Плотномер газа

Плотномер газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПЛОТНОМЕР ГАЗА, содержащий проточную камеру, соединенную через камеру и сопло задатчика давления с линией выхода измеряемого газа размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коро бЛсла , и заполненную газом пневмоемкость , которая соединена с полостью ареометрического тела и снабжена устройством для сжатия газа, выполненным в виде сильфона, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, он дополнительно содержит преобразователь типа соплозаслонка , причем за;слонка закреплена на коромысле, сопло соединено с полостью сильфона и через дросселирующий элемент - с линией подачи W измеряемого газа, а пневмоемкость через усилитель подключена к выходному каналу устройства.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„I0878 7

3(51) G 01 И 9 00

Ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ \

1 а

В

МФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ19 (21) 3585573/18-25 (22) 29.04.83 (46) 23.04.84. Бюп. Р 15 (72) В.Н. Прилепский, М.А. Соловьев, Ю.В. Самаркин и С.И. Шевчищин (7l) Киевский институт автоматики им. ХХЧ съезда КПСС (53) 532.137(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 577429, кл. G 01 N 9/02, 1977.

2. Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях. М., "Химия", 1976, с. 62-63.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3411366, кл. G. Ol N 9/00, 1982. (54)(57) ПЛОТНОИЕР ГАЗА, содержащий проточную камеру, соединенную через камеру и сопло задатчика давления с линией выхода измеряемого газа, размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коромысла, и заполненную газом пневмоемкость, которая соединена с полостью ареометрического тела и снаб жена устройством для сжатия газа, выполненным в виде сильфона, о т— л и ч а ю шийся. тем, что, с целью упрощения конструкции и повыщения надежности, он дополнительно содержит преобразователь типа соплозаслонка, причем заслонка закреплена на коромысле, сопло соединено с полостью сильфона и через дросселирующий элемент — с линией подачи измеряемого газа, а пневмоемкость через усилитель подключена к выходному каналу устройства.

1087827

Изобретение относится к приборостроению и может .найти применение в химической промышленности с целью анализа бинарных газовых смесей.

Известен датчик плотности газа 5 содержащий ареометрическое тело, закрепленное на одном плече рычага, второе плечо которого снабжено противовесом и связано со .струной, находящейся в магнитном поле постоянного магнита.

При работе устройства изменение плотночти газа преобразуется в изменение выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело. При этом изменяется сила натяжения стру" ны и частота ее колебаний, являющаяся выходным сигналом устройства 1.,1 )., 20

Недостатком такой конструкции плотномера газа является неработоспособность при наличии внешних магнитных полей, характерных, например, для электролизных производств, что обусловливает его узкую область применения. На частоту колебаний струны оказывают влияние колебания температуры измеряемого газа, так как изменение выталкивающей силы, дейст30 .вукщей на ареометрическое тело, при .измерении температуры газа ничем не компенсируется. Влияние температуры газа на частоту колебаний струны обусловливает температурную погреш" ность и низкую точность устройства при колебаниях температуры газа.

Известны поплавковые газовые весы, содержащие проточную камеру, в которой расположен трехплечий рычаг, одно плечо .которого связано с арео- 40 метрическим телом, выполненным s виде полого стеклянного шара, а второе плечо — с противовесом. Плотность ареометрического тела заполнена эталонным газом и соединена с уст 45 ройством термокомпенсации.Третье плечо трехплечего рычага снабжено винтом с балансировочным грузом и связано через магнитную муфту с показыванщей стрелкой, 50

При изменении плотности пропускаемого через камеру измеряемого газа изменяется действующая на арео". метрическое тело выталкивающая сила, что приводит к повороту на соответ" 55 ствующий угол трехплечего рычага и связанной с ним через магнитную муфту стрелки f2 ).

Такое конструктивное выполнение устройства обусловливает его нерабо-! тоспогобность при наличник внешних магнитных полей, характерных, например, для электрохимических производств, вследствие влияния магнитных полей на элементы магнитной муфты, что сужает область применения устройства. Кроме того, такое конструктивное выполнение устройства не позволяет получать пропорциональный измеряемой величине аналоговый сигнал, что не позволяет применять его в системах автоматического регулирования и также сужает область применения, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является плотномер газа, содержащий проточную камеру, которая соединена через вентиль с линией подачи измеряемого газа, а через камеру и сопло задатчика давления - с линией а выхода измеряемого газа. В проточной камере расположены выполненное в виде полого стеклянного шара ареометрическое тело, связанное посредством трубки с одним плечом полого коромысла, и противовес, связанный при помощи штока с вторым плечом .коромысла. В средней точке коромысла закреплен сигнализатор положения коромысла, выходы которого соединены с входами релейного блока. Через трубку и полость коромысла полость ареометрического тела соединена посредством гибкой трубки с пневмоемкостью, снабженной устройством для сжатия газа, выполненным в виде сипьфона, и заполненной эталонным газом. Пневмоемкость соединена с входом элемента памяти, выход которого подключен к выходному каналу плотномера. Выход релейного блока соединен с управляющими входами элемента памяти и пнев. моконтактов привода устройства для сжатия эталонного газа. Привод устройства для сжатия газа содержит повторитель со сдвигом, камеры которого. соответственно соединены с входом и выходом дросселя, а сопло — с полостью сильфона и через пневмокоитакт и второй дроссель — с атмосферой..

При работе плотномера газа в проточной камере устанавливается опре-. деленное давление измеряемого газа, определяемое настройкой задатчика

50 ройства.

3 10 давления. Под действием выталкиваю- щей силы, действующей на ареометрическое тело, коромысло отклоняется на определенный угол от поло" жения равновесия, замыкается соответствующий контакт сигнализатора положения коромысла, релейный блок замыкает соответствующий пневмоконтакт привода, и сильфон начинает заполняться воздухом. При этом сильфон сжимает эталонный газ в пневмоемкости, вследствие чего растет давление и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а коромысло начинает поворачиваться в сторону равновесия. При достижении коромыс лом положения равновесия срабатывает сигнализатор положения коромысла, на элементе памяти запоминается и поступает на выход устройства давление, равное давлению в пневмоемкости, которое в этот момент пропорционально плотности измеряемого газа, давление из сильфона начинает стравливаться -в атмосферу, а коромысло начинает отклоняться от поло-. жения равновесия. При отклонении коромысла на определенный угол опять срабатывает сигналиэатор, начинается заполнение сильфона, и цикл измерения повторяется. При изменении температуры изменения плотности измеряемого и эталонного газов идентичны, а давление в ареометрическом теле остается без изменений, т..е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений измеряе. мого газа f33.

К недостаткам устройства следует отнести следующее. Поскольку процесс измерения практически заключается в принудительном отклонении и возвращении коромысла в положение

- равновесия и запоминании величины давления в пневмоемкости в моменты достижения положения равновесия, то устройство содержит значительное количество элементов, выполнякщих эти функции: сигнализатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства для сжатия газа, элемент памяти. Наличие этих элементов определяет сложность конструкции плотномера газа. Так как на каждом цикле измерения происходит переключение значительного числа дискретных элементов (реле релейного блока, пневмоконтакты привода устройства для сжатия газа, пневмоконтакты элемен87827 4 та памяти), причем циклы измерения .следуют непрерывно один sa другим, а дискретные элементы имеют ограниченный ресурс работы по числу переЪ ключений, то их наличие определяет низкую надежность устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повьппение на- дежности плотномера газа.

10 Поставленная цель достигается тем, что в плотномер газа, содержащий проточную камеру, соединенную через камеру и сопло задатчика дав" пения с линией выхода измеряемого газа, размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коромысла, и заполненную эталонным газом пневмоемкость, которая соеди20 нека с полостью ареометрического тела и снабжена устройством для сжатия rasa, выполненным в виде сильфона, дополнительно введен преобразователь типа сопло-заслонка, причем заслонка закреплена на коромысле, сопло соединено с полостью сильфона и через дросселирующий элемент — с линией подачи измеряемого rasa, а пневмоемкость через усилитель под.

30 ключена к выходному каналу устройства.

При таком конструктивном выпол некии плотномера газа, вследствие соединения сопла с сильфоном и линией подачи измеряемого газа и закрепления заслонки на коромысле, поворот коромысла приводит к изменению зазора между соплом и заслонкой, изменению проводимости сопла, давления перед ним и в сильфоне и, соответственно, к изменению степени сжатия газа в пневмоемкости и в полости ареометрического тела. При этом в каждый момент времени коромысло находится в положении равновесия, а давление в пневмоемкости пропорционально плотности измеряемого газа. Вследствие этого отпадает необходимость в принудительных поворотах коромысла, сигнализации его положения и запоминания дав ления в пневмоемкости на элементе памяти, а из схемы плотномера могут быть исключены сигнализатор положения коромысла, релейный блок, приф» вод устройства для сжатия гasa и элемент памяти, что упрощает конструкцию и повьппает надежность уст5 108782

На чертеже представлена схема плотномера газа.

Плотнамер газа содержит проточную камеру l соединенную через камеру и сопло эадатчика 2 давления с линией выхода измеряемого газа.

В проточной камере 1 расположены ареометрическое тело 3, выполненное в виде полого стеклянного шара, и противовес 4, выполненный в виде !р полого стеклянного шара, имеющего такую же массу и площадь поверхности стекла. Через отверстия 5 по-. лость противовеса 4 сообщается с объемом камеры l. Посредством трубки 6 ареометрическое тело 3 связано с плечом полого коромысла 7, второе плечо которого при помощи штока

8 связано с противовесом 4. Через трубку 6 и.полость коромысла 7 по- щ лость ареометрического тела 3 соединена гибкой трубкой 9 с пневмоемкостью 10, заполненной эталонным газом и снабженной устройством для сжатия эталонного газа, выполненным д5 в виде сильфона 11. На коромысле 7 закреплена заслонка 12 преобразователя типа сопло-заслонка, сопло 13 . которого соединено с полостью силь.фона ll,и через дросселирующий элемент 14 выйолненный в виде вентиля, с линией входа измеряемого га за. Пневмоемкость 10 соединена с входом усилителя 15, выход которого является вьщодом устройства.

Плотномер газа работает следующим образом.

Измеряемый газ поступает через дросселирующий элемент 14 и сопло 13 в проточную камеру l и выхоцит че-, 4р рез камеру и сопло задатчика 2 давления в линию выхода. При этом в проточной камере 1 устанавливается определенное давление Р„ измеряемого газа, определяемое настройкой задатчика 2 давления, а выталкивающая си- ла, действующая на ареометрическое тело, уравновешивается весом эталонного газа в полости ареометрического тела. При увеличении плотности изме5Р ряемого газа выталкивающая сила увеличивается, коромысло 7 начинает поворачиваться и уменьшает зазор между соплом 13 и заслонкой 12 и проводимость сопла. При этом начинает

5S расти давление перед соплом 13 и в сильфоне 11, сильфон начинает разжиматься и сжимает эталонный газ в пневмоемкости 10 и, соответственно, 7 б в полости ареометрического тела 3.

Вследствие этого растет давление и, соответственно, вес эталонного газа в полости ареометрического тела и уравновешивает увеличение выталкивающей силы. Аналогично, при уменьшении плотности измеряемого газа увеличивается зазор между соплом 13 и заслонкой !2, уменьшается давление перед соплом, в полости сильфона ll в пневмоемкости 10 и уменьшается вес эталонного газа в полости ареометрического тела 3, компенсируя уменьшение выталкивакщей силы. Давление газа в пневмоемкостн 10, пропорциональное плотности измеряемого газа, усиливается по мощности усилителем

15, выход которого является выходом плотномера.

П6и изменении температуры и, соответственно, плотности измеряемого газа одновременно изменяется температура, плотность и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а его давление и, соответственно, величина выходного сигнала остаются без иэменений1 т.,е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений плотности измеряемого газа.

Выталкивакщая сила F, действующая на .ареометрическое ..ело, может быть определена по уравнению

Р T

F,=V и о p,, (I о и где V — объем ареометриче ского тела;

g — ускорение свободного падения;

Р и Т„- .абсолютное давление и температура измеряемого газа в проточной камере;

Ро и Т вЂ” абсолютное давление и температура, принятые за нормальные условия (P = 1 кгс/см2, Т о.

1 0

= 293 l;) — плотность измеряемого газа при нормальных условиях.

Сила Г„, уравновешивающая выталкивающую силу (вес эталонного газа в полости ареометрического тела), определяется по уравнению

Р Т

F„=V„ p, p,, (2! з э

1087827

Составитель Л. Макальский

Редактор P. Цицика Техред Т.Фанта КорректорА. Зимокосов

Заказ 2646/37 Тираж 823 Подписное

1 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где V — объем полости ареомет" п рического тела;

Р и Т вЂ” абсолютное давление и температура эталонного газа;

9 — плотность эталонного э газа. при нормальных условиях.

Решая совместно уравнения (1) и (2) с учетом того, что температура газов равны (1n Тэ), получаем следуняцее выражение для величины давления эталонного газа чри

Pg= y P„=Kgb (g)

-и Уэ

ЧР где К вЂ вЂ -" †-const " коэффициент

V o

fl joe пропорциональности. . 20

Как следует из уравнения (3) давление эталонного газа в полости ареометрического тела и пневмоемкости, а следовательно и выходной сигнал плотномера пропорциональны плотности измеряемого газа, приведенной к нормальным условиям, При этом температура измеряемого газа не оказывает влияния на результат измерения, т.е. происходит автоматическая 30 термокомпенсация вследствие равенства температур измеряемого и эталон.ного газов. Лнализ уравнения (3 1 показывает, что чувствительность уст. ройства (коэффициент К1 может изме- 35 няться путем изменения отношения U(U и величин Р„ и р . Например, при

Э применении йаиболее легкого газа (водорода 1, имекщего минимальное . значение о, чувствительность плот- 40 номера максимальная.

Таким образом, в предлагаемом устройстве коромысло, как показано в описании его работы, в каждый момент времени автоматически устанавли- 45 вается в положение равновесия, а давление в пневмоемкости и, соот" йетственно, на выходе устройства, как видно из уравнения (3), пропорционально плотности измеряемого газа. Вследствие этого из конструкции плотномера газа исключены элементы, необходимые в известном устройстве для приведения коромысла в положение равновесия, сигнализации положения равновесия и запоминания давления на элементе памяти, т.е. сигнализатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства для сжатия эталонного газа, элемент памя. ти. Исключение этих элементов упрощает конструкцию предлагаемого устройства — на каждом цикле измерения происходит переключение значительного числа релейных элементов: реле релейного блока, пневмоконтактов привода устройства для сжатия газа, пневмоконтактов элемента памяти.

Так как эти элементы имеют ограниченный ресурс по числу переключений, а частота переключений достаточно велика, поскольку циклы измерений следуют непрерывно, то наличие этих элементов в известном устройстве оп" ределяет его низкую надежность, а их исключение позволяет значительно повысить надежность предлагаемого устройства по сравнению с известным.

По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство обладает более широкой областью применения, так как может быть использовано в условиях наличия внешних магнитных полей (характерных для электрохимических производств) за счет исключения чувствительной к .внешним магнитным полям магнитной муфты. Кроме того, более широкая область применения устройства определяется возможностью использования его в системах автоматического управления за счет получения на его выходе выходного сигнала, пропорционального измеряемойвеличине.