Вибрационный плотномер Советский патент 1981 года по МПК G01N9/00 

(54) ВИБРАЦИОННЫЙ ПЛОТНОМЕР Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в хикшческой и нефтехимической промышленности для измерения плотности жидких сред, например нефтепродуктов. Известен погружной вибрационный плот номер, в котором с целью повышения добротности датчик выполнен в виде не менее двух полых дисков, симметрично расположенных относительно точки их закреп ления, являющейся центром масс колебательной системы, причем в дисках расположен возбудитель и приемник колебаний. Поверхность одного из дисков под действием электромагнитной системы воэ бужденкя совершает изгибные колебания, которые через полую сеть, соединякш ю диски, передаются второму диску, аря этом второй диск колеблется в противофазе первому, чем и достигается непод вижность точки закрепления, а следовательно, повышенная добротность l. Недостатк 1ми устройства является вли яние давления гидростатического столба контролируемой жидкости на частоту баний дисков, так как это давление вызывает изгибаюшне напряжения копеблюших- ся поверхностей дисков. Указанные напряжения меняются с изменением уровня исследуемой жидкости, что вносит погрешности в измерения. Другим недостатком устройства плотномера является то, что колебания от первого диска ко второму передаются через полую соединяюшую ось, при этом амплитуды колебаний дисков различны, что приводит к изгибным колебаниям устройства крепления и снижает добротность. Кроме указанных недостатков, плотномер содержит электромагнитную систему возбуждения колебаний, которая сдвигает фазу колебаний и приводит к изменению частоты за счет изменения свойств постоянных магнитов. Влияние изменения уровня жидкости и погрешности, связанные с электромагнит-i ной системой возбуждения колебаний, установлены в погружном вибрационном плотномере, основанном на крутильных коле38баниях магнитоупругого стержня с чувствительным элементом в продольном и кру говом электромагнитных попях. Этот плот номер явпяетса наиболее близким техничес1шм решением, он содержит крутиль но-колебатепьный элемент, например тон-п костенный цилинлр с лопастями, концентрично закрепленный к магнитоупругой трубке, через сквозное осевое отверстие которой проходит одна обмотка возбужде ния,-расположенная тороидально, а другая обмотка возбуждения установлена перпенднкуяярно первой, охватывает трубку и расположена коаксиально, преобразователь крутильных колебаний, усилительную систему. При подключении тороидальной об- мотки к источнику постоянного тока, а .коаксиальной к источ1-гаку переменного тока, в трубке, выполненной из ыагнитоупругого материала, возникает результирующий перемен 1ый геликоидальный направ ленный магнитный поток, вызывающий крутильные колебания трубки и установ-« ленного на ней чувствительного элемента 2. Недостатком плотномера является рассеивание энергии крутиль 1ЫХ колебаний в местах закрепления трубки из магнито- ynpyroio материала к несущему плотномер основанию или конструкцию, с помощью которой осуществляют погружение плотномера в измеряемую среду. Рассеивание энергии колебаний ведет к сниже щю добротности колебательной системы плотномера и, как следствие, снижение чувствительности и точности измерений. Цель изобретения состоит в повыще- НИИ добротности колебательной системы. Цель достигается тем, что в известном вибрационном плотномере, содержащем крутильно-колебательный элемент, концентрически закрепленнь1й на конце по лого магнитоупругого стержня, внутри ко торого проходит тороидально одна, а сна- рулш охватывает кошссиально другая обмотки возбуждения, преобразователь крутильных колебаний, усилительную систему и частотомер, магнитоупругий стержень в центре разделен упругим немагнитным соединителем, по обе стороны от которого размещены коаксиально обмотки возбуждения, создающие противоположно направленные магнитные потоки, а на другом конце стержня расположен второй кру тильно-колебательный элемент, причем устройство крепления плотномера располо жено в узле крутильных колебаний в цент ре ynpyroio немагнитного соединителя. 0 Такое выполнение плотномера поавопяет за счет противоположно направленных, скручивающих части стержня по обе стороны от упругого немагнитного соединителя, моментов силы получить в центре сое- динитв.пя узловую линию, которая явпяет ся неподвижной при колебаниях и по которой MOJKHO без снижения добротности установить устройство крепления плотномера. На чертеже представлена конструкция предлагаемого вибрационного плотномера, Магнитоупругий стержень, упругим немагш-1тным соединителем 1 разделен на две части 2 и 3 соответственно, на концах которых размещены симметрично от-носительно соед 1нителя, одинаковые крутильно-колебате-льные элементы 4 и 5, выполненные, например, в виде тонкостенных цилиндров с лопастями, а в середине частей магнитоупругого стержня коаксиально и перпендикулярно тороидальной обмотке 6, проходящей че.рез весь магнитоупругий стержень, установлены обмотки воз ждения 7 и 8 соответственно, кото- : рые сфазированы так, что создают противоположно направленные продольные магнитные потоки (например, включены встречно) и подключены параллельно на выход усилительного устройства 9, на вход которого подключен прдабразователь крутильных колебаний 10. Плотномер закреплен с помощью стоек 11, приваренных в центре упругого немагнитного соединителя вдоль узловой линии колебаний. Работа вибрационного плотномера осуществляется следующим образом. Крутильно-колебательные элементы плотномера 4 и 5 погружены в контролируемую жидкость. При включении электронного усилительного устройства 9 в обмотках 7 и 8 возникает импульс тока, вызывающий противоположно направленные продольные магнитные потокиф.,, части 2 магнитоупругого стержня иф| род2В час ти 3 магнитоупругого стержня. Помимо магнитных потоков ФпроА- прОА тях 2 и 3 стержня действуют круговые магнитные потоки и ., вызываемые током тороидальной обмотки 6, подключенной к источнику постоянного то:са. В результате взаимодействия круговых и продольных магнитных потоков в частях 2 и 3 стержня возникают результирующие геликоидальные магнитные потоки, направленные встречно, и -.как следствие, появляютсявстречные крутильные колебания частей 2 и 3 стержня, а вместе с ними н элементов 4 и 5; при этом в упругом немагнитном соеданителе 1 образуется узловая пиния, которая остается неподвиж ной в процессе колебаний. Части стержня 2 и 3 вместе с чувствительнымиэлемен тами 4 и 5 совершать крутильные колебания с собственной частотой (напра пенве крутильных колебаний в каждью по периода указано стрелками), Так как моменты инерции крутильноколебательных элементов 4 и 5 относительно оси колебаний равны (крутильноколебательные элементы выполнены одинаковыми и погружены в одну жидкость, то есть равны присоединенные массы), то положение узла колебаний узловой линии определится из равенства нулю в любое мгновение суммы моментов сил инерции элементов 4 и 5 согласно соотношений: (ptfcA) f -C aP sinCpi-bdL), выражение (1) пеС учетом (2) и (3) репишется в виде: CJ,|aa--la|l,(4) ipn угловые ускорения элементов 4, 5 соответственно; круговая частота колебаний; время} начальная фаза; амплитуды угловьхх перемеще ний элементов 4 и 5 соответ ственно; моменты инерции относительн оси колебаний элементов 4 и Обозначим расстояние от узла колеба ний до элементов 4 и 5 через Ь и а, а длину стержня через бис учетом выра жения (4), знак минус в котором означа ет, что отклонение элементов происходит в разные стороны, можно получить Как уже указывалось ранее I(-l2 -Т и выражения (5) и (6) перепишутся в ъ-Ла--. Приведенные выражения (7) и (8) подтверждают, что при равенстве момен тов инерции элементов 4 и 5 узловая пиния (как показано на чертеже) находится в центре упругого немагнитного соединителя 1, относительно которого симметрично установлены элементы и к которому в центре поузловой линии приварены неподвижные при колебаниях стойки 11, Преобразователь 10 преобразует кругальные колебания элементов 4 в периодический электрический сигнал, поступающий на вход эиектронного устройства 9, питакщего обмотки 7 и 8 и, тем самым поддерживающего незатухающие колебания частей 2 и 3 магнитоупругого стержня с элементами 4 и 5, частота которых определяется величиной присоединенных масс, т.е. плотностью контролируемой среды. Изобретение выгодно отличается от известного так, как позволяет при сохранении его преимуществ, cocTOsmmx в чувствительности колебательной системы и ее помехоустсйчивостн получить более ш 1сокую добротность колебательной системы за счет закрешюния плотномера в узловой линии. Формула изобретения Вибрационный плотномер, содержащий крутильно-колебательный элемент, концент{жчно закрепленный на конце полого магнитоупругого стержня, внутри которого проходит тороидально одна, а снаружи охватывает коаксиально вторая обмотки возбуждения, преобразователь крутильных KO-i лебаний, усилительную систему и частотомер, отличающийся тем, что, с целью повьппения добротности колебательной- системы, магнитоупругий стержень в центре разделен упругим немагнитным соединителем, по обе стороны от которого paavIeщeны коаксиально обмотки возбуждения, создаюпше противоположно направленные продольные магнитные потоки, а на щзугом конце стержня расположен второй крутильно-колебательный элемент, причем устройство крепления плотномера расположено в узле крутильных колебаний. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 523332, кл. G 01 N 9/34, 1975, 2,Авторское свидетельство СССР № 356526, Kn..G01N 9/1О, 1970 (прототип).