Плотномер жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N9/22 

(S) ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области из измерения плотности жидкостей и является усовершенствованием известного плот номера. По основному авт. св. № 631230 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, со-стоящий из чувствительной катушки индуктивности, включенной в колебательный контур ВЧ-генератора, ограничитель хода поплавка, три схемы И, счет ный триггер и последовательно соединенные схему ИЛИ и схему возврата поп лавка, выход которой подключен к перв му входу блока 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 которого соединен с первым входом схемы И.. Ко второму входу схемы ИЛИ подключен выход первой схемы И, второй вход которой соединен со вторым входом второй схемы И и единичным выходом счетного триггера, ко входу которого подключен выход второй схемы И. Кроме того, плотномер содержит масляный циркуляционный термостат с регулятором температуры, обеспечивающий стабилизацию температуры в термостатированной ванне. Недостатком этого плотномера является наличие погрешности измерения, вызванной нестабильностью температуры в термостатированной ванне. Имеются две основные причины нестабильности температуры измерительной ячейки плот номера. Первая - это погрешность стабилизации температуры в термостате. В известной конструкции плотномера используется серийно выпускаемый масляный циркуляционный термостат ТЖД71 5К1.331.000 ТУ, который обеспечивает стабилизацию температуры измерительной ячейки с погрешностью IDjOS C при постоянной окружающей температуре путем прокачивания теплоносителя (полиэтилсилоксановой) жидкости через термостатированную ванну плотномера. Вторая причина обусловлена дрейфом температуры в тер мостатированной ванне при изменении температуры окружающего воздуха. При оптимальном расходе теплоносителя че1рез термостатированную ванну и оптимальной толщине теплоизоляции термостатированной ванны разность температуры в измерительной ячейке и тер мостате ТЖД-71 может достигнуть ±О,Л что вызвано изменением окружающей тем пературы на ±2°С (нормальные условия применения для измерительных приборов по ГОСТ 22261-76). Погрешность плотномера при изменении температуры измерительной ячейки можно рассчитать, исходя из формулы Ч Vo(H- ), коэффициент объемного расшигде oLрения исследуемой жидкости, град ; t заданная температура, С (обычно при измерениях плотности to 20°С), фактическая температура измеряемой жидкости, С , объем жидкости в ячейке при to объем жидкости в ячейке при t, см . Подставляя в (1) значения V m - масса исследуемой жидкости, Р - плотность исследуемой жидкости, г/см, получаем fb Pid+ttAt),(2) где р плотность жидкости при заданной температуре t ; р - плотность жидкости, измеряе мая плотномером при фактиче кой температуре t. Следовательно, абсолютная погрешность плотномера от изменения темпер туры ячейки будет равна (f (r/cM5)-o t-pt(3) Для большинства жидких органических соединений, для измерения плотности которых предназначен плотномер, коэффициент объемного расширения находмтся в пределах о (0,,7) х X Ю рад- При диапазоне измерения плотномера от 0,7 до 1,5 г/см и &t ±0, абсолютная ошибка плотномера находится в пределах (f (1-5). Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном обеспечении возможности определения коэффициента объемного расширения исследуемой жидкости, Указанная цель достигается тем, что в плотномер, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, помещенный в (термостатированную ванну, циркуляционный термостат.с регулятором температуры, соленоид, поплавок с магнитным цилиндрическим сердечником, ограничитель хода поплавка, индикатор положения поплавка,.состоящий из чувствительной катушки, включенной в задающий колебательный контур ВЧ-генератора, от счетное, устройство, фиксирующее значение тока соленоида, три логических схемы И, блок развертки тока соленоида, счетный триггер, логическую схему ИЛИ и схему возврата поплавка, введены цифровой термометр с термочастотным датчиком, блок управления, арифметическое устройство с цифровым индикатором и вторая схема ИЛИ, причем информационные выходы отсчетного устройства и цифрового термометра подключены соответственно к первому и второму информационным входам арифметического устройства, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока управления и зада19щим входом регулятора температуры, управляющий вход арифметического устройства подключен к первому выходу блока управления, к третьему и четвертому выходам которого подключены соответственно допол нительный четвертый вход блока развертки тока соленоида и первый вход второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу третьей схемы И, соединенному со вторыми входами отсчетного устройства и блока развертки тока соленоида, а выход - к запускающему входу цифрового термометра, кроме того, вход блока управления подключен к выходу отсчетного устройства, соединенному с первым входом первой схемы ИЛИ. Введение в известный плотномер цифрового термометра с термочастотным датчиком, блока управления, арифметического устройства с цифровым индикатором и второй схемы ИЛИ в совокупности обеспечивает измерение плотности жидкости при двух значениях тем пературы, определение коэффициента объемного расширения жидкости и авtoMaTM4ecKoe введение поправки в результат измерения, что повышает точность определения плотности. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Плотномер содержит сосуд 1 с исследуемой жидкостью, помещенный в тер мостатированную ванну 2, неподвижно закрепленную на соленоиде 3 так, чтобы дно сосуда 1 было строго перпендикулярно оси соленоида 3 ограничитель 4 хода поплавка, поплавок 5 содержащий магнитный цилиндрический сер дечник, индикатор положения поплавка, состоящий из чувствительной катуш ки 6 индуктивности, включенной в коле бательный контур ВЧтгенератора 7, отсчетное устройство 8, фиксирующее зна чение тока соленоида 3 и представляющее собой преобразователь тока в частоту следования импульсов со счетчико импульсов, логическую схему И 9, выход которой соединен с запускающим входом отсчетного устройства и входом II блока 10 развертки тока соленоида, обеспечивающего изменение тока селеноида 3 по заданному закону и стабилизацию тока в момент отрыва поплавка 5 от дна сосуда 1, счетный триггер 11 выход О которого соединен со входом схемы И 9 и запускающим выходом блока 10 развертки тока соленоида, а выход 1 соединен со вторыми входами логических схем И 12, 13. схему It возэрата поплавка, выход которой соединен с третьим входом блока ЮРазвертки тока соленоида, а вход - с выходом схе схемы ИЛИ 15, один из выходов которой соединен с выходом И 13, а другой - с выходом отсчетного устройства 8. Кроме того, устройство содержит циркуляционный термостат 16 с регулятором 17 температуры, обеспечивающий стабилизацию температуры в термостатируемой ванне 2, блок 18 управления, арифметическое устройство 19 с цифровым индикатором 20, цифровой термометр 21 с термочастотным дат 89 6 чином 22 и вторую схему ИЛИ 23 первый вход которой подключен к третьему выходу блока 18 управления, второй вход подключен к выходу схемы И 9, соединенному со вторыми входами блока 10 разверт,ки тока соленоида и отсчетного устройства 8, а выход - к управляющему входу цифрового термометра 21. Выход схемы И 12 соединен со входом счетного триггера 11, выход генератора 1-е первыми входами схем И 9, 12, 13, информационные выходы отсчетного устройства 8 и цифрового термометра 21 подключены соответственно к первому и второму информационным входам арифметического устройства 19, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока 18 управления и задающим входом регулятора 17 температуры. Управляющий вход арифметического устройства 13 подключен к первому выходу блока 18 управления, вход которого подключен к выходу отсчетного устройства 8, соединенному с первым входом схемы ИЛИ 15, а четвертый выход блока 18 управления соединен с дополнительным четвертым входом блока 10 развертки тока соленоида. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в термостатированной ванне 2 поддерживается температура t.(t-l)C, где t - температура, при которой будет производиться измерение плотности. Блок 18 управления через схему ИЛИ 23 периоди.чески запускает цифровой термометр 21 работающий в ждущем режиме. Цифровой термометр 21 индицирует значение температуры t . Через соленоид 3 течет максимальный ток, и поплавок 5 притянут ко дну сосуда 1. На входах 1 схем И 9| 12, 13 и выходе О счетного триггера 11 присутствует логическая 1. При замыкании ключа К блок 18 управления останавливает запуск цифрового термометра 21 и включает-блок 10 развертки тока соленоида, который начинает уменьшать ток соленоида 3 с большой скоростью (режим поиска) до момента всплытия поплавка 5, который при перемещении изменяет индуктивность катушки 6. Изменение индуктивности вызывает резкое изменение выходного сигнала генератора 7, работающего в пороговом режиме. Этот сигнал через вход 1 схемы И 12 по7ступает на вход счетного триггера 11 и опрокидывает его. На выходе 1 сметного триггера 11 появляется логический О, а на выходе О чёская 1, которая по запускающему входу блока 10 развертки тока соленоида включает малую скорость развертки тока сЬленоида (режим подготовки отсчета). Одновременно сигнал с индикатора положения поплавка 5 через вход 1 схемы И 13 и схему ИЛИ 15 поступает на схему И возврата поплавка S, так как на входе 11 схемы И 13 в этот момент еще присутствует логическая 1, Схема 1 возврата поплавка 5 через вход 1 блока 10 развертки тока соленоида скачком увеличивает ток соленоида 3 до значения, достаточного для того, чтобы притянуть поплавок 5 в исходное положение ко дну сосуда 1. На вы ход схемы И 9 сигнал с индикатора положения поплавка 5 не поступает, так как на входе 11 схемы в этот момент еще присутствует логический О. В момент следующего всплытия поплавка 5 (т.е. собственно момент измерения) выходной сигнал индикатора Положения поплавка 5 через вход 1 схемы И 9 запускает отс №тное ус ройство 8 и цифровой термометр 21, работающие в ждущем режиме, и останавливает развертку тока соленоида 3. На выходе схем И 12, 13 этот сигнал не поступает, так как на их входах 11 присутствует логический О. Цифровой термометр 21 фиксирует температуру t жидкости в сосуде 1 и устанавливает на выходе цифровой код, соответствующий значению t.. Од новремённо отсчетное устройство 8 фгжсирует значение тока соленоида 3, iKOTOpoe определяется в этот момент действующим на поплавок 5 усилием, соответствующим значению измеряемой плотности), , при температуре t и у ycтaнaвливaet на своем информационно выходе цифровой код частоты fp , про порционаяьный току соленоида 3. Зате сигнал с выхода отсчетного устройст 8, свидетельствующий об окончании счета, поступает, на вход блока 18 у равления, который устанавливает на своем первом выходе сигнал ЗАПИСЬ, в результате чего значения t и fp записывают ся в оперативное запомина щее устройство (ОЗУ) арифметическог устройства 19- Одновременно сигнал выхода отсчетного устройства 8, сви детельствующий об окончании счета, подается через второй вход схемы ИЛИ 15 на схему 14 возврата поплавка и цикл измерения значений t, и fр. и записи их в арифметическое устройство 19 автоматически повторяется еще два раза, после чего бюк 18 управления выключает развертку тока соленоида 3, а также периодический запуск цифрового термометра, устанавливает на своем втором выходе цифровой код, соответствующий заданному значению температуры tg, И устанавливает на своем первом выходе сигнал УСРЕДНЕНИЕ, По этому сигналу арифметическое устройство вычисляет средние значения 1 и измеренных значений t и fр, и записывает их в ОЗУ для дальнеи13ей обработки. Через 20 мин (время установления в измерительной ячейке температуры) блок 18 управления снова останавливает запуск цифрового термометра 21 и включает развертку тока сосоленоида 3- Измерение значений t и fpi производится так же, как было описано выше, лишь с той разницей, что после каждого отсчета значений t и fp блок 18 управления устанавливает на своем первом выходе сигнал ИЗМЕРЕНИЕ. По этому сигналу арифметическое устройство 19 принимает код, соответствующий значениям t и fp рассчитывает значения плотности pj при температуре ty , - при температуре t, коэ ||фнциент объемного расширения исследуемой жидкости ai , поправку АР к значению плотности р, значение плотности jt}j при заданной температуре t и индицирует значения о(. и Од на цифровом индикаторе 20. Цикл измерений с малой скоростью развертки и автоматической коррекцией температурной погрешности автоматически повторяется до размыкания ключа К. Расчет производится по следующим формулам P. P-ь,,-fK,,fя; .:J, где К - коэ фициент преобразования отсчетного устройстваВ; 3 - ток соленоида 3, К и К2 констакты поплавка 5. зависящие от материала сердечника поплавка 5 и геометрии систем (заносятся в память арифметического устройства 19 перед началом эксперимента с помощью наборного поля, не показанного на рисунке). Так как функцию изменения объема жидкости от температуры з пределах irTC можно считать линейной, то, заменив в формуле (2) PQ на о и t на tу, получаем . ,) Из формулы (З) получаем .), из формулы (2) - ft - f-t Знак перед up зависит от знака ра ности t-t, если разность положитель на, Аре плюсом, и наоборот. Испытания предлагаемого прибора показывают, что бг агодаря введению поправки в результат измерения погрешность от нестабильности температу ры уменьшена в10-15 раз. Иезначител ная остаточная температурная погрешность обусловлена погрешностью измерения температуры и определения коэф фициента сС . Формула изобретения Плотномер жидкости по авт. св. № 651230, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном обеспечении возмож ности определения коэффициента объем ного расширения исследуемой жидкости 10 в него введены цифровой термометр с термочастотным датчиком, блок управления, арифметическое устройство с цифровым индикатором и вторая схема ИЛИ, причем информационные выходы отсчет ного устройства и цифрового термометра подключены соответственно к первому и второму информационным входам арифметического устройства, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока управления и задающим входом регулятора температуры, управляющий вход арифметического устройства подключен к первому выходу блока управления, к третьему и четвертому выходам которого подключены соответственно дополнительный четвертый вход блока развертки тока соленоида и- первый вход второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу третьей с-.емы И, соединенному со вторыми входами от(счетного устройства и блоки развертки тока соленоида, а выход - к запускающему входу цифрового термометра, кроме того, выход блока управления подключен к выходу отсчетного устройства, соединенному с первым входом первой схемы ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 651230, кл. G 01 N 9/22, 1978 (прототип).