Плотномер Советский патент 1982 года по МПК G01N9/26 

1

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в тех отраслях, где необходимо производить автоматическое измерение плотности жидких сред, например в химической промышленности.

Известен плотномер, содержащий две пьезометрические трубки опущенные в измеряемую жидкость на различную глубину и соединенные с блоком питания воздухом и дифманометром. При работе плотномера через трубки продувают воэдух, в них устанавливается перепад давления, пропорциональный плотности, который измеряется дифманометром М.

Недостаток устройства - наличие погрешности, обусловленной тем, что при изменении плотности или уровня измеряемой жидкости изменяется расход воздуха через них и соответственно перепад давления по их длине, а также влиянием на формирование .и отрыв пузырьков воздуха от трубки плотности и вязкости измеряемой жидкости. Кроме того, использование для продувки трубок воздуха не всегда возможно, а использование с этой целью инертного газа не всегда экономически целесообразно вследствие его. непрерывного расхода. ,

Известен плотномер жидкости, содержащий колоколы, заполненные воздухом

10 (или другим газом), опущенные в измеряемую жидкость И соединенные импульсными трубками с дифманйметром. При. изменении плотности газа воздух в колоколах сжимается, а разность давле15ний в них измеряется дифманометром { .

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что для сжатия воздуха в колоколах до требуемого давления

20 необходимо изменить его объем, т.е. изменяется уровень жидкости под колоколами. Так как сжатие воздуха происходит до различных значении, уровень в колоколах также изменяет ся неодинаково , т.е. изменяется база плотномера, что определяет нек торую нелинейность его характеристики при постоянном уровне и noi- решность при колебаниях уровня жидкости или давления над ней. Кроме т го, растворение воздуха в жидкости даже в незначительных количествах также вносит дополнительную погрешность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретени является плотномер жидкости, содержащий измерительную камеру выполненную в виде опущенной, в измеряв|мую жидкость трубки, соединенной с полостью снабженного приводом сильфона и через клапан с источником постоянного давления, реле времени и регистрирующий прибор. При работе .устройства по команде реле времени привод сжимает сильфон на фиксированную величину. При этом в трубке устанавливается давление, определяемое величиной плотности жидкости, и регистрирующим прибором f3j. Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная нел нейной зависимостью давления в труб ке от величины -плотности и зависимо стью результатов измерения от уровня измеряемой жидкости и давления над ней. Действительно, уравнение состояния воздуха в трубке и сильфоне мож но описать уравнением . ) где Р - давление в трубке при откры том клапане; MQ- объем газа до сжатия; У| - объем после сжатия; Р - давление после сжатия. Объем газа после сжатия определя ется уравнением V Vg-uV+Ah -™ где UV - величина сжатия сильфона; Ah - разность уровней жидкости за трубкой и в трубке посл сжатия; d - диаметр трубки. Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем ЛЬ - --ГлУ-V,. . (3 Таким образом, величина дН в процессе измерения не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от плотности, определяющей величину давления Pj, , что определяет нелинейную зависимость выходного сигнала от плотности. Кроме того, вели-чина ДН зависит при неизменной плотности от величины Р и начального объема V, который определяется уровнем жидкости, что определяет погрешность устройства при колебаниях уровня жидкости и давления над ней. Вели ину погрешности и нелинейности можно уменьшать увеличением эеличины дУ и диаметра трубки, но нельзя исключать полностью. Цель изобретения - повышение точности путем получения линейной зависймости выходного сигнала от измеряемой плотности и. исключения погрешности возникающей при колебаниях уровня жидкости и величины давления над ней. а Поставленная цель достигается тем, что в известный плотномер, содержащий измерительную камеру, выполненную в виде опущенной в контролируемую жидкость трубки, соеди- ненной с полостью снабженного приводом сильфона и через клапан с источником постоянного давления, дополнительно введены сигнализаторы уровня жидкости, установленные в трубке, релейный блок, дифманометр, повторитель, повторитель со сдвигом, два дросселя и клапаны, причем полость измерительной трубки соединена через клапаны с управляющими камерами повторителя и повторителя со сдвигом, выходы которых соединены через дроссели линией питания и через клапаны соответственно, с плюсовой и минусовой камерами дифманометра, при этом входы релейного блока соединены с выходами сигнализаторов уровня, а его выходы - с управляющими входами клапанов и привода сильфона. При таком .конструктивном выполнении плотномера по команде релейного блока осуществляется запоминание наповторителях величин давления в трубке соответствующих определенным значениям уровня в ней, определяемых положением сигнализаторов уровня. При этом на выходе дифманометра формируется сигнал,пропорциональный разности заполненных значений давлэния. Этот сигнал линейно зависит от плотности и не зависит от уровня жид кости и давления над, ней, что определяет линейность характеристики пло номера и отсутствие погрешности при колебаниях уровня и давления, в отли чие от известного плотномера в котором производится измерение давления в трубке при различных значениях уро ня в ней, зависящих от уровня жидкости и давления и вследствие чего, име ющего нелиней-ную характеристику и по грешность при колебаниях уровня и давления. .На чертеже представлена схема плотномера. Плотномер содержит,помещенную в измеряемую жидкость трубку 1, соединенную с полостью сильфона 2, снабженного приводом 3, а также через клапан k с источником постоянного давления, например, над жидкостным пространством, через клапан 5 с управляющей камерой (входом) повторителя 6 и через клапан 7 с управляющей камерой повторителя со сдви.гом 8, выход повторителя 6 соединен через клапан 9 с плюсовой камерой дифманометра 10 и через дроссель 11 с линией питания, а выход повторителя со сдвигом 8 соединен через клапан 12 с минусовой камерой дифманометра 10 и через дроссель 13 с линией питания. В трубке 1 установлены сигнализаторы уровня И и 15, выходы которых соединены с входами релейного блока 16, а выходы релейного блока 1б - с управляющими входами клапанов 4, 5, 7, 9 и 12 и привода 3. Плотномер работает следующим образом. В на чальный момент открыты клапаны 4, 5 и 7 и полость трубки и сильфона соединена с наджидкостным пространством, а уровень жидкости в тру ке равен уровню жидкости в емкости. По команде релейного блока закрывается клапан 4 и включается привод 3 сильфона 2, При этом начинается сжатие воздуха в сильфоне и вытеснение жидкости из трубки 1. При дост жении уровнем жидкости сигнализатора уровня , последний срабатывает и через релейный блок 1б закрывает кла пан 7 и открывает клапан 12. При это в управляющей камере повторителя 6запоминается давление . где уровень жидкости над сигиализотггром; р- плотность жидкости. При дальнейшем сжатии сильфона жидкость продолжает вытесняться из трубки, в момент достижения сигнализатора 15 срабатывает сигнализатор -15 и через релейный блок 16 закрывает клапан 5 и открываеТ(клапан 9- При этом в управляющей камере повторителя со сдвигом запоминается давление .2f 2 уровень жидкости над сигнализатором уровня 15. В этот момент на выходе дифманометра формируется сигнал, пропорциональный разности давления Р , заполненного на повторителе 6 и давления R, P/jA где Л- сдвиг повторителя со сдвигом 8. Величина А устанавливается равной дЧН2-н,)ро, U) где РР - минимальное значение измеряемой плотности (начало шкалы). В этом случае выходной сигнал дифманометра определяется уравнением --((,}for Ki;(Hi-H,)p-(Hi-n,)j oj--Ki H(p-po), (5; гдеДН Нх- Н - постоянная величина, не зависящая от уровня жидкости. . Одновременно с закрытием клапана 7релейный блок выдает команду на обратный ход привода 3, открытие клапана 5 и закрытие клапана 9. При этом давление Р- запоминается в минусовой камере дифманометра и начинается разжатие сильфона с повышением уровня жидкости в трубке. При достижении уровнем верхнего сигнализатора уровня, по команде релейного блока закрывается клапан 5, открывается клапан 9 л на повторителе 6 запоминается очередное значение Р и опять начинается сжатие сильфона 2. Таким образом, в плотномере выходной сигнал в соответствии с уравнением (5) линейно зависит от плотности измеряемой жидкости и не зависит от ее уровня и давления над ней, что определяет линейность его характеритики и отсутствие погрешности от колебаний уровня и давления, т.е. повышается точность прибора. Все это позволяет поименить его в производстве