Плотномер
Иллюстрации
Показать всеРеферат
ПЛОТНОМЕР, содержаний проточный корпус с исследуемой жидкостью , снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую трубку, погруженнзпо в соруд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, вьшолненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемы - ,и нерегулируемые пневмосопротивления , пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и с положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления , отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения плотности анализируемых растворов, улучшения выходных характеристик на начальном участке измерения и передачи сигнала на большее расстояние, (П в него дополнительно введены два пневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом, пневмоемкость и переходной штуцер, при этом пьезометрическая трубка подключена к глухой камере первого пневмоповторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная камера преобразователя давления - к проточной камере второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление - к выходу задатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
И
РЕСПУБЛИК (д) С 01 Я 9/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3522851/18-25 (22) 16.12.82 (46) 23.06.84. Бюл. В 23 (72) Г.Г. Яшанов, М.M. Телемтаев и Н.Н. Литовченко (71) Алма-Атинское проектно-конструкторское бюро автоматизированных систем управления (53) 539.137 (088.8) (56) 1. Глыбин И.Г. Автоматические плотномеры и концентратомеры в пищевой промышленности. М., "Пищевая промышленность", 1975, с. 49-50.
2. Авторское свидетельство СССР
В 935745, кл. G 01 Н 9/26, 1982 (прототип). (54)(57) IIJIOTHOMEP, содержащий проточный корпус с исследуемой жидкостью, снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемые,,и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через
„„Я0„„1099243 A регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление — с нижней проточной камерой преобразователя давления и с положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения плотности анализируемых растворов, улучшения выходных характеристик на начальном участке измерения и передачи сигнала на большее расстояние. в него дополнительно введены два пневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом, пиевмоемкость и переходной штуцер, при этом пьезометрическая трубка подключена к глухой камере первого пневмоповторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная камера преобразователя давления — к проточной камере второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление — к выходу задатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу
1099243
35 пневмоповторителя с мощным выходом, а выход последнего
Изобретение относится к устройг ствам для измерения плотности агрессивных, кристаллизующихся, вспенивающихся и других жидкостей.
Известен плотномер для диффу- 5 зионного сока и мисцелл растительного масла, который включает в себя чувствительный элемент, состоящий из четырех камер, и вторичный прибор. В одну из камер поступает контролируемая жидкость, вторая заполнена буферной жидкостью большой вязкости, третья предназначена для температурной коррекции при помощи манометрического термометра с 35 пневмосиловым преобразователем и четвертая выполняет функции пневмометрического преобразователя, уравновешивающего изменение массы контролируемой жидкости в результате из- 20 менения ее плотности (1 3.
К недостаткам такого плотномера относятся низкая чувствительность и отсутствие регулировки начального значения выходного сигнала, поступающего на вход вторичного прибора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плотномер, содержащий проточный корпус с исследуемой жидкостью., снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной. жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую
; трубку, погруженную в сосуд с эта лонной жидкостью. преобразователь давления, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемые и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с ре- 4> гулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и -умножения на постоянный коэффициент больше едивторичному прибору ходному штуцеру. ницы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и с положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления f 2 3.
Однако известный плотномер имеет недостаточную чувствительность и точность на начальном .участке измерения, связанную с нелинейностью выходной характеристики на :е начальном участке.
Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерения плотности анализируемых растворов, улучшение выходных характеристик на начальном участке измерения и передача сигнала на большее расстояние.
Поставленная цель достигается тем, что в плотномер, содержащий проточный корпус.с. исследуемой жидкостью, снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьеэометрическую трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемые и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения
1099
243
3 на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимем- бранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление — с нижней проточной камерой преобразователя давления и с по- -10 ложительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления, дополнительно введены два пневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом, пневмоемкость и переходной штуцер, при этом пьеэометрическая трубка подклю- щ чена к глухой камере первого пневмоповторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная, камера преобразователя давления — к проточной камере 25 второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление — к выходу эадатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к от35 рицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу пневмоповторителя с мощным выходом, а выход последнего — к вторичному 4 О прибору и переходному штуцеру.
На чертеже схематически изображен предлагаемый плотномер.
Плотномер содержит проточный корпус 1 с исследуемой жидкостью, снабженный патрубком 2 в нижней части и камерой 3 сброса. Внутри проточного корпуса 1 размещен сосуд
4 с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть 5 со сливной трубкой, соединенную с нижней частью с помощью трубки 6, В сосуд 4 с эталонной жидкостью опущена пьеэометрическая трубка 7 на глубину, равную высоте столба анализируемой жидкости. В нижней части проточного корпуса 1 установлен преобразователь 8 давления, имеющий коэффициент усиления больше единицы, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента и включающий в себя большую мембрану 9, расположенную со стороны анализируемого раствора, малую мембрану 10 с закрепленной на ней заслон, кой 11 и регулируемое сопло 12. Мембраны 9 и 10 соединены между собой жестким штоком 13.
Кроме того, плотномер содержит два пневмоповторителя 14 и 15 со сдвигом, два регулируемых пневмосопротивления 16 и 17, четыре нерегулируемых пневмосопротивления 18-21, задатчик 22 давления, пятимембранный элемент 23 сравнения, пневмоемкость 24, пневмоповторитель
25 с мощным выходом, вторичный прибор 26, переходной штуцер 27.
Пьезометрическая трубка 7 подключена к верхней отрицательной камере преобразователя 8 давления, к глухой камере первого пневмоповторителя 14 со сдвигом и через регулируемое пневмосопротивление 16 к выходу задатчика 22 давления.Нижняя проточная камера преобразователя
8 давления подключена к проточной камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом, к положительной камере пятимембранного элемента 23 сравнения и через нерегулируемое пневмосопротивление 18 к выходу задатчика
22 давления.
Сопло 12 преобразователя 8 давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом и через нерегулируемое пневмосопротивление 19 к задатчику
22 давления, 1Проточная камера первого пневмоповторителя 14 со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранного элемента 23 сравнения и через нерегулируемое пневмосопротивление
20 к выходу задатчика 22 давления.
Выход задатчика 22 давления подключен также к входу пятимембранного элемента 23 сравнения, который вместе с регулируемым 17 и нерегулируемым 21 пневмосопротивлениями образует логический элемент, выпол- няющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы. Выход логического элемента подключен к пневмоемкости 24 и пневмоповторителю 25 с мощным выходом, 1099243
10 (3) К пер
20
30 (2)
55 к 4Рэ где а выход последнего — к вторичному прибору 26 и переходному штуцеру 27.
В технологической линии, к которой плотномер присоединен с помощью патрубка 2, предусмотрены перекачивающее устройство 28 и рабочая ванна
29, внутри которой размещено нагревательное устройство 30.
Плотномер работает следующим образом, Анализируемый раствор из рабочей ванны 29 с помощью перекачивающего устройства 28 поступает через патру,бок 2 в проточный корпус 1 и затем, омывая сосуд 4 постоянного уровня с эталонной жидкостью, в качестве которой выбрана вода, через переливной порог проточного корпуса 1 попадает в камеру 3 сброса и возвращается в рабочую ванну 29, Усилие, действующее на большую мембрану 9 преобразователя 8 давления со стороны анализируемого раствора, определяется уравнением где о- — ускорение свободного падения; — плотность анализируемого р раствора, Н„ — высота столба анализируемого раствора, находящегося в проточной камере;
S — эффективная площадь боль- З о шой мембраны 9 преобразователя 8 давления.
Эталонная жидкостью с помощью нагревательного устройства 30 подог- 40 ревается до температуры анализируемого раствора и подается в расширенную верхнюю часть 5 сосуда 4. Расход воды регулируется игольчатым вентилем (не обозначен). Предварительный нагрев сводит к минимуму разность температур между анализируемым раствором и эталонной жидкостью (водой) °
В пьезометрическую трубку 7 с вы-, хода задатчика 8 давления через регулируемое пневмосопротивление 16 подается сжатый воздух, выходное давление которого описывается уравнением р — плотность эталонной жидкости (воды) ;
Н вЂ” глубина погружения пъезоа метрической трубки 7 в эталонную жидкость.
Величина давления Р„ в пьезометрической трубке 7- одновременно выполняет роль балластного давления.
Сигнал Р„ от пьезометрической трубки
7 одновременно поступает в компенсирующую глухую верхнюю камеру преобразователя 8 давления и глухую камеру первого пневмоповторителя 14 со сдвигом, выходной сигнал которого, равный
1 подается в отрицательную камеру элемента 23 сравнения. Одновременно в положительную камеру элемента 23 сравнения и проточную камеру пневмоповторителя 15 со сдвигом подается выходной сигнал, равный пер (4) где Ь„ р — перепад давления на переменном пневмосопротивлении узла сопло-заслонка преобразователя 8 давления1
P — давление в сопле 12 преобразователя 8 давления.
Изменением положения сопла 12 от-. носительно заслонки 11 регулируют начальный расход воздуха через нерегулируемое пневмосопротивление !9,а следовательно и чувствительность преобразователя 8 давления к изменению плотности анализируемого раствора.
Поскольку сопло 12 преобразователя
8 давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом и к выходу нерегулируемого пневмосопротивления 19, то на переменном пневмОсопротивлении сопло-заслонка преобразователя 8 давления устанавливается постоянный перепад давления.. равный Ь„ величина которого фиксируется при помощи второго пневмоповторителя 15 со сдвигом. С увеличением Ья увеличивается коэффициент усиления преобразователя 8 давления. С выхода первого пневмоповторителя 14 со сдвигом сигнал P подает1 ся в отрицательную камеру пятимембранного элемента 23 сравнения, устанавливающего начальное давление
Р11,< на выходе логического элемента.
При прохождении воздуха через эталонную жидкость возникает дополнительная циркуляция ее в сосуде 4
109924 постоянного уровня и некоторый слив последней из расширенной верхней части 5 сосуда 4, что дополнительно уменьшает постоянную времени пере- мешивания эталонной жидкости и разницу температур между эталонной жидкостью и анализируемым раствором.
При работе плотномера мембранный блок преобразователя 8 давления находится в статистическом равновесии30
Усилие, действующее на шток 13, находится в следующей зависимости
3 8 р где К = 1 — — коэффициент умноже-! d. . ния логического элемента;
P < — проводимости пневмосопротивлений 17 и 21.
Регулировка величины коэффициента умножения К производится регулируе1 мым пневмосопротивлением 17 путем изменения его проводимости р.
Подставляя в уравнение (7) значения Р(и P найденные по уравне2 ниям (3) и (6), получают
q = Р„(86-S„) + Р,S„, (5) где из которого при Н Н2 HaxogHx
6 — + н э р ээр= g (рэ рэ) <) s
Поскольку ф Н =R то
k 6 45
2 Апер=% g (Рр Рз)+Рк
Так как логический каскад выполнен на пятимембранном элементе 23 сравнения по схеме вычитания сигналов 50
Р2 и Р„ с последующим умножением на постоянный коэффициент больше единицы, его выходной сигнал, а следовательно, и на выходе пневмоповторителя 25 с мощным выводом опреде- 55 ляется уравнением
40, (7) РВ ) . Р2 1
Q — усилие, действующее на большую мембрану 9 преобразователя 8;
Я вЂ” эффективная площадь нижней малой мембра- 20 ны 10;
Р, =Р-܄— давление на выходе преобразователя 8 давления
P — давление в сопле 12 25 преобразователя 8 давления!
А,1 р — перепад давления. на переменном пневмосопротивлении узла 30 сопло-заслонка преобразователя 8 давления.
После подстановки в уравнение (5) значений Q и Р„, найденных по уравнениям (1) и (2), получают рр Н1 6= р, н,(5,-5„} р, я„, 5
"5„ рр .)
Ф
ВЫХ 1
Б эН (р -р ).э эМ " р р )-э) ЕЫХ 1 еых
5 где К = — — коэффициент усиления
2 5 преобразователя 8 давления1
Ь вЂ” величина сдвига пневмоповторителя 14.
Обозначая изменение давления на мембранный шток преобразователя давления плотности анализируемого раствора через А Р „ которое равно
>!!)„= Q н (Рр Р f (9) получают р „„=к,(к, эрэ„+л} (!О!
При постоянных значениях коэффициента умножения логического элемента
К1 и коэффициента усиления преобразователя давления К
ВЬ!Х (Вх (! 1)
При постоянном перепаде на переменном пневмосопротивлении узла сопло-заслонка преобразователя 8 справедливо уравнение О(ст Р1=() о+ " Апер где а о и !50 — начальные проводимости пневмосопротивления
19 нерегулируемого и узла сопло-заслонка преобразователя давления
Р— давление на выходе задатчика 22 давления/ ! — коэффициент передачи
1099243
15
35 узла сопло-заслонка преобразователя 8 давления, h - ход, заслонки, отсчи» тываемый от начально- 5 го зазора, устанав . ливаемого при регулировке начального давления на выходе преобразователя давления.
Из уравнения (12) определяют значение выходного сигнала преобразователя
8 давления. которое равно р +kh во %h ст 4пер д, 41!ер о 0
Поскольку kh=-К 4Р где К вЂ” коэффициейт передачи входного сигнала преобразователя давления, взятый с отрицательным знаком, 35 так как с увеличением ЬРв, уменьшается зазор между соплом и заслонкой, т.е. уменьшается значение h,то уравнение (13) принимает вид
15 К е5Р „
Рст . 40ep+ у 4пер
o " о
Подставляя в уравнение (7) значения
Р„ и Р, вычисленные по уоавнениям (3), (4), (9) и (15) получают
P k Р-4 -P+4 вып е(пер
Р КлР
Р о + с вх сТ а О е1ер ойдо 4aep pep о е р « p .1+о 4 с вх вых 1 ст,6 пер К Ьпер Рк-а; о о 45
Иэ уравнения (! 7) следует, что с увеличением коэффициента передачи входного сигнала преобразователя давления К высоты столба анализнруе-!
С мого раствора Н и перепада давления 4„ep на пневмосопротивлении узла сопло-заслонка, а также с уменьшением начальной проводимости с o пневмосопротивления !9 нерегулируемого, коэффициент усиления преобразователя давления увеличивается, следовательно, увеличивается чувствительность к малым измее нениям плотности анализируемого раствора.
Поскольку узел сопло-заслонка преобразователя 8 давления находится под постоянным перепадом давления dÄep > установленным пневмоповторителем 14 со сдвигом, рабочая точка которого находится на линейной части его выходной характеристики, то проходит спрямление выходной характеристики преобразователя давления на его начальном участке °
Применение на выходе логического элемента пневмоемкости 24 постоянной уменьшает пульсацию выходного сигнала, а применение пневмоповторителя 25 с мощным выходом позволяет передать сигнал плотномера на вторичный прибор через переходной штуцер 27 на большое расстояние.
Поскольку температура анализируемого раствора и эталонной жидкости в процессе анализа мало отличаются одна от другой, то погрешность измерения плотности раствора сводится к минимуму.
sx
40>ð+ Ро (16 ) ЬЫх 1 где о
"пер к начальное давление на выходе преобразователя давления
Одинаковая высота столба анализируемой и эталонной жидкостей также позволяет свести к минимуму погрешности как при изменении температуры, так и при изменении плотности и значительно упростить расчет конструктивных параметров преобразователя давления и настроечных параметров вообще.
I099243
8Н28ши Закаэ 4364/36 Тараи 823. Поииисиое и