Пневмометрическое устройство для измерения плотности жидкости

Пневмометрическое устройство для измерения плотности жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области контрольно-измеритель.ной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации . Устройство содержит две основные и одну дополнительную измерительные трубки, погруженные в емкость с контролируемой жидкостью на разную глубину. Трубки соединены с источником сжатого воздуха. К пневмолиниям основных трубок подключен дифманометр. Плюсовая камера его подключена непосредственно, а минусовая - через компенсатор балластно го давления. Два нормально открытые пневмоклапана включены в плюсовую и минусовую пневмолинии основных измерительных трубок. Один из нормально закрытых пневмоклапанов включен в пневмолинию дополнительной трубки, а второй - в пневмолинию с компенсатором балластного давления. Первый вход вычислительного устройства подключен к выходу дифманометра, а второй вход - к первому выходу устройства управления и входам управления нормального открытого и нормально закрытого пневмоклапанов. 3 ил. с (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 0 01 1 1 9/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3850590/24-25 (22) 01.02.85 (46) 23.07,86. Бюл.. У 27 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический инс ститут им. В. В. Куйбышева (72) М. 3. Кравец, А. П. Страдымов, В. П. Миронов и М. Т. Ахраров (53) 532.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 817529, кл. С 01 H 9/28, 1981.

Глыбин И. П. Автоматические плотномеры. — Киев: Техника, 1965, с. 70-88. (54) ПНЕВМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к области . контрольно-измерительной технике.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации. Устройство содержит две. основные и одну дополнительную измерительные трубки, погруженные в емкость с контролируемой жидкостью на разную глубину. Трубки соединены с источником сжатого воздуха. К пневмолиниям основных трубок подключен дифманометр. Плюсовая камера его подключена непосредственно, а минусовая — .через компенсатор балластно го давления. Два нормально открытые. пневмоклапана включены в плюсовую и минусовую пневмолинии основных измерительных трубок. Один из нормально закрытых пневмоклапанов включен в пневмолинию дополнительной трубки, а второй — в пневмолинию с компенсатором балластного давления. Первый вход вычислительного устройства подключен к выходу дифманометра, а второй вход — к первому выходу устройства управления и входам управления нормального открытого.и нормально закрытого пневмоклапанов.

3 ил.

1245942

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема пневмометрического устройства для измерения плотности жидкости, на фиг. 2 — вариант структурной схемы устройства управления и вычислительного устройства; на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства.

Лневмометрическое устройСтво для измерения плотности жидкости содержит блок 1 питания сжатым воздухом, питающую плюсовую 2 и минусовую 3 с независимые пневмолинии, между которыми включен дифманометр 4. Плюсовая линия 2 через нормально открытый пневмоклапан 5 питает первую основ ную измерительную трубку 6, погруженную в контролируемую жидкость на глубину Н,, а через нормально закрытый пневмоклапан 7 — дополнительную измерительную трубку 8, погруженную иа глубину Н -h.

В мину-совую линию через нормально открытый пневмоклапан 9 включена вторая основная измерительная трубка 10, погруженная в жидкость на глубину Н с H„ -h. Кроме того, в минусо, вой линии байпасно с нневмоклапаном 9 через нормально закрытый, пнев- моклапан ll включен компенсатор 12 балластного давления, задающий в минусовой линии эталонное значение перепада давления Р . Выход дифманометра 4 соединен с первым входом вычислительного устройства 13, второй и третий входы которого связаны с первым и вторым выходами устройства 14 управления соответственно.

Первый выход устройства 14 уттравле,ния также связан с входами управления пневмоклапанов 5 и 7, а второй выход — с входами управления пневмокпапанов 9 и 11 .

Устройство работает следующим образом.

Определение текущей плотности жидкости происходит в течение четырех тактов. формируемых устройством

14 управления. Длительность всех так-.тов постоянна и равна Тс.

В первом такте происходит основное измерение. В этом такте на выходе устройства 14 оба сигнала имеют низкий уровень, что является условием для приема результата первого измере— ния вычислительным устройством 13.

При этом пневмоклапаны 7 и ll закры10 ты, а пневмоклапаны 5 и 9 открыты, и в плюсовую линию 2 подключена измерительная трубка 6, а в минусовую— измерительная трубка 10.

На плюсовую камеру дифманометра 4

IS в первом такте действует давление

Р pgH +Р + +Р где Р— плотность контролируемой жидкости;

g= 9,81 м/с ускорение свободного

20 падения;

Р— потери давления на участке

-Л% пневмолинии 2 от места подключения дифманометра 4 до среза барботажной рубки, 25 обусловленные трением воздуха о стенки пневмолинии;

P« — избыточное давление воздуха, обусловленное силами поверхностного натяжения,, необхоЗО мое для отрыва пузырька воздуха от нижнего конца трубки, Р„, — давление, обусловленное скоростным напором жидкости, изменяющее условие отрыва

35 пузырька воздуха от нижнего конца барботажной трубки.

Аналогично на минусовую камеру дифманометра 4 в первом такте действует давление

P — PqH, +Рл Р, Р„,.

Обычно Р, Р„,, P&<4P7 Р„,ФР„,, так как скорость воздуха в пневмолиниях различна.

Статическая характеристика дифманометра 4 имеет вид у=а„+а, (Р -Р ), где а — смещение статической характеристики, обусловленное дрейфом нуля дифманометра 4; а — коэффициент чувствительности дифманометра 4.

Оба коэффициента а и а, могут л медленно изменяться во времени, так как при стирании дифманометра npbисходят сдвиг и деформация его статической характеристики.

Таким образом, на выходе дифманометра 4 в первом такте имеем сигнал

4з 942 а ройством 13 по результатам трех измерений y, y- и у

Обозначаем для удобства дальнейшего изложения

5 Ъ -аг, Ь„=а„ (F„<-Pn,+Р6(-Гб,+Р „-Г,,г) .

Тогда уравнения (1), (2, и (3) записываются в виде у =Ъ„+Ъ,(g(H,-Í,); (4) (О у, =, +1 г (р g(Н, -H ) -E, 1; (5) у, =1, + о, p g(Н(-h- . . (6)

Из выражений (4) и (".) имеем у с b,p

-Из выражений (4) и (6) имеем у -ч =b, omah. ,1 ° 3 .)О

Отсюда получаем алгоритм вычисления плотности жидкости вычислительным устройством 13

y(-y (7)

20 У -У

-z

Как видно из выражения (7) значение плотности контролируемой жидкости, получаемое в результате алгоритма (7), не зависит от условий ра25 боты плотномера и параметров дифманометра,а определяется величинами

P, h и измеренными значениями у. 3

Все это справедливо только в том случае, если за время трех тактов измерения условия работы плотномера и параметры дифманометра не изменяются, т.е. величины а, а, Р„,, Р„, г э

Рб(P6z P„(v Рчгпостоянны на и тер вале измерения. Так как измерения проводятся одно за другим в течение короткого времени, то это условие автоматически соблюдается.

В этом случае погрешность измерения плотности определяется погреш40 ностью измерения выходных сигналов дифманометра у,, v, y, и точностью задания величин Р, и и.

Устройство 14 управления и вычислительное устройство 13 в предла45 гаемом плотномере можно реализовать различными способами, например как специализированное число-импульсное устройство, собранное на стандартных элементах цифровой техники (фиг. 2). !

В четвертом такте оба сигнала на выходе устройства )4 имеют высокий уровень, что является условием для расчета значения плотности контролируемой жидкости вычислительным уст3 12

v, =a(+аz (E -1(+ б1-1б«+1,-P )+ который запоминается в вычислительном устройстве 13.

Во втором такте на втором выходе устройства 14 управления появляется высокий уровень, на первом остается низкий, что является условием для приема результата второго измерения вычислительным устройством 13. При этом пневмоклапаны 7 и 9 закрыты, а пневмоклапаны 5 и 11 открыты, и в плюсовую линию 2 подключена измерительная трубка 6, а в минусовую— измерительная трубка 10 через компенсатор 12 балластного давления.

На плюсовой камере дифманометра 4 во втором такте давление равно

P =)gH +Р +Р6 Рч,, а на минусовой имеем

Р К11«+P„z+P6z чгг э где Р— перепад давления на компенэ саторе 12 балластного давления.

На выходе дифманометра 4 во втором такте получаем сигнал = (+а z (Ъ-Р г+Ъ6;-Рбг+Р(-Рдг)+ который запоминается в вычислительном устройстве 13.

В третьем такте на первом выходе устройства 14 управления появляется высокий уровень, а на втором — низкий, что является условием для приема результата третьего измерения вычислительным устройством 13. При этом пневмоклапаны 6 и 11 закрыты, пневмоклапаны 7 и 9 открыты, и к плюсовой линии 2 подключена дополнительная измерительная трубка 8, а к минусовой линии 3 - измерительная трубка 10.

На плюсовой камере дифманометра 4 в третьем такте давление равно

Р+ = g(,Н„-h ) +P„+P6q+Pv(, а на минусовой имеем

Р, = gH,+P„+P6,+P„,.

На выходе дифманометра 4 в третьем такте измерения получаем сигнал гэ =а ++z (Ph(-Pr 6(Рбг+Рч(Pvz)+ который запоминается вычислительным устройством 13.

Устройство 14 управления содержит генератор 15 импульсов, формирующий импульсы длительностью Т, выход которого связан с двухраэрядным двоичным счетчиком 16. На параллельных выходах счетчика формируются два сигнала управления « У, и ууэ, 5 1245 которые через усилители 17 и 18 мощности поступают на входы управления пневмаклапанов 5 и 7, а также 9 и 11

=аответственно. Вычислительное устройство 13 содержит дешифратор 19, два входа которого связаны с выходами УУ и YY счетчика 16. На четы1 ? рех выходах дешифратора 19 (ДШ„, ДШ, ДШ и ДШ4) последовательнО появляются импульсы, длительностью Т 10 каждый. Таким образом, с помощью сигналов YY u YY формируются четыре

2 такта измерения, длительностью Т каждый (фиг. 3). В вычислительное устройство 13 входит преобразова- 15 тель 20 напряжение — частота, вход которого связан с выходом дифманометра 4, делитель 21 с коэффициентом деления N, вход которого соединен с выходом преобразователя 20, 20 схемы 22 и 23 совпадения, первые входы которых связаны с выходом преобразователя 20 и выходом делителя 21 соответственно, а вторые — с первым выходом (ДП .„) дешифратора 19, 25 схемы 24 и 25 совпадения, первые входы которых соединены с выходом преобразователя 20 и выходом делителя 21, а вторые — с третьим (ц:Ч ) и вторым (Д1П ) выходами дешифратора 30

19 соответственно,реверсивный счетчик 26, первый вход (суммирующий) которого связан с выходом схемы 22 совпадения, второй (вычитающий) через схему ИЛИ 2? — с выходом схе- 35 мы 24 совпадения, реверсивный счетчик 28, первый вход (суммирующий) которого соединен с выходом схемы 23 совпадения, а второй (вычитающий) с выходом схемы 25 совпадения, сум- 40 матор 29, первый вход которого связан с выходом реверсивного счетчика 28, счетчик 30, выход которого соединен с вторым входом сумматора 29, а второй вход (сброса) — с вы-45 ходом сумматора 29 (через схему

ИЛИ 36) и с первым входом (счетным) счетчика 31 схема 32 совпадения, выход которой связан с первым входом счетчика 30 н вторым входом схемы

ИЛИ 27, первый вход — с четвертым выходам (Д1Я ) дешифратора 19, а второй вход — c выходом заема реверсивного счетчика 26, генератор 33, выход которого соединен с первым входом схемы 32 совпадения. Третьи входы счетчиков 26 и 28 (сброса) связаны с четвертым выходом (ДР1 ) дешиЬ942 ратора 19 через одновибратор 34, а второй вход счетчика 31 (сброса) соединен с тем же выходом дешифратора 19 через одновибратар 35. Выход одновибратора 35 через схему ИЛИ 36 связан также с вторым входом счетчика 30.

Работа схемы поясняется временной диаграммой (фиг. 3).

В первый такт измерения (YY, =O, УУ., =О) происходит основное измерение, открыты пневмоклапаны 5 и 9, закрыты пневмоклапаны 7 и ll и работают измерительные трубки б и 10, на первом выхоце дешифратора 19 появляется импульс длительностью Т, . Результат измерения У„ через преобразователь 20 и схему 22 совпадения, открытую сигналом Д!,„ записывается в реверсивный счетчик 26, а также через делитель 21 и схему 23 совпадения, открытую сигналом ДГ!, — в реверсивный счетчик 28. /

Таким образом, по окончании первого такта в счетчиках 26 и 28 записано N, и И-, импульсов соответственно где 1 — частотный сигнал, соответствующий первому измерению У, с дифманометра 4.

Во вторбм такте измерения (YY =O, 1

УУ =1) происходит первое дополнитель2 ное измерение, открыты пневмоклапаны 5 и ll, закрыты пневмоклапаны 7 и 9, работают измерительные трубки б и 10 и компенсатор 12 балластного давления, на втором выходе дешифратора 19 появляется импульс длительностьк Т . Результат перВого дополнительного измерения через делитель 21 и схему 25 совпадения, открытую сиг- . налом ДН, поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 28.

В конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 28 записано число

1 3 112 Г? Та!Н (1 Гг ) Э

1 где ., — частота, соответствующая результату второго измерения У2 °

В третьем такте измерения (YY =1, Э

YY =О) происходит второе дополний тельное измерение, открыты пневмоклапаны 7 и 9, закрыты пневмоклапаны 5 и 11, работают трубки 8 и 10, на третьем выходе дешифратора 19 появляется импульс длительностью Т .

1245942

Результат третьего измерения через схему 24 совпадения, открытую сигналом ДШ,, и схему ИЛИ 27 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 26, S

В конце третьего такта измерения в реверсивном счетчике 26 записано число

NÄ=N - т,=т.(Г,-r,), где f — частота, соответствующая результату третьего измерения Y> .

В четвертом такте (YY„=1 YY =1) на четвертом выходе дешифратора 19 появляется импульс длительностью Т, fS по переднему фронту которого одновибратором 35 формируется короткий импульс, сбрасывающий в нуль счетчики 30 и 31, Выходной сигнал заема нулевого 20 уровня с реверсивного счетчика 26 появляется, только когда его содержимое равно нулю. Следовательно, к началу четвертого такта сигнал заема равен единице и совместно

4 с сигналом ДШ открывает схему

"32 совпадения, через которую начинают проходить импульсы частотой F генератора 33. Эти импульсы поступают одновременно на первый вход счетчика 30 и второй (вычитаю,ирюй) вход реверсивного счетчика 26 через схему ИЛИ 27.

Сумматор 29 в данной схеме играет роль устройства сравнения, вырабаты- З5 вающего на своем выходе одиночный импульс при равенстве содержимого счетчика 30 и реверсивного счетчика 28 ° Для этого одна из,сравниваемых. величин, например содержимое ре-. 4О версивного счетчика 28, подается на вход сумматора 29 в инверсном коде, а на вход переноса сумматора подается сигнал логической единицы. В этом случае при достижении содержимым 45 счетчика 39 величины N„, т.е. величины, находящейся в счетчике 28, на выходе переноса сумматора 29 появляется сигнал, поступающий на счетчик 31 и обнуляющий счетчик 30.

S0

Действительно, пусть число N в счетчике 28 имеет двоичное представление

Nà,a„ ак

Тогда в момент сравнения на сумматоре 29 имеем я а„...а„ вЂ” второй вход сумматора 29;

+—

+ а а .. л.. — первый вход суммато "к ра 29;

1 — вход переноса сумматора 29;

100...0 — результат на выходе сумматора 29 (это верно для любого I?, так как а;+а =1, i=a, к).

После обнуления счетчика 30 в него снова начинают поступать импульсы с генератора 33 до тех пор, пока снова не выполнится уСловие равенства и он снова не будет. обнулен. При каждом таком обнулении содержимое счетчика 31 увеличивается на единицу. Это продолжается до тех пор,пока не обнулится содержи— мое реверсивного счетчика 26, так как в этом случае íà его выходе заема появляется нулевой сигнал, закрьгвающий схему 32 совпадения.

Таким образом, происходит деление числа И, находяшегося в реверсивном счетчике 26, на число N из реверсивного счетчика 28 путем ггоследовательного вычитания Nz из М4.

Следовательно, на момент обнуления реверсивного счетчика 26 в счетчике 31 записана целая часть числа (8)

Сравнивая выражение (8) с алгоритмом вычисления плотности (7) можно сделать вывод, что они совпадают

Э с точностью до постоянного множитеРе ля. При N= — и линейном преобразователе 20 зти выражения совпадают, и в счетчике 31 в конце четвертого такта находится текущее значение измеряемой плотности. По заданному фронту импульса с четвертого выхода дешифратора 19 одновибратор 34 формирует короткий импульс, сбрасывающий реверсивные счетчики 26 и 28 в

I нуль и приводящий всю схему вычислительного устройства 13 в исходное состояние.

Предлагаемое устройство позволит повысить точность измерения плотности жидкости на потоке в широком диапазоне изменения плотностей при длительной эксплуатации устройства в реальных производственных условиях беэ настройки и коррекции.

В предлагаемом устройстве результат измерения не зависит от состояния объекта измерения, то есть

l 245942 уровня контролируемой жидкости, избыточного давления над жидкостью, расхода воздуха в Линии, а также состояния дифманометра . Ег0 характеристики могут смещаться и деформироваться в процессе длительной эксплуа-„ тации устройства, однако за время трех измерений его состояние остается практически неизменным. Следовательно, дифманометр и все устройства в целом не требуют периодической настройки и коррекции, так как результат измерения не зависит от их текущих параметров. формулаизобретения

Пневмометрическое. устройство для измерения плотности жицкости, содержащее блок питания сжатым воздухом, соединенный пневмолиниями с двумя основными и одной дополнительной измерительными трубками, погруженными в емкость для контролируемой жидкости на разную глубину, компенсатор балластного давления и дифманометр, подключенный к пневмолиниям основных измерительных трубок, причем плюсовая камера его подключена непосредственно, а минусовая — через компенсатор. балластного давления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации устройства, оно дополнительно снабжено устройством управления, вычислительным устройстBoMs двумя нормально открытыми пневмоклапанами, включенными в плюсовую !

О и минусовую пневмолинии основных измерительных трубок, двумя нормально закрытыми пневмоклапанами, первый из которых включен в пневмолинию дополнительной трубки, а второй — в пневt5 молинию с компенсатором балластного давления,, причем последний включен в минусовую пневмолинию байпасно нормально открытому пневмоклапану, при этом первый вход вычислительного.уст20 ройства подключен к выходу дифманометра, второй вход — к первому выходу устройства управления и входам управления нормально открытого и нормально закрытого пневмоклапанов, включенных в плюсовую пневмолинию, а третий вход вычислительного устройства соединен с входами управления нормально открытого и нормально закрытого пневмоклапанов, включенных в ми30 нусовую пневмолинию, и вторым выходом устройства управления.

1 24»5942

0m ди рма метра

Фи а. 2

Ге неро

ОднодиЕритор ЗЧ

Одно3ибратор 35

Фий. 3

Составитель В. Алексеев

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Ходанич

Корректор Г. Решетник

Заказ 3990/34 Тирам 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4