Частотный датчик для измерения плотности жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01N9/00 

ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

(54)

ПЛОТНОСТИ жидкости

Изобретение относится к измерениям плотности жидких сред в химической, пищевой и других отраслях промышленности и может найти применение в системах автоматического регулирования.

Известен частотный датчик для измерения плотности жидкости в потоке, содержащий подвижный участок трубопрово- да, систему возбуждения и съема крутильных колебаний вокруг оси, проходящей через центр тяжести подвижного участка трубопровода tl .

Недостатком указанного датчика является существенная нелинейность eto характеристики, а также отсутствие сигнала непрерывной формы в виде тока или напряжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является частотный датчик плотности жидкости, содержащий проточный резонатор, электромагнитную систему возбуждения колебаний резонатора, обратная связь которой включает усилитель.

генератор эталонной частоты смеситель, дискриминатор длительности периода колебаний, частотно-аналоговой преобразователь и узел изменения жесткости 2}. Однако для возбуждения крутильных колебаний подвижного участ-ха трубопровода .т ребуется большая мощность. Это усложняет систему возбуждения и схему электронного усилителя, обеспечивающего автоматическую регулировку амплитуды тока возбуждения и минимальный фазовый сдвиг вблизи резонансной частоты резонатора. Кроме того, в качестве узла изменения жесткости используется пропорпиональный преобразователь силы, что обуславливает появление дополнительной погрешности измерения, явления упругого последствия и гистерезиса деформации в материале упругого элемента, регулирующего жесткость.

Цель изобретения - упрощение KOHCTW pyiiHHH, повьпиение чувствительности, точности и надежности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в известном частотном датчике для измерения плотности жидкости, содер жащем проточный резонатор, электромаг нитную систему возбуждения колебаний резонатора, обратная связь которой выполнена в виде генератора эталонной : частоты, подключенного к первому входу смесителя частот и последовательно соединенных фильтра, частотно-аналогового. преобразователя и узла изменения жесткости, проточный резонатор выполнен в виде двух ветвей, а датчик дополнительно снабжен магнитными башмаками, установленными на ветвях проточного резона тора, управляемым источником пигания и магниточувствительным контактом, установленным против одного из башмачков, при этом электромагнитная система возбуждения и узеп жесткости выполнены в виде электромаг нита, установленного между ветвями резонатора и снабженного средним выводом, который через магниточувствйтелъный контакт соединен с одним выходом управляемого источника питания, второй выход которого подключен ко второму входу смесителя частот и через резистор к концам обмотки электром дата, причем выход частотно-аналоговог преобразователя соединен со входом управляемого источника питания, соеди- ненного ,с измерительным приборог«г. Для упрощения начальной настройки частоты резонатора параллельно магнитоуправляемому контакту включен переменный резистор. Такое выполнение устройства для измерения плотности жидких сред позволяет исключить отдельный узел изменения жесткости за счет его объединения с системой возбуждений, что позволяет повысить уровень аналогового выходного сигнала и при этом увеличить порог чувствительности цепи .обратной связи за счет введения автономной цепи питания узла изменения жесткости. Энергетическая разгрузка непи обратной связи позволяет выполнить ее на микроинтег- ральны: схемах, что уменьшает габариты устройства и увеличивает его экономичность. Введение средней точки в электромагните возбуждения и использование магнитных башмачков позволяет синхронизировать амплитуду колебаний ветвей и уменьшить энергию, потребляемую сис .темой возбузвдения, так как силовое взаимодействие происходит между поляризованным магнитом и электромагнит ными башмачками даже при отсутствии тока возбуждения. Включение параллельно магнитоуправляемому контакту переменного резистора позволяет при разомкнутых контактах изменять в широких пределах жесткость ветвей резонатора. На чертеже представлена схема частотного датчика для измерения плотности жидкости. Датчик выполнен в виде проточного резонатора 1 из агрессивно стойкого материала, установленного с помощью фланцев и резиновых прокладок в разрыв основного трубопровода 2, причем в средней части упругих ветвей резонатора укреплены магнитные башмачки 3, Средняя точка обмотки электромагнита возбуждения 4 через магнитоуправляемый контакт (геркон) 5 подключена на олщ выход управляемого питания 6, второй выход которого через резистор подключен к концам обмоток электромагнита 4 и второму входу смесителя 7, на первый вход которого подключен генератор эталонной частоты 8, а выход смесителя 7 через низкочастотный фильтр 9 подключен на вход частотно-аналогового преобразователя 10, выход которого подключен на вход управляемого источника питания 6, на один из выходов которого подключен измерительный прибор 11, 1роградуированный в единицах измеряемой плотности. Параллельно магнитоуправляемому контакту 5 может быть установлен переменный резистор 12 для регулировки постоянной составляющей усилия, создаваемого электромагнитЪм 4. Работа частэтного датчика для измерения плотности жидкости осуществляется следующим образом. После включения .управляемого источника 6 замыкается через геркон 5 цепь питания электромагнита возбуждения 4. Башмачки на ветвях резонатора, притягиваясь к электромагниту, размыкают магнитоуправляемый контакт 5, за счет ослабления в его зоне магнитного потока, при этом ветки 1 под действием сил упругости, со скоростью, зависящей от их массы, а следовательно, и от плотности жидкости среды, протекающей через датчик, возвращаются в первоначальное положение. Затем циклы повторяются с частотой, зависящей от плотности. Эта частота Б виде колебания напряжения снимается с резистора ( и подается на один вход .измерительной схемы, включающей смеситель частот 7, опорный генератор 8, фильтр низких частот 9, дискретно-аналоговой преобразователь, 10 и измерительный прибор 11. При отклонении плотности среды от значения которое соответствует частоте, устанрв ленной на эталонном генераторе 8, на выходе смесителячастот 7 появляется сигнал, соответствующий разности резонансной частоты датчика 1 и генератора 8. После выделения из разностног сигнала в фильтре9 низкочастотной составляющей, последняя преобразуется в частотно-аналоговом преобразователе 1О в величину тока или напряжение, которое воздействует на управляющий вход управляемого источника питания 6, а он изменяет величину тока, протекающего через резистор 12, а следовательно, и постоянную составляющую силы воздействия магнита 4 на ветки резонатора. В результате этого изменяется собственная частота колебаний резонатора до величины, установленной на генераторе 8. Постоянная составляющая тока, протекающего через резистор линейно связана с плотностью жидкой среды. Постоянную составляющую тока в процессе регулировки прибора можно регулировать при разомкнутом магнитоуправ ляемом контакте переменным резистором .12. Формула иозобретения 1. Частотный датчик для измерения плотности жидкости, содержащий проточ ный резонатор, электромагнитнуюсисте му возбуждения колебаний резонатора, обратная связь .которой выполнена в виде генератора эталонной частоты, подключенного к первому входу смесителя частот, и последовательно соединенных фильтра, частотно-аналогового преобразователя и узла изменения жесткости, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения чувствительности, точности и надежности измерений проточный резонатор вьшолнен в виде двух ветвей, а датчик дополнительно снабжен магнитными башмачками, установленными на ветвях проточного резонатора, управляемым источником питания и магниточувствительным контактом, установленным против одного дк из магнитных башмачков, при этом электромагнитная система возбуждения и узел изменения жесткости выполнены в виде электромагнита, установленного между ветвями резонатора и снабженного средним выводом, который через магнито- чувствительный контакт соединен с одним выходом управляемого источника питания, второй выход которого подключен ко второму входу смесителя частот и через резистор к концам обмотки электромагнита, причем выход частотно-aija- логового преобразователя соединен со входом управляемого источника питания, соединенного с измерительным прибором. 2. Датчик по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью упрощения начальной настройки частоты резонатора, параллельно магнитоуправляемому контакту включен переменный резистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 249238, кл. G О1 N 9/ОО, 1968. 2. Авторское свидетельство СССР №308448, кл. QO8C 9/00, 1970 (прототип).

11