыва поп. лавка 5 от дна сосуда 1, счетный

триггер 12, выход О которого соединен со входом i схемы И 10 и запускающим входом блока 11 развертки тока соленоида, а выход I соединен со входами 1 логических схем И 13 и 14, схему возврата поплавка 15, выход которой соединен с входом блока 11 развертки тока соленоида и управляющим входом ключа К-, а ;вход - с выходом логической схемы ИЛИ 16, один из входов которой соединен с выходом схемы И 14, а второй - с выходом отсчетного устройства 9; инвертор 17, вход которого соединен с выходом генератора 8, вхдами 1 схем И 10, 13 и 14, а выход с управляющим входом ключа К,, и дополнительным четвертым входом блока 11 развертки тока соленоида;истоковой повторитель 18, выход которого через резистор 19 подключен к варикпу 7 , а вход - к запоминающему конденсатору 20 и через последователь- о включенные размыкающие контакты ключей К и Kg к резистору 21 и ключу запуска К (цепь заряда конденсатора 20). Размыкающий контакт ключа К соединен со второй обкладкой конденсатора 20 и общим проводом (цепь разряда конденсатора 20) выход схемы И 13 соединен со входом счетного триггера 12.

Автоматический плотномер работает следующим образом.

В исходном состоянии через соленоид 3 течет максимальный ток и поплавок 5 притянут ко дну сосуда 1. Конденсатор 20 через размыкающие контакты ключей К ,Кп,К- зашунтирован резистором 21 и напряжение на нем равно нулю. Выходное напряжение истокового повторителя 18 также равно нулю и емкость варикапа 7 максимальна .

Вследствие этого частота генератора 8 равна минимальному значению и на входе инвертора 17 и входах I схем И 10, 13 и 14 присутствет сигнал, соответствующий логической единице. При включении ключа запуска К конденсатор 20 начинает заряжаться . через резистор 21, напряжение на варикапе 7 увеличивается, его емкость уменьшается, частота генератора 8 увеличивается и через 3-4 с становится равной значению (соответствующему порогу срабатывания) , при котором на входе инвертора 17, входах I схем И 10, 13,14 и выходе О счетного триггера 12 устанавливается сигнал, соответствующий логическому нулю. На выход инвертора 17 устанавливается 1, включается ключ К и разглыкает цепь заряда конденсатора 20. Благодаря высокому входному сопротивлению истокового повторителя 18 напряжени на конденсаторе 20, А следовательно и на варикапе 7 остается практически неизменным в течение длительного времени. Одновременно сигнал, соответствующий 1, с выхода инвертора 17 поступает на дополнительный четвертый вход блока 11 развертки тока соленоида, включая быструю развертку тока соленоида (по этому входу блок развертки- тока соленоида остается включённым до выключения ключа К. ) . Ток соленоида 3 начинает уменьшаться с большой скоростью (режим поиска) до момента всплытия поплавка 5, ко.торый при перемещении изменяет индуктивность катушки 6, уменьшая частоту генератора 8, так как магнитный сердечник поплавка заключен оболочку из немагнитного проводящег материала. Вследствие уменьшения частоты на выходе индикатора положе ния поплавка устанавливается 1. Этот сигнал через вход I схемы И 13 поступает на вход счетного триггера 12 и опрокидывает его. На выходе 1 счетного триггера 12 появляется О, а на выходе О - 1, которая по запускающему входу блока 11 развертки тока соленоида включает малую скорость развертки тока соленоида (режим подготовки отсчета). Одновременно сигнал с индикатора по-ложения поплавка через инвертор 17 выключает ключ К, а через вход I схемы И 14 и схему ИЛИ 16 поступает на схему возврата поплавка 15, так как на входе II схемы И 14 в этот момент еще присутствует 1. Схема возврата поплавка включает ключ К-з, который разряжает конденсатор , уменьшая частоту генератора 8 до исходного значения, и одновремен JIO через вход I блока 11 развертки тока соленоида скачком увеличивает ток соленоида до значения,достаточн го,чтобы притянуть поплавок 5 в исхо ное положение ко дну сосуда 1, но значительно меньше исходного благодаря тому, что при всплытии поплавок 5 упирается з ограничитель 4 хода поплавка, что существенно сокращает продолжительность.развертк тока соленоида с малой скоростью, т,е. режима подготовки отсчета. На выход И 10 сигнал с индикатора положения поплавка не поступает так как на входе Ц схемы в этот момент еще присутствует О. Через 10 с схема возврата поплавка 15 автоматически выключается, выключая ключ K-j. Конденсатор 20 начинает заряжаться и установка порога срабатывания индикатора положения поплавка происходит, как было описано выше. В момент следующего всплытия поплавка (т.е. собственно момент измерения) выходной сигнал индикатора положения поплавка через вход I схемы И 10 запускает отсчетное устройство 9, работающее в ждущем режиме, и останавливает развертку трка соленоида. На выходы схем И 13, 14этот сигнал не поступает, так как на их входах II присутствует О, Отсчетное устройство фиксирует величину тока соленоида, которая определяется в этот момент действующим на поплавок усилием, -соответствующим величине измеряемой плотности жидкости. При использовании в качестве сердечника поплавка постоянного магнита из высококоэрцитивного сплава (например, феррита бария) шкала прибора линейна. Далее сигнал с выхода отсчетното устройства, свидетельствующий об окончании счета, подается через второй вход схемы ИЛИ 16 на вхему возврата поплавка 15и цикл измерений с малой скоростью развертки и установкой порога срабатывания индикатора положения поплавка перед каждым всплытием поплавка автоматически повторяется до выключения ключа К. Испытания прибора показали, что благодаря автоматической установке порога срабатывания случайная ошибка плотномера уменьшена в 5 раз, вследствие чего абсолютная ошибка измерения плотности уменьшена в 2 раза по сравнению с основным изобретением. Формула изобретения Плотномер жидкости по авт.св. № 651230, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен варикап, запоминающий конденсатор истоковый повторитель, инвертор, три ключа, дополнительный конденсатор и два резистора, причем вход инвертора соединен с выходом индикатора положения поплавка, а выход - с дополнительным четвертым входом блока развертки тока соленоида и ,управляющим входом второго ключа, размыкающие контакты которого соединены последовательно с раз№акающими контактами третьего ключа, соединенными через первый, резистор с размыкакядими контактами первого ключа, при этом размыкающие контакты второго ключа соединены с первой обкладкой запоминающего конденсатора и с первым входом истокового повтррителя, второй вход которого соединен с выходом истокового повторителя, который через второй резистор подключен к катоду варикапа и первой обкладке дополнительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко входу индикатора положения поплавка, причем анод варикапа, вторая обкладка запоминающего конденсатора, размыкающие контакты первого ключа

и замыкающие контакты третьего ключа соединены между собой, а выход схемы возврата поплавка соединен с управляющим входом третьего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 651230, кл. G 01 N 9/22, 1977,