Плотномер

Плотномер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ни

Соцквпкстическии . Рвспубаик

91 1220 ($I)M. Кл.

G 01 и 9/24 (61) Дополнительное к авт. свиа-ву— (22) Заявлено 16. 06. 80 (21) 2941012/18-25 с присоединением заявки М (23)llриоритет

РмударетааииыФ квинтет

СССР во далек изобретений и открытий

Опубликовано 07.03.82. Бюллетень М 9 (53) УЙК 532.14 (088 ° 8) Дата опубликования описания 09,03,82

В. Н. Прилепский, И. А. Соловьев, С. И. Шевчишин и lO. В. Самаркин (72) Авторы изобретения (54) ПЛОТНОМЕР

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в химической промышленности для измерения плотности жидких сред.

Известен мембранный плотномер, содержащий две мембранные коробки, перекрытые мембранами, заполненные эталонной жидкостью. и соединенные трубками с дифманометром.

При измерении плотности перепад .давления, воспринимаемый мембранами, передается посредством эталонной жидкости на дифманометр, выход которого является выходом плотномера 1), Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная тем, что на показания устройства оказывает влияние жесткость мембран при их значительном ходе, необходимом для обеспечения температурного расширения эталонной жидкости. Кроме того, изменение характеристик мембран (например, вследствии старения ) при их значительном ходе, обусловливает нестабильность показаний плотномера.

Известен автоматический плотномер, содержащий проточную емкость, в которую помещены две соединенные трубкой мембранные коробки, расположенные на различной высоте. Жесткий центр верхней мембранной коробки посредством штока и выведенного через сильфонное уплотнение за пределы кате меры коромысла связан с пневмосило вым преобразователем, выход которого соединен со входом вторичного прибора. Мембранные коробки заполнены эталонной жидкостью. тз

При работе устройства на верхнюю мембрану с внешней стороны действует . сила, пропорциональная давлению измеряемой жидкости на уровне верхней мембраны, а с внутренней стороны - пропорциональная давлению на уровне нижней мембраны. Рззность сил, пропорциональная плотности из" меряемой жидкости, передается посредством штока и коромысла на пневмосиловой преобразователь, где уравновешивается усилием, развиваемым блоком обратной связи, выходное давление которого пропорционально плотности измеряемой жидкости фиксируется вторичным прибором 12 ).

К недостаткам устройства следует отнести необходимость помещения всей чувствительной системы и передающих усилие элементов в измеряемую среду, что усложняет обслуживание и понижает надежность, а также низкую точность при большом диапазоне изменения плотности измеряемой жидкости, обусловленную следующим. Искомое значение измеряемой плотности 9, приведенное, к нормальным условиям (20 C) опрео деляется уравнением р = р w y, (t - 5.0) ., (1 )

t где я - значение плотности при температуре измерения; температура,при которой производится измерение;

К - температурный коэффициент, показывающий на сколько изменяется плотность при изменении температуры на 1о

Температурный коэффициент не является постоянной величиной, а изменяется при изменении плотности из.меряемой жидкости и определяется уравнением

К =pP) 2) где P - плотность жидкости; коэффициент обьемного расширения жидкости.

При осуществлении термокомпенсации за счет температурного расширения эталонной жидкости, температурный коэффициент не учитывает изменений плотности измеряемой жидкости, что вносит погрешность при большом д иапазоне изменения плотности измеряемой жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущноСти является автоматический плотномер, содержащии проточную камеру и компенсационный измеритель перепада давления, выполненный в виде двух мембранных измерителей давления, которые расположены в камере на разной высоте и связаны с плечами рь!чагв, снабженного пружиной установки нуля. Одно из плеч рычага сввзвна с преобразователем тип с!»нio- эас ланка, сопла

4 которого соединено с входом блока обратной связи, механически связанного с рычагом. Блок термокомпенсации состоит из последовательно соединенных турбулентного и ламинарного дросселей и соединен с положительным входом элемента сравнения, отрицательный вход которого соединен с линией постоянного давления, о второй положительный вход - с соплом преобразователя и входом переменного дросселя.

При работе плотномера перепад давления, пропорциональный. плотности

15 жидкости и воспринимаемый мембранами, уравновешивается усилием развиваемым блоком обратной связи, соединенным с соплом преобразователя типа сопла-заслонка,. а давление в камере щ блока обратной связи является выходным сигналом устройства. При отклонении температуры жидкости от номинального значения изменяется прапор циональный температуре сигнал устройства термокомпенсации, поступающий на элемент сравнения. При этом изменяется перепад давления на переменном дросселе, и соответственно, расход воздуха через него, что привозе дит к соответствующему изменению выходного сигнала устройства, компенсирующему температурное расширение жидкости (31.

К недостаткам устройства следует отнести наличие температурной погрешности, так как такое конструктивное выполнение плотномера позволяет осуществить лишь частичную термокомпенсацию. Это обусловлено тем, что изменение перепада на переменном

40 дросселе ограничено сверху разностью между стандартным значением давления питания (1 4 кг/см ) и верхним значеЪ

У

1 нием выходного сигнала (1,0 кг/см ),а влияние изменения разности давлений на,дросселе на величину выход;ного сигнала минимально. Для увели:чения- этого влияния пришлось бы увеличить жесткость мембран, воспринимающих давление жидкости, но увеличение жесткости мембран неизбежно повлекло бы увеличение погрешности и понижение чувствительности плотномера.

Цель изобретения - повышение точности за счет полной термокомпенсации.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, садер5 9l12 жащее проточную камеру, компенсационный измеритель перепада давления, устройство теРмокомпенсации и пятимембранный элемент сравнения, дополнительно введены ламинарный дроссель, Iрехмембранный элемент сравнения, переменная пнеВмоемкость, импульсатор, два нормально закрытых клапана, генератор линейно нарастающего сигнала и элемент памяти, причем вход ламинарного дросселя; соединен с линией питания и третьим входом пяти;мембранного элемента сравнения, четвертый вход которого соединен с выГ одом ламинарного дросселя и крайними камерами, а сопло - с пневмоемкостью и положительным входом трехмембранного элемента сравнения и через нормальнозакрытый клапан с атмосферой, отрицательный вход трехмембранного Элемента сравнения соединен с выходом преобразователя типа соплозасйонка, а — выход с входом импульсатора, выход которого соединен с .(входами нормально закрытых клапанов и элемента памяти, выход генератора линейно нарастающего сигнала соединен с входом элемента памяти и.через второй нормально1 закрытый клапан с атмосферой.

При таком конструктивном выполнении плотномера процесс измерения -осу ществляется дискретно, а выходной сигнал плотномера равен выходному сигналу генеРатора линейно наРастающего сигнала в моменты срабатывания трехмембранного элемента сравнения, определяемые плотностью и температурой измеряемой жидкости. При этом мембраны измерителя перепада давления могут иметь минимальную жесткость,-что повышает чувствительность и точность устройства, в отличие от из- . вестного плотномера, в котором для обеспечения термокомпенсации мембра- 45 ны должны иметь значительную жест" кость, обусловливающую его низкую чувствительность и точность.

На чертеже представлена схема плотномера °

Плотномер содержит проточную ка- 50 меру 1, в которой на разной высоте установлены мембраны 2 и 3 компенсационного измерителя 4 перепада давления, содержащего также рычаг 5, плечи которого связаны с мембранами

2 и 3, пружину 6 установки нуля, преобразователь типа сопло-заслонка, заслонка 7 которого закреплена на

20 6 рычаге, а сопло 8 соединено через дроссель 9 с линией питания, и, ме" ханически связанный с рычагом 5, блок 10 обратной связи, вход которого соединен с соплом 8 и линией выхода измерителя перепада, устройство териокомпенсации содержит турбулент" ный дроссель 11, вход которого соеди" нен с линией питания и ламинарный дроссель 12, помещенный в измеряемую жидкость, вход которого соединен с выходом турбулентного дросселя 11 и входом пятимембранного элемента, 13 сравнения, второй вход которого соединен с линией постоянного давления

Р, третий вход - с линией питания. и входом ламинарного дросселя 14, четвертый вход - с выходом ламинарного дросселя 14 и крайними камерами, сопло — с пневмоемкостью 15, входом нормально закрытого клапана 16 и по" ложительным входом трехмембранного элемента 17 сравнения,. Отрицательный вход элемента 17 сравнения соединен с выходом компенсационного измерителя перепада давления, а выход - с входом импульсатора 18, с дросселем

l9, выход которого соединен с управляющими входами нормально закрытых клапанов 16 и 20 и элемента 21 памяти, выполненного, например, в виде линии задержки на такт. Генератор 22 линейно нарастающего сигнала состоит из переменного дросселя 23 и повторителя 24 со сдвигом, глухая камера которого соединена с линией питания и входом дросселя 23, проточная камера - с выходом дросселя 23, а сопло - с входом .элемента 21 памяти;- выход которого является выходом плотномера и входом клапана 20.

Плотномер работает следующим образом.

При прохождении через проточную емкость измеряемой жидкости, перепад давления по высоте камеры, пропорциональный плотности жидкости, воспринимается мембранами 2 и 3 измерителя 4 перепада и уравновешивается усилием, развиваемым блоком 10 обратной связи. При этом в блоке l0 обратной. связи устанавливается давление пропорциональное плотности жидкости, которое подается на вход элемента 13 сравнения. Одновременно на выходе турбулентного дросселя 11 устанавливается давление Р, пропорциональное температуре жидкости, которое подается на вход пятимембранно911220 8 срабатывание элемента сравнения 17, определяется уравнением:

Р Ч вЂ” 1 (1)

G где V - объем пневмоемкости.

После подстановки (3), (4),(5), (6) в (7) получаем:

К„Ч

r K К где

Выходной сигнал устройства, равный запоминаемому в момент времени выходному сигналу генератора линейно нарастающего сигнала, пропорционален величине и определяется уравне30 ни ем:

К fb K V где К - y, 4

Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем т („ )

1-fb(t - И) 7 го элемента 13 сравнения, которыи устанавливается в положение равновесия, Перепад давления ь Р на дрос селе 14 равен разности давлений Pt и постоянного давления Р„ . При этом при закрытом клапане 16, пневмоемкость 15 начинает заполняться через дроссель 14 и сопло элемента 13 срав нения со скоростью, пропорциональной расходу воздуха через дроссель

14, а следовательно, и перепаду на нем. Одновременно, при закрытом клапане 20 линейно нарастает сигнал генератора 22. При достижении в пневмоемкости 15, а следовательно, и на .выходе,элемента17 сравнения давле-. ния, равного выходному давлению измерителя перепада Рд, срабатывает элемент 17 сравнения и импульсатор 18 выдает единичный импульс давления Р в длительность которого определяется настройкой дросселя 19. При этом вы-. ходное давление генератора 22 нарастающего сигнала запоминается элементом 21 памяти и поступает на выход плотномера, а через открывшиеся клапаны 16 и 20 давление из пневмоемкости 15 и с выхода генератора нарастающего сигнала стравливается в атмосферу. После снятия выходного импульса импульсатора закрываются клапаны 16 и 20 и цикл измерения повторяется.

Пример. Давление Р1, на выходе измерителя перепада давления про35 порционально плотности жидкости при температуре измерения р, т.е.:

Ри Ки где К вЂ” коэффициент пропорциональи ности °

Давление Р на выходе турбулентного дросселя 11 пропорционально температуре жидкости t, т,е,.

Р,= К,-, . (4) где К - коэффйциент пропорциональности.

Перепад на дросселе 14 равен разности давлений Р и Р, b P=Pn Pt =PA (5)

Расход воздуха через ламинарный

50 дроссель 14 может быть определен по уравнению:

G= К„ьР (6) где К > - коэффициент пропорциональности определяемый параметУ

55 рами дросселя.

Промежуток времени, за которыи давление в пневмоемкости нарастает до ,.величины Р, при котором проигходит ч Ч

" к„р,.a,t) (8) — -1

Устанавливаем.Р = — К +К ygg у, 1 1

n y 1 <>

Рвых (10) где Кг- коэффйциент пропорциональности, определяемый параметрами дросселя 23 и перепадом на нем.

После подстановки. (9) в (10) имеем:! (11) к к В9 бьат <.y (t - g0) )-5(t - 20)

После подстановки (12) в (11) имеем следующее уравнение для определе-, ния выходного сигнала плотномера:

Р = K g.

Таким образом, при таком конструктивном выполнении плотномера его вы ходной сигнал, равный сигналу генера.Формула изобретения

9 9112 тора линейно нарастающего сигнала в моменты его запоминания, пропорционален плотности жидкости при нормаль-ных условиях (20 С), т.е. в плотномере осуществляется автоматическая термокомпенсация с учетом изменения температурного коэффициента при изменении плотности жидкости. Это повышает точность плотномера по сравнению с известным устройством, в ко- <в тором возможна лишь частичная температурная компенсация.

Повышение точности измерения позволяет применить плотномер в произ-. водстве хлора и каустика ртутным методом для измерения плотности раство" .ра каустической соды..

Плотномер, содержащий проточный сосуд с компенсационным измерителем перепада давления, блок термокомпенсации, выполненный в виде последовательно соединенных турбулентного и .ламинарного дросселей,выход которого . соединен с входом пятимембранного элемента сравнения, второй вход которого соединен с линией постоянного давления, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно содержит ламинарный дроссель, трехмембранный элемент сравнения, переменную пневмоем20 10 кость, импульсатор, два нормально закрытых клапана, генератор линейно .нарастающего сигнала и элемент памяти, причем вход яаминарного дросселя соединен с линией питания и третьим входом пятимембранного элемента сравнения, четвертый вход кото".рого соединен с выходом ламинарного дросселя и крайними камерами, а сопло - с пневмоемкостью и положитель- . ным входом трехмембранного элемента сравнения и через нормально закрытый клапан с атмосферой, отри" цательный вход трехмембранного элемента сравнения соединен с выходом компенсационного измерителя перепада давления, а выход - с входом импульсатора, выход которого соединен с входами нормально закрытым клапаном и элемента памяти, выход гене" ратора линейно нарастающего сигнала соединен с входом элемента памяти и через второй нормально закрытый клапан с атмосферой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Глыбин И. П. Автоматические плотномеры. Киев, "Техника", 1965, с. 99.

2. Авторское свидетельство СССР

< 157554, кл. G 01 М 9/24, 1961.

3. Авторское свидетельство СССР

N 565231, кл. G 01 и 9/26, 1977 {про тотип).

Составитель Е, Иаллер

Редактор Т, Киселева Техред Ж.Кастелевич. Корректор гг. Коста

Заказ 1104/25 Тираж 883 Подписное

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