Автоматический плотномер жидкости
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советски к
Социалистич асими
Республмк (iii 857783 (6I 1 Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.12.79 (21) 2847533/18-25 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (51) М. Кл.
G 01 N 9/00т/
G 01 N 9/10
1оеударстокиньтй комитет ао делам изооретеиий и открытий
Опубликовано 23.08.81. Бюллетень № 31 (53 ) УД К 532.14 (088.8),.:„атл опубликования описания 23.08.81 (72) Автор изобретения
В. В. Зайцев (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПЛОТНОМЕР
ЖИДКОСТИ
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения плотности жидкостей, в частности для измерения плотности топлив на борту летательного аппарата.
Известны и применяются плотномеры жидкости, в которых используется зависимость собственной частоты колебаний упруго закреплен. ного крутильно колеблющегося чувствительного элемента, погруженного в контролируемую жидкость, от плотности этой жидкости.
Известный ллотномер жидкости содержит крутильно колеблющийся чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра с лопастями, укрепленного на свободном конце консольно закрепленного трубчатого магнитоупругого стержня, обмотки возбуждения, преобразователь крутильных колебаний чувствительного элемента в периодический электрический сигнал и усилитель. Обмотки возбуждения yeraHoB JI. Hbl взаимноперпендикулярно, причем одна обмотка выполнена тороидальной, проходящей сквозь трубчатый магнитоупрутий стержень, а вторая обмотка — коаксиальной и охватывает стержень. При сложении переменного продольного магнитного поля в трубчатом стержне, создаваемого током коаксиальной обмотки возбуждения, н постоянного кругового магнитного поля, создаваемого током тороидальной обмотки возбуждения, получается результирующее поле в форме пространственной круговой спирали-геликоиды, периодически изменяющейся в пространстве и во времени с частотой перемен ного тока коаксиальной обмотки возбуждения, Следствием изменения этого результирующего поля является возникновение упругих сил, вызывающих крутильные колебания стержня и всего чувствительного элемента. Чувствительный элемент, являясь частотнозависимой цепью, включен в обратную связь усилителя, в нем поддерживаются незатухающие колебания на собственной частоте, котора» однозначно определяется присоединенной массой жидкости, пропорциональнойй плотности этой жидкости, и является мерой плотности контролируемой жидкости (Ц.
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения плотности вязких жидкостей.
857783
Известен также плотномер жидкости, содер жащий крутильно колеблющийся элемент с радиальными лопастями, электромагнитную систему возбуждения колебаний, преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегося элемента в периодический электрический сигнал индукционного типа (амплитуда его выходного сигнала пропорциональна амплитуде скорости колебаний крутильно колеблющегося элемента), соединенный с измерителем частоты и со входом усилителя, охваченного автоматической регулировкой усиления, Выход усилителя через фазосдвигающую цепь соединен со входом усилителя мощности, выход которого под. ключен к обмотке электромагнитной системы возбуждения.
Компенсация влияния вязкости контролируемой среды в этом устройстве достигается разворотом вектора крутящего момента на фиксированный угол m/4 с изменением его по аб- 20 сол!отной величине при изменении вязкости, Последнее достигается стабилизацией амплитуды скорости колебаний крутильно колеблющегося элемента с помощью регулирования коэффициента усиления усилителя по величине отклонения выходного сигнала преобразователя меха!певческих колебаний при изменении вязкости. контролируемой среды (2) .
Иедостатк ом устройств, выполненных по схеме автогенератора при включении частотноэависимой цепи в обратную связь усилителя, является низкая точность и помехоустойчивость измерения плотности жидкости, обусловленные нето шой фиксацией собственной частоты и малой амплитудой колебаний.
Иаиболее близким по технической сущности является плотноыер жидкости, содержащий крутильно колеблющийся элемент в виде консольно закрепленного трубчатого магнитоупругого стержня с укрепле!и!ым на его.свободном конце цилиндром с радиальными лопастями, взаимноперпендикулярные обмотки возбуждения: коаксиальную и тороидальную, преобразователь механических колебаний в периодический сигнал, а также фазовый детектор, интегратор и управляемый генератор, последовательно соединенные между собой, фазосдвигающую цель и измеритель частоты. Сигнальный. вход фазового детектора подключен к выходу преобразователя механических колебаний чувствительного элемента, а опорный вход через фазосдвигающую цепь к выходу управляемого генератора.
Кроме того, выход управляемого генератора соединен с коаксиальной Оомоткой воэбужде ния и измерителем частоты. Торо!!дальна!! обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока (3) .
Однако известное устройство имеет недоста точную точность при измерении плотности жидкостей в широком диапазоне изменения вязкости.
Снижение точности измерений обусловлено движением в вязкой жидкости конструктивной цилиндрической поверхности, на которой укреплены радиальные лопасти, создающей в жидкости волны сдвига. Возникновение этих волн приводит к увеличению присоединенного момента инерции за счет возникновения дополнительной присоединенной массы и увеличения демпфирования чувствительного элемента за счет трения в вязкой жидкости, Следствием этого является изменение частоты собственных колебаний чувствительного элемента и изменение амплитуды его колебаний.
Цель изобретения — повышение точности измерения плотности жидкостей в широком диапазоне изменения вязкости.
Поставлеи!ая цель достигается тем, что в плотномер жидкости, содержащий крутильно колеблющийся элемент с укрепленными иа нем радиальными лопастями, взаимноиерпсндикулярные обмотки возбуждения, преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегося элемента в. периодический электрический сигHRJI, фазовый детектор, интегратор, управляемый генератор, фаэосдвигающую цель и измеритель частоты, дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напряжения, компаратор напряжения и сумматор, причем выход преобразователя механических колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора, опорный вход которого через фазосдвигающую цепочку иодкл!очсн к выходу управляемого генератора, соединенному со входом измерителя частоты и пассивным входом параметрического усилителя, а вход управляемого генератора через интегратор подключен к выходу сумматора, к одному из входов которого подключен выход фазового детектора, а другой вход, сосдитгелный с параметрическим входом параметрического усилителя, подключен к выходу компаратора напряжения, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения„а второй подключен к выходу детектора, ири этом зыход параметрического усилителя соединен с одной обмоткой возбуждения.
Иа чертеже представлена схема предлагаемого автоматического !иотномера жидкости.
Автоматический плотномер жидкости содержит крутильно. колеблющийся элемент, выполненный в виде цилиндра 1 с радиальными лопастями 2, укрепленного на свободном конце трубчатого магнитоупругого стержня 3 с помощью ступицы 4. Другой конец стержня 3 жестко ук857783 6 реплен в основании 5. Обмотка Ь возбуждения выполнена тороидальной, проходящей сквозь трубчатый стержень 3 и подключена к источнику постоянного тока. Обмотка 7 возбуждения выполнена коаксиально, охватывает стержень 3 и подключена к выходу параметрического усилителя 8 тока. Преобразователь 9 механических колебаний чувствительного элемента в периодический электрический сигнал подключен к сигнальному входу фазового детектора 10, 0 выход которого подключен к входу сумматора 11. Выход сумматора 11 через интегратор 12 соединен с входом управляемого генератора 13.
Выход генератора 13 соединен с пассивным входом параметрического усилителя 8 тока, входом фазосдвигаюшей цепи 14 и измерителем 15 частоты. Выход фазосдвигаюшей цепи 14 соединен с Опорным входом фазового детектора 10. Вход детектора 16 соединен с сигнальным входом фазового детектора !О, а выход — 0 с входом компаратора 17 напряжения, второй вход которого подключен к источнику 18 опорного напряжения. Выход компаратора 17 напряжения соединен с вторым входом сумматора 11 и параметрическим входом параметрического усилителя 8 тока.
Автоматический плотномер жидкости работает следующим образом.
Крутильно колеблющийся элемент погружен в контролируемую жидкость. При включении управляемого генератора 13 в коаксиальной обмотке 7 возбуждения протекает переменный ток, вызывающий появление переменного продольного магнитного потока Фпр0д в стержне 3.
ПОмимО магнитного пОтОка «Р„в стержне действует постоянный круговой магнитный поток Ф создаваемый постоянным током торокр. идальной обмотки 6 возбуждения. В результате взаимодействия кругового и продольного магнитных потоков в стержне 3 создается ре- 4р эультирующий геликоидальный магнитный поток и, как следствие, появляются крутильные колебания, соответствующие частоте управляемого гене ато а 13. р р
Величина выходного сигнала преобразователя
9 индуционного типа пропорциональна амплитуде скорости колебаний чувствительного элемента. Тип преобразователя механических колебаний обусловлен введением компенсации по вязкости: амплитуда выходного сигнала преобразователей по обобщенной скорости на частоте собственных колебаний чувствительного элемента определяется только приложенным крутящим моментом и общим демпфированием систем, составляющая которого определяется величиной вязкости топлива и не зависит ни от частоты, ни от плотности контролируемой жидкости.
Характерной точкой фазо-частотной характеристики выходного сигнала таких преобразователей является прохождение ее через ноль при работе чувствительного элемента на собственной частоте. С выхода фазового детектора 10 сигнал в виде напряжения постоянного тока пропорциональный разности фаз сигналов преобразователя 9 и сдвинутой фазы сигнала генератора 13 на я/2 в фазосдвигающей цепи 14 подается через сумматор 11 на интегратор 12, где интегрируется и поступает на управление частотой генератора 13. Сдвиг сигнала в фаэосдвигающей цепи 14 на я/2 обеспевюает при использовании преобразователь 9 с выходом по обобщенной скорости переходную фазу фазового детектора, равной я/2. В результате действий системы фазовой автоподстройки частоты в системе устанавливаются колебания на собственной частоте чувствительного элемента, которая является мерой плотности и измеряется измерителем 15 частоты.
Причем амплитуда колебаний определяется величиной напряжения источника 18 опорного напряжения. Если постоянное напряжение на выходе детектора 16 пропорциональное сигналу на выходе преобразователя 9, равно напряжению источника 18 опорного напряжения, то сигнал коррекции на выходе компаратора 17 напряжения равен нулю. При этом напряжение постоянной амплитуды на выходе генератора 13 усиливается параметрическим усилителем 8 тока с начальным расчетным коэффициентом усиления, обеспечивающим необходимую величину крутя= щего момента.
Если контролируемая среда обладает вязкостными свойствами, то амплитуда колебаний резонатора уменьшается, на выходе компаратора 17 напряжения появляется сигнал коррекции постоянного тока, который, поступая на второй вход сумматора 11, изменяет частоту управляемого генератора (физически осуществляется разворот вектора крутящего момента). .Этот сигнал коррекции, поступая на параметрический вход параметрического усилителя 8 тока, изменяет его коэффициент усиления, изменяя величину крутящего момента., Предлагаемое изобретение по сравнению с известными обеспечивает повышение точности измерения плотности авиационных топлив в заданном диапазоне в широком диапазоне изменения их вязкости за счет того, что, как величина крутящего момента, так,и его фазовый б сдвиг изменяются в соответствии с изменением вязкости.
Испытания предлагаемого устройства на макетном образце показало, что,точность измерения плотности в нормальных условиях при as. менеиии вязкости в диапазоне 1 —, 60 сСт повысилось с 0,9% до О,М
57783
Составитель В. Алексеев
Техред Ж. Кастелевич Корректор 10. МакаРенко
Редактор Н. Рогулич
Заказ 7229/69 Тираж 907 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4
7 8
Формула изобретения
Автоматический плотномер жидкости, содержащий крутильно колеблющийся элемент с укрепленными на нем радиальными лопастями, взаимноперпендикулярные обмотки возбуждения, преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегося элемента в периодический электрический сигнал, фазовый детектор, интегратор, управляемый генератор, фазосдвигающую цепь и измеритель частоты, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения плотности вязких жидкостей, в него дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напряжения, компаратор напряжения и сумматор, причем выход преобразователя меха гических колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора, опорный вход которого через фаэосдвигающую цепочку подключен к выходу управляемого генератора, соедИненному со входом измерителя частоты и пассивным входом параметрического усилителя, а вход управляемого генератора через интегратор подключен к выходу сумматора, к одному из вход в которого подключен выход фазового детектора, а другой вход, соединенный с параметрическим входом параметрического усилителя, подключен к выходу компаратора напряжения, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а второй подключен к выходу детектора, при этом выход параметрического усилителя соединен с одной обмоткой возбуждения.
Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе
1, Авторское свидетельство СССР И 636510, кл. G 01 N 9/10, 1979.
2. Патент ФРГ N 1291138, кн. 6 01 N 9/00, кл. 42 0 1/03, 1970. щ 3. Авторское свидетельство СССР по заявке
Р 2628162/18-25, кл. G 01 N 9/10, 1978 (прототип).