Вибрационный плотномер жидких сред Советский патент 1982 года по МПК G01N9/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для автоматического контроля плотности жидкостей, находящихся под давлением и содержащих взвеси.

Известен вибрационный плотномер состоящий из Механической колебательной системы, электромагнита постоянного тока, индуктивного датчика перемещения, блока питания, измерителя частоты, отградуированного в единицах, плотности, при этом между датчиком перемещения механической колебательной системы и обмоткой электромагнита включены индикатор перехода механической колебательной системы через крайнее положение и реле, в силовую часть которого включена обмотка электромагнитаГ1.

Однако возбуждение механических колебаний чувствительного элемента

датчика и измерение его частоты колебаний в данном плотномере осу- , ществляется электромагнитной системой, при этом электромагнитные силовые линии пересекают стенку корпуса датчика, чувствительный элемент и жидкость,, находящуюся в зазоре между ними. Поэтому взвеси, особенно обладающие способностью намагничиваться, оседают на корпусе и чувствительном элементе, за&1вая зазор между ними. В результате этого показания плотномера искажаются, а 8 дальнейшем он выходит из строя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее электронную схему автогенерации с полосовым фильтром, измерительную схему, датчик с зондом, состоящим из нижнего и верхнего отрезков с жесткой мембраной посредине. Электронная схема автогенерации с полосовым фильтром 393 данного плотномера, настроенная на резонансную частоту колебаний зонда воздействует на него и он совершает колебания вокруг оси, проходящей через его узловую точку, расположен ную в центре мембраны, при этом мембрана изгибается в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний зонда 2. Следовательно, жесткостью мембраны в совокупности с геометрическими размерами зонда и величиной присоединенной массы контролируемой жидкости определяют резонансную частоту колебаний зонда. В случаях, когда жидкость находится под давлением, жесткость мембраны изменяется в зависимости от изменения величины давления, что вносит дополнительную погрешность при измерении плотности Кроме того, чувствительность ука занного устройства.относительно нев сокая . Цель изобретения - повышение чув ствительности и точности измерения плотности жидкости, находящейся под давлением. Поставленная цель достигается тем, что в известном вибрационном плотномере жидких сред,содержащем электронную схему автогенерации с п лосовым фильтром, датчик с зондом, состоящий из нижнего и верхнего отрезков, соединенных посредством стержня с мембранной,и измерительную схему, жесткость стержня выбрана меньше жесткости мембраны, а ниж ний и верхний отрезки зонда выполнены с разными собственными частота ми колебаний. Площадь поперечного сечения стержня не менее, чем в четыре раза меньше площади поперечного сечения любого из отрезков зонда. На фиг. 1 изображено устройство общий ВИД , на фиг. 2 - амплитудночастотная характеристика датчика плотномера, находящегося в контролируемой жидкости; на фиг. 3 влияние величины отношения площади поперечного сечения отрезков зонда к площади поперечного сечения стерж ня на амплитудно-частотную характер тику фильтра. Вибрационный плотномер для жидких сред содержит датчик 1 с зондом состоящим из нижнего 2 и- верхнего 3 отрезков.Отрезки зонда соединены с мембранной 4 посредством стержня 5.Плотномер содержит также электромеханический генератор 6, датчик 7 перемещения и электронную схему автогенерации с полосовым фильтром 8 и измерительную схему 9. Устройство работает следующим образом. Датчик закрепляется на технологическом аппарате, нижний отрезок его зонда полностью погружается в контролируемую жидкость, находящуюся в аппарате под давлением и содержащую взвеси. Электромеханический генератор 6 возбуждает механические колебания верхнего 3 и нижнего 2 отрезков на резонансной частоте нижнего отрезка, которые воспринимаются датчиком перемещения 7 и поступают на вход схемы автогенёрации 8 и измерительной схемы 9 Измерительная .схема 9 преобразует частоту электрических колебаний электронной, схемы автогенерации 8 в напряжение, пропорциональное плотности контролируемой жидкости. Зависимость напряжения на входе электронной схемы автогенерации от частоты напряжения, подаваемого на ее выход характеризуется наличием двух пиков напряжения (резонанса на различных частотах. . Большой пик напряжения на частоте f соответствует собственной рет зонансной частоте колебаний верхнего отрезка, меньший пик напряжения на частоте f Q соответствует собственным колебаниям нижнего отрезка зонда.. Частота т равна максимальному значению полосы пропускания полосового фильтра, которая выбрана меньше собственной резонансной частоты колебаний верхнего отрезка f., и больше собственной резонансной частоты колебаний нижнего отрезка г, погруженного в жидкость с наименьшей плотностью. Возбуждение колебаний электромеханического генератора происходит при наибольшем напряжении на входе Электронной схемы на частоте fij,, соответствующей собственной резонансной частоте нижнего отрезка, которая изменяется в зависимости от изменения плотности контролируемой жидкости. При увеличении плот.ности жидкости частота (j уменьшаЬтся и наоборот. Известно, что чувствительность плотномера выражается отношением присоединенной массы жидкости к мас се колеблющегося тела, поэтому повы шение чувствительности предлагаемого плотномера обеспечено за счет уменьшения в нем массы колеблющегося тела путем достигнутого исключения влияния массы верхнего отрезка зонда и мембраны на собственную резонансную частоту нижнего отрезка, которая зависит только от его геометрических размеров. Жесткость стержня 5 подобрана меньше жесткости мембраны k, поэтом колебания отрезков зонда 2 и 3 не вызывают колебаний мембраны 4, она полняет в предлагаемом устройстве роль не упругого, а несущего элемен та. Изгиб мембраны, образующийся под воздействием давления в аппарате, не оказывает влияния на собстве ную резонансную частоту отрезков l2 и 3 зонда и не вносит погрешност ,в измерение плотности жидкости, нах дящейся в аппарате под давлением, Было установлено, что с увеличением и (отношение площади поперечно сечения любого из отрезков зонда к площади поперечного сечения .стерж уменьшается отклонение частоты коле баний зондд (при включенной электро ной схеме аатогенерации с полосовым фильтром 8J от собственной резонан ной частоты колебаний нижнего отрез ка 2 зонда. Но увеличение П в то же время приводит к уменьшению амплиту ды напряжения на входе электронной автогенерации схемы 8, При выбарнном значении Т1 -8, как наиболее оптимальном значении, отклонение частоты колебаний зонда отличается от собственной резонансн частоты колебаний нижнего отрезка 2 на i 0,1, что обеспечило измерение плотности жидкости с точностью + 2,5% от диапазона измерения, при этом амплитуда напряжений на входе электронной схемы 8 автогенерации при резонансе была а 15-20 раз больше, чем при отсутствии резонанса. Таким образом, совокупность суще ственных признаков предлагаемого вибрационного плотномера жидких сред, позволила повысить его чувствительность и использовать его для и мерения плотности жидкости, находящейся в аппарате под давлением. 16 Испь тания опытного образца предлагаемого плотномера показали, что его чувствительность в 1, раза превосходит чувствительность известного плотномера. Опытные образцы испытывались в реальных условиях производства в диапазоне измеряемой плотности жидкости 1000-1700 кг/м. При этом основная относительная погрешность составила ± 2,5 от разности между верхним и нижним значениями шкалы плотномера, равной 200 кг/м дополнительная погрешность при изменении избыточного давления в жидкости 0-7, (0-7,5 кгс/см не превышает основной относительной погрешности, Известный плотномер при изменении избыточного давления в жидкости 0-0,51о5па (0-0,5 кгс/см имел дополнительную погрешность до настоящее время изготовлена опытная партия приборов, которая проходит производственные испытания в аппаратах, в которых жидкость содержит взвеси и находится под избыточным давлением до 5,О-10 Па, Формула изобретения Вибрационный плотномер жидких сред, содержащий электронную схему автогенерации с полосовым фильтром, датчик с зондом, состоящий из нижнего и верхнего отрезков, соединенных посредством стержня с мембраной и измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения плотности жидкости, находящийся под давлением, жесткость стержня выбрана меньше жесткости мембраны, а нижний и верхний отрезки зонда выполнены с разными собственными частотами колебаний, 2, Плотномер поп,1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения стержня выбрана не менее, чем в четыре раза меньше площаи поперечного сечения любого из отрезков зонда. Источники информации ринятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 27032k, кл, G 01 N 9/10, 1967. 2,Авторское свидетельство СССР P 238875, кл,С 01 N 1966 (.прототип) .

0iie.t