Тепловой компенсационный плотномер

 

Тепловой компенсационный плотномер относится к измерительной тех нике, в частности к устройствам для измерения плотности технологических растворов, плотность которых изменяется в относительно узком диапазоне. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы плотномера. Плотномер содержит датчик плотности, состоящий из камер для исследуемого раствора и эталонной -жидкости, соединенных с блоком сравнения, подключенньм к исполнительному механизму. В плотномере имеется теплообменник нагрева эталонной жидкости, регулирующий клапан и измеритель температуры. Регулирующий клапан установлен на линии подачи теплоносителя к теплообменнику и соединен с исполнительным механизмом . Вход измерителя температуры соединен с камерой эталонной жидкости, а его шкапа градуирована в единицах плотности. 2 ил. (/7 to 4; « sl 00

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,SU„, 12472 8 (51)4 G 01 N 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

\OS

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3871692/24-25, 3853602/25 (22) 11.02.85 (46) 30.07.86. Бюп. Ф 28 (71) Новомосковский филиал Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-техноло, гического института им. Д.И.Менделеева (72) П.И. Стальнов и В.С.Прохоров (53) 532. 14 (088. 8) .(56) Кивилис С.С. Нлотномеры. М.:

Энергия, 1980, с. 205.

Авторское свидетельство СССР

9 960578, кл. G 01 N 3/28„ 1981. (54) ТЕПЛОВОЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПЛОТ-

НОМЕР (57) Тепловой компенсационный плотномер относится к измерительной тех нике, в частности к устройствам для измерения плотности технологическйх растворов, плотность которых изменяется в относительно узком диапазоне.

Цель изобретения — повышение точности измерения и надежности работы

1 плотномера. Плотномер содержит датчик плотности, состоящий из камер для исследуемого раствора и эталонной -жидкости, соединенных с блоком сравнения, подключенным к исполнительному механизму. В плотномере имеется теплообменник нагрева эталонной жидкости, регулирующий клапан и измеритель температуры, Регулирующий клапан установлен на линии подачи теплоносителя к теплообменнику и соединен с исполнительным механизмом. Вход измерителя температуры соединен с камерой эталонной жидкости, а его шкала градуирована в единицах плотности. 2 ил.

1247718

,.

Рома(е );» где Н, — глубина погружения пневмометрической трубки 5 в исследуемый раствор, Н вЂ” глубина погружения пневмометрической трубки 6 в эталонный раствор.

Плотномер содержит блок 8 сравнения и измеритель 9 температуры. На вход блока 8 сравнения поступают давления.

Р, и Р от пневмометрических трубок

5и6 где Яо плотность исследуемого раствора при температуре

to» средний температурный коэффициент объемного расширения исследуемого раствора в интервале температур .() Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения плотности тех- нологических растворов, применяемых в пищевой и химической промьпппенности.

Цель изобретения — повышение точности, чувствительности измерения и надежности работы устройства путем устранения погрешности, вносимой измерением давления.

На чертеже схематически изображен тепловой компенсационный плотномер с пневмометрическим датчиком плотности; на фиг. 2 - то же, с гидростатическим датчиком плотности. . Тепловой компенсационный плотномер с пневмометрическим датчиком плотности содержит камеру 1 для исследуемого раствора и камеру 2 для эталонной жидкости, которая обогревается в теплообменнике 3 теплоносителем,на линии;подачи которого установ лен регулирующий клапан 4. В камеры

1 и 2 помещены пневмометрические трубки 5 и б, соединенные с блоком

7 питания, с помощью которого настраивается расход воздуха через трубки. Пневмометрические трубки 5 и 6 погружены соответственно в исследуе.мый и эталонный растворы на разную глубину, которая выбирается из условия — рабочая температура иссле1 дуемого раствора

Н вЂ” глубина погружения пневмо1 метрической трубки 5 в исследуемый раствор, () — g (t, — 1,)) g Н,, (3) где Р— плотность эталонного раст)О вора при температуре t

- средний температурный коэффициент объемного расширения эталонного раствора в интервале температур t -t — рабочая температура эталонного раствора, Н вЂ” глубина погружения пневмо). метрической трубки 6 в эта-. лонный раствор.

Кроме того, устройство содержит измеритель 10 температуры исследуемой жидкости и блок 11 перемещения пневмометрической трубки 5, который выполнен в виде позиционера, изготов ленного на базе трехмембранного элемента 12 сравнения, сильфона 13 и пружины 14. Устройство содержит исполнительный механизм 15,. управляющий работой регулирующего клапана 4.

При выполнении теплового компенсационного плотномера с гидростати-. ческим датчиком плотности он содержит камеру 1 для исследуемого раствора (рабочую трубку), камеру эталонной жидкости 2 (компенсационную трубу), теплообменник 3, регулирующий клапан 4, блок 8 сравнения, измеритель 9 температуры, исполнительный механизм 15, мембрану 16, пневмопреобразователь 17.

Тепловой компенсационный плотно-. мер с пневматическим датчиком плотности работает следующим образом.

Величины P u P поступают на т вход блока 8 сравнения (ПИ-регулятор), у которого время изодрома Т и минимальное, а .коэффициент усиления

К максимальный (К - ). .Пневмар ( тйческий сигнал с выхода блока 8

50. сравнения поступает по линии обратной связи на мембранный исполнительный механизм регулирующего клапана

4, установленного на линии подачи теплоносителя в теплообменник 3, 55 обОгревающий эталонный раствор, находящийся в термокомпенсационной камере 2. В состоянии равновесия измерительной схемы плотномера Р

1 з 124 7,718 4

= P, . Решая систему уравнений (1), тывает сигнал на блок 11 термокомпен(2) и (3), получают сационного перемещения пневмометрической трубки 5. Если в качестве из1 (Уол (мерителя 10 температуры используется

Т (Яр l - < 5 прибор с пневматическим выходным сиг)1 л (4) налом, то блок 11 перемещения может

" н, быть выполнен в виде позиционера, :изготовленного на базе трехмембраннот.е. температура t эталонного раствора, измеренная измерителем 9 темго элемента 12 сравнения силь она пературы, пропорциональна плотности .сильфона 13 подается выходное давлегр„ технологического раствора. ние трехмембраннсго элемента 12 сравПри изменении плотности исследуенения, в одну из камер которого подамого раствора давление в пневмометется сигнал с измерителя 10 темперарической трубке 5 меняется, поэтому появляется сигнал разбаланса ь Р и . закреплена пневмометрическая трубка сравнения, а с него — на исполни5, происходит изменение натяжения тельный механизм регулирующего клапана 4, который изменяет расход подаЬаемого в теплообменник 3 теплоно/" 20 торой обеспечивает силов сителя. Температура эталонного растсвязь в трехмембранном элементе р р ином элементе 12 вора в термокомпенсацнонной камере сравнения чем достигается п опо ональное изменение положения пневмоиэменяется, а вместе с ней изменяетметрической трубки 5 относительно ся плотность эталонного раствора.

25 измерительной камеры раствора происхо т до тех пор, по температуры технологического раство- . ка давление в пневмометрических трубках сравняется. Так как ПИ-ре- менения температуры исследуемого гулятор стремится уменьшить о „бку Р" "Р "Ро зводитсЯ изменением чисЗ0 ла витков пружины . ри этом термокомпенсирующее перемещение пневмоьР— - О. метрической трубки 5 находят из, Таким образом,- измерительная схема плотномера производит компенсацию изменения плотности комнтролируемого ьн = Н1 K(t — t2) Ó раствора в измерительной камере 1 пу- где Н вЂ” расчетная глубина погружетем изменения температуры эталонного ния пневмометрической трубраствора, а следовательно, его плот- ки 5 в исследуемый раствор ности в термокомпенсационной камере при температуре

2. Температура эталонного раствора . к, — средний температурный коэфизмеряется измерителем 9 темпе ату9 температу фициент объемного расширеры, шкала которого отградуирована в ния исследуемого раствора единицах плотности. в интервале температур

Как видно из уравнения (2), плотt — t ность раствора зависит не только от 45 — рабочая температура исслеего состава, но и от температуры, дуемого раствора, которая поэтому от этой температуры, как вид- измеряется измерителем 10 но из уравнения (4), зависит выходной температуры. сигнал плотномера. Для уменьшения Тепловой компенсационный плотнотемпературной погрешности при опре- 50 мер с гидростатическим датчиком делении состава исследуемого раствора плотности работает следующим обрапо его плотности необходимо глубину погружения пневмометрической трубки Исследуемый раствор поступает в

5 в исследуемый раствор сделать пе- камеру 1 высотой Н, Столб контролиременной.. в функции температуры это- 55 руемой жидкости создает давление на го раствора. Для этого измеритель 10 мембрану температуры исследуемой жидкости изменяет температуру раствора и выраба1247 71<3 где () — плотность контролируемой

) ()1 жидкости при температуре

1,;

4 — средний температурный коэффициент объемного расширения контролируемой жидкости в интервале температур

t — t о

t — температура контролируе- 1О

1 мой жидкости»

Н, — высота рабочей трубы.

Вспомогательная жидкость через теплообменник 3 поступает в камеру

2 — компенсационную трубу высот"ой Н . 15

Столб жидкости создает давление на мембрану 16 з, =(, ((-p(c - )) рн, где о — плотность вспомогательной 2р аг жидкости при температуре

t ; — средний температурный коэффициент объемного расширения вспомогательной жид- 25 кости в интервале температур t, — tx» — температура вспомогательг ной жидкости в компенсационной трубе — камере 2. yg

Н вЂ” высота компенсационной

"с трубы 2.

Работа плотномера основана на уравновешивании давления от столба жидкости в рабочей трубе постоянной высоты давлением от столба жидкости в компенсационной трубе также постоянной высоты.

Изменение плотности контролируемой ж(идкости вызывает изменение дав- 4о пения P, .действующего на мембрану

»

16 со стороны камеры 1. Это приводит к перемещению мембраны 16, которое преобразуется пневмопреобразовате,пем 17 в пневматический сигнал, кото-45 рый поступает на исполнительный механизм 15, В качестве пневмопреобразователя 7 выбирается ПИ-регулятор, у которого время изодрома минимальное, а коэффициент усиления макси- б мальный. Исполнительный механизм 15 перемещает регулирующий орган клапана 4, установленного на линии подачи теплоносителя -в теплообменник 3. Это вызывает изменение температуры вспомогательной жидкости, выходящей из теплообменника 3 и поступающей в камеру 2 (компенсационную трубу). Изp, ((— а(с, — с,))» н, = i » ((- ih(t2 — tî)) к н, откуда с - e = — I(— ((- (((c

1 Г go, г () g(— t,)) — .

Таким образом, температура t которая измеряется в камере датчиком и измерителем 9 температуры, пропорциональна плотности g контролируемой

1 жидкости.

Шкала измерителя температуры отградуирована в единицах плотности.

При выборе высот рабочей Н и ком1 пенсационной Н труб руководствуются следующими соображениями.. Плотности контролируемой жидкости, соответствующей началу шкалы плотномера, отвечает наибольшая температура вспомогательной жидкости, которая должна находиться ниже температуры кипения этой вспомогательной жидкости. Плотности, соответствующей концу шкапы плотномера, отвечает наименьшая температура вспомогательной жидкости, которая выбирается несколько вьппе температуры окружающей среды и тем-. пературы вспомогательной жидкости, поступающей в теплообменник 9. Последнее условие будет выполнено, если высоты упомянутых трубок выбраны по формуле н $ юд а н г»

"макс высота рабочей трубы; высота компенсационной трубы; плотность контролируемой жидкости, соответствующая верхнему пределу измерения (концу шкалы) плотномера, где Н

Н

2 () м.кс менение температуры вспомогательной жидкости происходит до тех пор, пока не произойдет уравновешивание столба контролируемой жидкости столбом вспомогательной жидкости ввиду изменений температуры последней. Так как ПИрегулятор стремится уменьшить ошибку рассогласования до минимума, то для состояния равновесия измерительной схемы плотномера можно записать

P = Рг

1247718 — плотность вспомогательной

L мевс жидкости при минимально возможной в условиях измерения температуре. 5

Первое условие выполняется путем выбора соответствующей вспомогательной жидкости, при этом, чем шире диапазон измерения плотности, тем должна быть вьппе температура кипе ния вспомогательной жидкости.

Тепловой компенсационный плотномер, содержащий датчик плотности, состоящий из камер для исследуемого

Формула йзобретения 15 раствора и эталонной жидкости, соединенных с блоком сравнения, подключенным к исполнительному механизму, отличающийся тем, что, с целью повышения тоМности измерения и надежности работы устройства, плотномер снабжен теплообменником нагрева эталонной жидкости, регулирующим клапаном и измерителем температуры, причем регулирующий клапан установлен на линии подачи теплоносителя к теплообменнику и соединен с исполнительным механизмом, вход измерителя температуры соединен с камерой эталонной жидкости, а его шкала градуирована в единицах плотности

1247718

Составитель В.Камзов

Техред H.Áoíêàëî Корректор Е.Сирохман

Редактор Л.Веселовская

Заказ 4116/41

Тираж 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