Плотномер Советский патент 1982 года по МПК G01N9/24 

I . ,

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в химической промышленности для измерения плотности жидких сред.

Известен мембранный плотномер, содержащий две мембранные коробки, перекрытые мембранами, заполненные эталонной жидкостью и соединенные трубками с дифманометром.

При измерении плотности перепад давления, воспринимаемый мембранами, передается посредством эталонной жидкости на дифманометр, выход которого является выходом плотномера J.

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная тем, что на показания устройства оказывает влияние жесткость мембран при их значительном ходе, необходимом для обеспечения температурного расширения эталонной жидкости. Кроме того, изменение характеристик мембран (например, вследствии старения) при

ИХ значительном ходе, обусловливает нестабильность показаний плотномера.

Известен автоматический плотномер, содержащий проточную емкость, в которую помещены две соединенные трубкой мембранные коробки, расположенные на различной высоте. Жесткий . центр верхней мембранной коробки посредством штока и выведенного через сильфонное уплотнение за пределы ка10меры коромысла связан с пневмосиловым преобразователем, выход которого соединен со входом вторичного прибора. Мембранные коробки заполнены эталонной жидкостью.

15

При работе устройства на верхнюю мембрану с внешней стороны действует сила, пропорциональная давлению измеряемой жидкости на уровне верхней мембраны, а с внутренней сторо20ны - пропорциональная давлению на уровне нижней мембраны. Разность сил, пропорциональная плотности измеряемой жидкости, передается посредством штока и коромысла на пневмосиловой преобразователь, где уравновешивается усилием, развиваемымблоком обратной, связи, выходное давление которого пропорционально плотности измеряемой жидкости фиксируется вторичным прибором 2.

К недостаткам устройства следует отнести необходимость помещения всей чувствительной системы и передающих усилие элементов в измеряемую среду, что усложняет обслуживание и понижает надежность, а также низкую точность при большом диапазоне изменения плотности измеряемой жидкости, обусловленную следующим. Искомое знамение измеряемой плотности j3 , приведенное , к нормальным условиям (20с) определяется уравнением.

р K.t-aO) ., ()

де pi. - значение плотности при темпрратуре измерения; t - температура,при которой производится измерение; К - температурный коэффициент, показывающий на сколько изменяется плотность при изменении температуры на 1- . Температурный коэффициент не является постоянной величиной, а из- меняется при изменении плотнрсти измеряемой жидкости и определяется уравнением

(ь, U)

где р - плотность жидкости;

- коэффициент объемного расширения жидкости.

При осуществлении термокомпенсации за счет температурного расширения эталонной жидкости, температурный коэффициент не учитывает изменений плотности измеряемой жидкости, что вносит погрешность при большом диапазоне изменения плотности измеряемой жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является автоматический плотномер, содержащий проточную камеру и компенсационный измеритель перепада давления, выполненный в виде двух мембранных измерителей давления, которые расположены в камере на разной высоте и связаны с плечами рычага, снабженного Пружиной устан1)вки нуля. Одно из плеч рыча 1,5 свпзяно с преобразователем тиП r.oiuio-заспопка, сопло

которого соединено с входом блока обратной связи, механически связанного срь чагом.Блок термокомпенсации состоит из последовательно соединенных турбулентного и ламинарного дросселей и соединен с положительным входом элемента сравнения, отрицательный вход которого соединен с линией постоянного давления,

второй положительный вход - с соплом преобразователя и входом переменного дросселя.

При работе плотномера перепад давления, пропорциональный плотности

жидкости и воспринимаемый мембранами, уравновешивается усилием развиваемым блоком обратной связи,, соединенным с соплом преобразователя типа сопло-заслонка, а давление в камере

блока обратной связи является выходным сигналом устройства. При отклонении температуры жидкости от номинального значения изменяется пропор циональный температуре сигнал устройства термокомпенсации, поступающий на элемент сравнения. При этомизменяется перепад давления на переменном дросселе, и соответственно, расход воздуха через него, что приводйт к соответствующему изменению

выходного сигнала устройства, компенсирующему температурное расширение жидкости З.

к недостаткам устройства следует отнести наличие температурной погрешности, так как такое конструктивное выполнение плотномера позволяет осуществить лишь частичную термокомпенсацию. Это обусловлено тем, что изменение перепада на переменном дросселе ограничено сверху разностью между стандартным значением давления питания (1,А кг/см ) и верхним значением выходного сигнала 1,1,0 кг/см), а влияние изменения разности давлений на .дросселе Hai величину выход;ного сигнала минимально. Для увели:чения- этого влияния пришлось бы увеличить жесткость мембран, воспринимающих давление жидкости, но увеличение жесткости мембран неизбежно повлекло бы увеличение погрешности и понижение чувствительности плотномера.

Цель изобретения - повышение

точности за счет полной термокомпенсации.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее проточную камеру, компенсационный измеритель перепада давления, устройство те0мокомпенсации и пятимембранный элемент сравнения, дополнительно введены ламинарный дроссель, трехмембранный элемент сравнения, переменная пневмоемкость, импульсато два нормально закрытых клапана, генератор линейно нарастающего сигнала и элемент памяти, причем вход ламинарного дросселя, соединен с линией питания и третьим входом пяти|мембранного элемента сравнения, четвертый вход которого соединен с вы:| одом ламинарного дросселя и крайними камерами, а сопяо - с пневмоемкостью и положительным входом трехмембранного элемента сравнения и через нормально закрытый клапан с атмосферой, отрицательный вход трехмембранного элемента сравнения соединен с выходом преобразователя типа соплозасЛонка, а - выход с входом импульсатора, выход которого соединен с входами нормально закрытых клапанов ;й элемента памяти, выход генератора линейно нарастающего сигнала соединен с входом элемента памяти и-через второй нормально1 закрытый клапан с атмосферой.

При таком конструктивном выполнении плртиомера процесс измерения осу1ществляется дискретно, а выходной сигнал плотномера равен выходному сигналу генератора линейно нарастающего сигнала в моменты срабатывания трехмембранного элемента сравнения, определяемые плотностью и температурой измеряемой жидкости. При этом мембраны измерителя перепада давления могут иметь минимальную, жесткость что повышает чувствительность и точность устройства, в отличие от из . вестного плотномера, в котором для обеспечения термокомпенсации мембраны должны иметь значительную ж сткость, обусловливающую его низкую чувствительность и точность.

На чертеже представлена схема плотномера.

Плотномер содержит проточную камеру 1, в которой на разной высоте установлены мембраны 2 и 3 компенсационного измерителя k перепада давления, содержащего также рычаг 5, плечи которого связаны с мембранами 2 и 3, пружину 6 установки нуля, преобразователь типа сопло-заслонка, заслонка 7 которого закреплена на ,

рычаге, а сопло 8 соединено через дроссель 9 с линией питания, и, механически связанный с рычагом 5, блок 10 обратной , вход которого соединен с соплом 8 и линией выхода измерителя перепада. Устройство термокомпенсации содержит турбулентный дроссель 11, вход которого соединен с линией питания и ламинарный дроссель 12, помещенный в измеряемую жидкость, вход которого соединен с выходом турбулентного дросселя 11 и входом пятимембранного элемента,13 сравнения, второй вход которого соединен с линией постоянного давления Р , третий вход - с линией питания и входом ламинарного дросселя 1 , четвертый вход - с выходом ламинарного дросселя I и крайними камерами, сопло - с пневмоемкостью 15 входом нормально закрытого клапана 16 и положительным входом трехмембранного элемента 17 сравнения«-Отрицательный вход элемента 17 сравнения соединен с выходом компенсационного измерителя перепада давления, а выход - с входом импульсатора 18, с дросселем 19, выход которого соединен с управляющими входами нормально закрытых клапанов 16 и 20 и элемента 21 памят выполненного, например, в виде линии задержки на такт. Генератор 22 линейно нарастающего сигнала состоит из переменного дросселя 23 и повторителя со сдвигом, глухая камера которого соединена с линией питания и входом дросселя 23, проточная камера - с выходом дросселя 23, а сопло - с входом элемента 21 памяти, выход которого является выходом плотномера и входом клапана 20.

Плотномер работает следующим, образом.

При прохождении через проточную емкость измеряемой жидкости, перепад давления по высоте камеры пропорциональный плотности жидкости, воспринимается мембранами 2 и 3 измерителя и перепада и уравновешивается усилием, развиваемым блоком 10 обратной связи. При этом в блоке 10 обратной связи устанавливается давление пропорциональное плотности жидкости, которое подается на вход элемента 13 сравнения. Одновременно на выходе турбулентного дросселя 11 устанавливается давление Р , пропорциональное температуре жидкости, которое подается на вход пятимембранного элемента 13 сравнения, который устанавливается в положение равновесия.: Перепад давления дР на дросселе равен разности давлений Р и постоянного давления Р,. При этом при закрытом клапане 16, пневмоемкость 15 начинает заполняться через дроссель 1Л и сопло элемента 13 сравнения со скоростью, пропорциональной расходу воздуха через дроссель k, а следовательно, и перепаду на нем. Одновременно, при закрытом клапане 20 линейно нарастает сигнал генератора 22. При достижении в пневмоемкости 15, а следовательно, и на .выходе /элемента 7 сравнения давлет ния, равного выходному давлению измесрабатываетрителя перепада Ру , элемент 17 сравнения и импульсатор 1 выдает единичный импульс давления длительность которого определяется настройкой дросселя 19« При этом выходное давление генератора 22 нарастающего сигнала запоминается элементом 21 памяти и поступает на выход плотномера, а через открывшиеся клапаны 16 и 20 давление из пневмоемкости 15 и с выхода генератора нарастающего сигнала стравливается в атмосферу. После снятия выходного импульса импульсатора закрываются клапаны 16 и 20 и цикл измерения пов торяетсЯо Пример. Давление Р на выходе измерителя перепада давления пропорционально плотности жидкости при температуре измерения Pi, т.е.: .. - I . - Ку| Р , где коэффициент пропорциональнос ти. Давление Р на выходе турбулентного дросселя 11 пропорционально тем пературе жидкости t, т.е.-. Pt Kt-1 где коэффициент пропорциональности. Перепад на дросселе 14 равен разности давлений Рр и Р., . (5)J Расход воздуха через ламинарный дроссель Т может быть определен по уравнению: G К ЛР , (6) где К - коэффициент пропорциональности, определяемый парамет рами дросселя. Промежуток времени и , за которы давление в пневмоемкости нарастает д ; величины Р при котором происходит 9 0 . ..8 срабатывание элемента сравнения 17, определяется уравнением: где V - объем пневмоемкости. После подстановки (3) С),(5), (6) в (7) получаем: .лW T tpirTWстанавливаем, ). .. да: «г. |4i-io). Выходной сигнал устройства, равный оминаемому в момент времени t выному сигналу генератора линейно астающего сигнала, пропорционален ичине Т и определяется уравнем: 10) Kj- коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами дросселя 23 и перепадом на нем. После подстановки (9) в (10) име6Ь1У.|)(, ) ,I.V Решая совместно уравнения (1 и , получаем; 1-1ьи-го) После подстановки (12) в (11) имеследующее уравнение для определевыходного сигнала плотномера: РЫХ К(. Таким образом, при таком конструкном выполнении плотномера его выной сигнал; равный сигналу генератора линейно нарастающего сигнала в моменты его запоминания, пропорционален плотности жидкости при нормал ных условиях (), т.е. в плотномере осуществляется автоматическая термокомпенсация с учетом изменения температурного коэффициента при изменении плотности жидкости. Эт повышает точность плотномера по срав нению с известным устройством, в котором возможна лишь частичная температурная компенсация. Повышение точности измерения позволяет применить плотномер в производстве хлора и каустика ртутным методом для измерения плотности раство .ра каустической соды. . Формула изобретения Плотномер, содержащий проточный сосуд с компенсационным измерителем перелада давления, блок термокомпенсации, выполненный в виде последовательно соединенных турбулентного и л минарного дросселей, выход которого соединен с входом пятимембранного . элемента сравнения, второй вход которого соединен с линией постоянного давления, отличающийс я тем, что, с целью повышения точ ности, дополнительно содержит ламинарный дроссель, трехмембранный элемент сравнения, переменную пневмоемкость, импульсатор, два нормально закрытых клапана, генератор линейно нарастающего сигнала и элемент памяти, причем вход яаминарнОго дросселя соединен с линией питания и третьим входом пятимембранного элемента сравнения, четвертый вход котог рого соединен с выходом ламинарного дросселя и крайними камерами, а сопло - с пневмоемкостью и положитель- . ным входом трехмембранного элемента сравнения и через нормально закрытый клапан с атмосферой, отрицательный вход трехмембранного-элемента сравнения соединен с выходом компенсационного измерителя перепада давления, а выход - с входом импульсатора, выход которого соединен с входами нормально закрытым клапаном и элемента памяти,выход генератора линейно нарастающего сигнала соединен с входом элемента памяти и через второй нормально закрытый кпапан ч: атмосферой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Глыбин И. П. Автоматические плотномеры. Киев, Техника , с. 99. 2.Авторское свидетельство СССР № 15755, кл. G 01 N 9/21, 1961. 3.Авторское свидетельство СССР № 565231, кл. G 01 N 9/26,1977 (прототип) .

.//

Ht