Плотномер жидкостей

Плотномер жидкостей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: непрерывное измерение плотности контролируемой жидкости в химической, нефтехимической и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: плотномер содержит проточную камеру с упругим гёрмрвыводом, измерительную кинематическую систему е поплавком, штоком и опорой вращения, соединенную с блоком формирования выходного сигнала и размеренный внутри поплавка жидкостногрузовой:блок температурной компенсации с компенсационным сйл:ьфоном, компенсационным грузом й пружиной возврата груза. Поплавок снабжен распорной трубой, закрепленной на противоположных торцах поплавка, компенсационный груз соединен с компе нсацирнн ым сильфрном пос редетвом штока, размещенного внутри распорной трубы и подвешен на упругих направляющих, опорные ступицы которых закреплены на распорной трубе, а пружина возврата груза выполнена в виде упругих направляющих с опорными ступицами. 3. ил. Ч fe

„„Я1„„1798660 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цos G 01 N 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ. СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ": / :1 йщ ИМ ьи

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТЕЙ (57) Использование: непрерывйое измерение плотности контролируемой жидкости в химической, нефтехимической и.др. отраслях промышлейности. Сущность изобрете1

Целью изобретения является расширение области применения и повышениеточности определения.

На фиг, 1 представлена схема конструкции плотномера; на фиг, 2 — узел крепления компенсационного груза; на фиг. 3 — график

1 (2.1) 4869857/25 (22) 01.10.90 (46) 28.02,93, Бюл, М 8 (71) Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики (72) Е. Ф. Шполянский, В. М. Ведостоев и Г; Л,Заграй (56) Кузьмин. С. Г. Промышленные"приборы и средства автоматизации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, М.: Химия, 1987, с. 69.

Авторское свидетельство СССР

Ь 1693460, кл. G 01 и 9/00, 1989.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к автоматическим плотномерам жидкости, предназначенным для непрерывного измерения плотности контролируемой жидкости и преобразования результатов измерения в стандартный выходной сигнал. Предлагаемый плотномер может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для контроля плотности жидких технологических сред.

2 ния: плотйомер содержит проточную камеру с упругим гермовыводом, измерительную кинематйческую систему споплавком,,штоком и опОрой вращения, соедйненную с блоком формированйя выходного сигнала и размещенный внутри поплавка жидкостногрузовой:блок температурной компенсации с компенсационным сильфоном, компенсационным грузом и пружиной возврата груза, Поплавок снабжен распорной трубой, закрепленной на противоположных торцах поплавка; компенсационный груз соединен с компейсационным сильфоном посредством штока, размещенного внутри распорной трубы и подвешен на упругих направляющих, опорйые ступицы которых закреплены на распорной трубе, а пружина возврата груза выполнена в виде упругих направляющих с опорнйми ступицами. 3. ил. симметричности температурной компенсации, Плотномер содержит два основных блока: измерительную кинематическую систему 1 и блок формирования выходного сигнала 2. Измерительная кинематическая система 1 содержит проточную камеру 3, в которой размещен поплавок (жесткий, цилиндрической формы) 4, соединенный полым штоком 5, имеющим опору вращения 6, с блоком формирования выходного сигнала

2. Вывод штока 5 из проточной камеры 3 герметизирован разделительным сильфоном 7. Проточная камера 3 снабжена входным 8 и выходным 9 штуцерами, Внутри поплавка 4 размещен блок температурной компенсации, содержащий компенсационную полость 10, размещенную на переднем

1798660 торце поплавка и узел компенсационного . сильфона 11, размещенный на заднем торце. поплавка, Полость компенсационного сильфона 11 капилляром 12 сообщена с компенсационной полостью 10. Узел компенсационного сильфона 11 содержит компенсационный сильфон 13, подвижный бурт которого соединен штоком 14 с помощью трех винтов 15 с компенсационным грузом 16, Винты 15 проходят через продольные пазы в распорной трубе.17, закрепленной на переднем торце 18 поплавка 4 и узле компенсационного сильфона 11.

На распорной трубе винтами 19 закреплены опорные ступицы 20, к которым винтами 21 прикреплены упругие направляющие . 22, к которым винтами 23 прикреплен (подвешен) компенсационный груз 16. Внутри компенсационной полости 10 поплавка 4 размещен регулировочный сильфон 24, подвижный бурт которого регулировочной шпилькой 25 соединен с наружным торцем полости штока 5 с помощью П-.образного кронштейна 26 и гаек 27. Проточная камера

3 заполнена контролируемой жидкостью 28, а компенсационная полость 10 и полость компенсационного сильфона 11 поплавка 4 заполнены компенсационной жидкостью . 29, Блок формирования выходного сигнала

2 содержит рычаг 30, закрепленный на полом штоке 5, с рычагом 30 соединены подвижные бурты сильфонов обратной связи

31 и 32 и заслонка 33, перекрывающая сопла 34, В блок формирования вйходного сигнала 2 входят также узел корректировки нуля с пружинами 35 и 36 и винтом настройки нуля 37; а также пневмоусилитель 38 и жидкостный демпфер 39.

Плотномер работает следующим образом. Контролируемая жидкость 28 через входной штуцер 8 входит в проточную камеру 3, омывает поплавок 4 и выходит через выходной штуцер 9. На поплавок 4 со стороны контролируемой жидкости 28 действует выталкивающая сила, поворачивающая кинематическую систему плотномера (рычаг 5 и сильфон 7) на некоторый угол. При этом на блоке формирования выходного сигнала 2, формируется выходной сигнал, пропорциональный плотности контролируемой жидкости 28, так как рычаг 30 поворачивается на такой же угол, как и шток 5 относительно опоры 6. При этом изменяется зазор между заслонкой 34 и соплом 33, и изменится давление, обрабатываемое узлом сопло-за.слонка. Это давление, усиленное пневмоусилителем 38, является выходным сигналом плотномера Р „. Это.же давление Р„„„вво30 результаты измерения плотности этой жидкости необходимо такое компенсирующее воздействие на измерительную кинематиче-. скую систему плотномера со стороны блока

35 температурной компенсации, при котором при любых значениях температуры контролируемой жидкости (при неизменной собственной плотности жидкости) выходной сигнал плотномера оставался бы неизмен40 ным

Условие равновесия кинематической системы плотномера при любых температурах (но постоянной плотности) контролируемой жидкости имеет вид

ЛM,= --ЛM„.

4 Mp = Л Рвыт )-л, (1) (2) 50

5

25 дится в полости сильфонов обратной связи

31 и 32. формируя усилие силовой компенсации и обеспечивая тем самым высокую точность измерений. Начальное значение выходного сигнала настраивается винтом корректора нуля 37. В установившемся режиме (при постоянной плотности контролируемой жидкости и постоянной ее температуре) выходной сигнал плотномера устанавливается равным какому-то постоянному значению, При изменении плотности контролируемой жидкости устанавливается новое соотношение между выталкивающей и погружающей силами, действующими на поплавок, и устанавливается новое значение выходного сигнала.

При неизменной собственной (физической) плотности контролируемой жидкости, но при изменении ее температуры, изменится действительное значение плотности жидкости: при повышении температуры плотность уменьшится, при понижении температуры — плотность увеличится. Соответственно изменится и величина выталкивающей силы. Fear.. действующей на поплавок, а значит и выходной сигнал изменится в соответствующую сторону.

Для исключения влияния изменения температуры контролируемой жидкости на где ЛМр — изменение рабочего крутящего момента плотномера относительно опоры вращения 6, .

Л Fe<>, — изменение выталкивающей си лы, действующей на поплавок, от изменения температуры на величину Л t, — расстояние от оси опоры вращения б до геометрического центра поплавка:

Л M» — изменение компенсационного крутящего момента относительно оси опоры вращения б.

1798660

Л Чк.ж. = Чк.ж. Pk A t (6) ЛЫ С Чк.ж. к At (7) Л Ык = Сгр A Lrp, (3) Чк.ж. (9) 45 (10) Изменение компенсационного крутящего момента зависит только от изменения положения груза 16 относительно опоры вращения 6, т. к. центр масс остальных частей поплавка остается неизменным. Положение же груза 16 относительно опоры 6 (величина плеча Lrp.) зависит от объема компенсационной жидкости 29 в компенсационной полости поплавка, При увеличении температуры контролируемой жидкости 28 увеличивается и температура компенсационной жидкости 29. .Объем компенсационной жидкости увеличится, компенсационный сильфон 13 сожмется и переместит компенсационный груз 16 в сторону опоры вращения 6, При понижении температуры контролируемой жидкости понизится и температура компенсационной жидкости, объем ее уменьшится и компенсационный груз переместится в противоположную сторону. Изменение компенсационного усилия, вызванное изменением температуры контролируемой и компенсационной жидкости, определяется выражением; где Сгр. — масса компенсационного груза, Ыгр, — температурное изменение плеча — положения груза относительно опоры 4, Изменение рабочего крутящего момента. вызванное изменением температуры контролируемой жидкости на величину, определяется выражением

AЫр= Чпф Д At Ln, (4) где Vn — наружный объем поплавка; р — плотность контролируемой жидкости;

jt — коэффициент температурного объемного расширения измеряемой (контролируемой) жидкости, Температурное изменение плеча груза

A Lrp. зависит от изменения объема компенсационной жидкости: где Л Чк ж. — температурное изменение объема компенсационной жидкости от изменения температуры на величину A t;

Зк — эффективная площадь компенсационного сильфона, Температурное изменение объема компенсационной жидкости определяется выражением где Д вЂ” коэффициент температурного расширения компенсационной жидкости;

5 Чк,ж, — объем компенсационной жидкости в компенсационной полости.

Подставив (6) в (5), а затем (5) — в (3), получим

Подставив (4) и (7) в (1), получим

Чл р.Pл A t L = Crp., (8) Уравнение (8) выражает условие обеспечения температурной компенсации плотномера для принятых конструктивных характеристик плотномера (объема поплавка, веса. компенсационного груза, объема жидкости в компенсационной полости, эффективной площади компенсационного сильфона, длины плеча от оси опоры вращения до геометрического центра поплавка), от плотности контролируемой жидкости и OT коэффициента объемного расширения контролируемой и компенсационной жидко30 стей.

Из (8) получаем выражение для определения необходимого объема компенсационной жидкости (при известных остальных

35. параметрах плотномера):

Если же задаться количеством компен. сационной жидкости Чк.ж., то из (8) можно определить массу компенсационного груза, необходимого для обеспечения температур.ной компенсации плотномера:

Оперируя выражениями (8), (9) и (10), можно выбрать оптимальные конструктивные параметры плотномера, Из выражений (6) и (5) видно, что, при уже выбранных остальных конструктивных параметрах плотномера, наибольшее изменение плеча установки компенсационного груза обратно пропорционально эффективной площади компенсационного сильфона

S». Т, е, чем меньше эффективная площадь этого сильфона. тем эффективней температурная компенсация.

1798660

50

Следует также указать, что начальное равенство моментов относительно опоры вращения от воздействия на поплавок выталкивающей и погружающей сил имеет вид;

0выт. Ln = См.п. 1 м.п. + Crp. гр., (11) где C,,, — вес металлоконструкций поплавка (беэ массы компенсационного груза), LM,ï, — величина плеча от оси опоры вращения до центра масс См.п.

Ьр. — величина плеча от оси опоры вращения до оси балансировочного груза, Иэ (11) следует, что чем больше плечо

1 гр. (т. е. чем дальше компенсационный груз размещен от опоры вращения), тем меньше масса компенсационного груза по абсолютной величине, а значит и меньше суммарная масса поплавка.

Из выражений (3) и (11) видно, что температурная компенсация может быть обеспечена для довольно широкого диапазона плотностей контролируембй жидкости; чем больше возможность изменения плеча установки груза L

Минимальная температурная инерционность системь1 термокомпенсации плотномера достигается размещением максимального количества компенсационной жидкости в зоне интенсивного теплообмена с контролируемой жидкостью — на торцах поплавка, С этой же целью ограничен до минимума объем компенсационной жидкости внутри компенсационной полости, Для обеспечения соблюдения условий равенства(8) в реальных условиях, когда все конструктивные элементы плотномера имеют естественные отклонения от номинальных величин (эа счет поля допусков на размеры, эа счет разброса эффективных площадей сильфонов, которые достигают

2,5 — 4,0 от номинала) в предлагаемом .плотномере имеется механизм регулирования объема компенсационной жидкости: изменяя деформаци о регулировочного сильфона 24 (вращением гаек 27), при зафиксированном донышке сильфона 13, изменяют в большую или меньшую сторону объем компенсационной полости (до ее герметизации), а следовательно, и объем компенса- ционной жидкости, Узел регулирования выполняет еще одну функцию; вращением гаек 27, при незафиксированном положении донышка сильфона 13, изменяют деформацию регулировочного сильфона 24,(при герметизированной компенсационной полости), что приводит к перемещению донышка кОмпенсационного сильфона 13, а следовательно, и к перемещению компенсационного груза 16 в ту или иную сторону, Таким образом устанавливается оптимальное исходное положение груза, что обеспечивает усреднение (оптимизацию) температурной погрешности плотномера, Важным отличительным признаком предложенного плотномера является крепление компенсационного груза 16 на упругих направляющих 22. Подвешенный на упругих направляющих 22 груз 16 перемещается вдоль оси поплавка без трения— только за счет прогиба упругих направляющих. Это обеспечивает стабилизацию температурной компенсации плотномера при изменении знака изменения температуры контролируемой жидкости, На графике фиг.

3 видно, что при изменении, например температуры контролируемой жидкости от

190ОС до 210 С и обратно до 190 С выходной сигнал плотномера изменяется закономерно: и при изменении температуры от меньшей к большей, и при изменении температуры от большего значения к меньшему величина температурной погрешности имеет одинаковую величину Л Pt и одинаковый знак (график "а").

У плотномера же прототипа, у которого компенсационный груз перемещался непосредственно по направляющей, из-за влияния сил трения при обратном знаке изменения температуры контролируемой жидкости (от 210 С к 190 С) выходной сигнал плотномера не возвращался к значениям прямого хода температур (от 190 С к 210 С), а оказывался завешенным на 5 — 8 7 ., что очень много для точных плотномеров (график 3 б), Таким образом, упругая подвеска компенсационного груза в предложенном плотномере позволяет стабилизировать температурную компенсацию плотномера.

Кроме того, установка компенсационного груза на упругих подвесках позволяет отказаться от пружины возврата груза: роль

1798ббО этой пружины выполняют сами упругие направляющие: при уменьшении температуры контролируемой и компенсационной жидкостей они возвращают груз в исходное положение.

Формула изобретения

Плотномер жидкостей, содержащий

, проточную камеру с упругим гермовыводом, измерительную кинематическую систему с поплавком, штоком и опорой вращения, соединенную с блоком формирования выходного сигнала, и размещенный внутри поплавка жидкостно-грузовой блок температурной компенсации с компенсационным сильфоном, компенсационным грузом и пружиной возврата груза, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что. с целью расширения области применения и повышения точности опреде5 ления, пружина возврата груза выполнена в виде упругих направляющих с опорными ступицами, поплавок снабжен распорной трубкой, закрепленной на противоположkbIx торцах поплавка, компенсационный

10 груз соединен с компенсационным сильфоном посредством штока, размещенного в распорной трубе, и подвешен на упругих направляющих, опорные ступицы которых закреплены на распорной трубе.

1798660!

80 Pop .!

Составитель Е. Шполянский

Техред М,Моргентал Корректор Л, Филь

Редактор

Заказ 767 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101