Способ определения плотности жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения плотности жидких сред. Цель изобретения - повыше1ше точнойти и упрощение определения плотности жидкости пнёвмометрическим методом. Способ определения плотности жидкости заклк1чается в том, что воздух продувают за два такта через длинную и короткую измерительные трубки, помещенные в исследуемую жидкость, и компенсатор давления, причем в первом такте продувают воздух через компенсатор и короткую трубку, регулируют давление в компенсаторе так, чтобы перепад давления между ним и короткой трубкой стал равен нулю; во втором такте воздух продувают через компенсатор и длинную трубку, измерякгг перепад давления между ними, по которому судят об искомой величине. 3 ил. i (Л

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1434330 А1(5р 4 G 01 N 9/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4159758/31-25 (22) 27,10.86 (46) 30.10.88. Бюл. Р 40 (71) Куйбышевский политехнический институт им, В.В.Куйбышева

- (72) M.Ç.Êðàâåö и В.П.Миронов (53) 531.756 (088,8) (56) Глыбин И.П. Автоматические плотномеры. Киев: Техника, 1965, с. 70, рис. 34а.

Авторское свидетельство СССР

У 1354064, кл. G 01 N 9/28, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам

onределения плотности жидких сред.

Цель изобретения — повышение точнос- ти и упрощение определения плотности жидкости пневмометрическим методом..

Способ определения плотности жидкости заключается в том, что воздух продувают за два такта через длинную и короткую измерительные трубки, номещенные в исследуемую жидкость, и компенсатор давления, причем в nepsoM такте продувают воздух через компен" сатор и короткую трубку, регулируют давление s компенсаторе так, чтобы перепад давления между ним и короткой трубкой стал равен нулю; во втором такте воздух продувают через компенсатор и длинную трубку, измеряют с

Щ перепад давления между ними, по которому судят об искомой величине. 3 ил.

) 434330

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения плотности жидких сред.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение определения плотности эа счет исключения операций перемещения трубки компенсатора балластного давления и измерения его величины, !О

На фиг. 1 изображена структурная схема пневмометрического плотномера„ реализующего предпагаемьпr способ; на фиг.2 — управляюще-вычислительный блок; на фиг. 3 — временная диаграмма 15 работы плотномера.

Способ заключается в том, что воздух продувают за два такта через длинную и короткую измерительные трубки, помещенные в исследуемую жид- 20 кость, и компенсатор давления, причем в первом такте продувают воздух через компенсатор и короткую трубку, регулируют давление в компенсаторе так, чтобы перепад давлений между компенсатором и короткой трубкой стал равен нулю, во втором такте продувают воздух через компенсатор и длинную изме— рительную трубку, измеряют перепад давления между ними, по которому су30 дят о плотности жидкости.

Способ реализуется с помощью пневмометрического плотномера.

Плотномер содержит блок питания воздухом, питающий плюсовую 2 и мину- 35 совую 3 независимые пневмолинии, меж— ду которыми включен дифманометр 4, !

Ппюсовая пневмолиния 2 через нормально з акрытый пневмоклапан 5 эапнтыв ает . основную измерительную трубку 6, по- 40 груженную в контролируемую жидкость на глубину Н, а через нормально открытый пневмоклапан 7 — дополнительную трубку 8, погруженную в жидкость на глубину Н + h. Минусовая пневмолиния 3 через нормально закрытый пневмоклалан 9 запитывает пневмоемкость 10 и последовательно соединенный с ней пневмодроссель 11, связанный с атмосферой через нормально закрытый пневмоклапан 12. Иинусовая ка" мера дифманометра 4 связана с минусовой пневмолинией 3 в месте соединения пневмоемкости 10 с пневмодросселем 11, выход дифманометра 4 соединен с входом управляюще-вычислительного блока 13, первый выход которого связан с входами управления пневмоклапанов 5 и 7, а второй и третий — с входами управления пневмоклапанов 9 и

12 соответственно, Управпяюще-вычислительный блок 13 состоит из компаратора !4, первый вход которого связан с выходом дифманометра 4, а второй — с выходом блока 15 уставки, триггера 16 с установочными входами, первый вход которого (вход сброса) соединен с выходом компаратора 14, а выход — с входом управления пневмоклапана 12, генератора 17, триггера 18 со счетным входом, вход которого связан с выходом генератора 17, а первый выход — с входами управления пневмоклапапов 5 и 7, первым входом схемы 19 совпадения и входом одновибратора 20, выход которого связан с входом управления пневмоклапана 9, вторым входом ("Установка") триггера 16, входом инвертора 21 и вторым входом (" Разрешение приема") регистра 22, преобразователя напряжение — частота 23, вход Которого соединен с выходом дифманометра 4, схем 24 и 25 совпадения, пер— вые входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами триггера 18, а третьи — с выходом преобразователя 23, и реверсивного счетчика 26, первый, второй и третий

II I t входы которого (входы Сложение

"Вычитание" и "Сброс" ) соответственно соединены с выходами схем 25, 24 и 19 совпадения, а выход — с первым входом регистра 22, Второй и третий входы схемы 19 совпадения соответственно связаны с выходом инвертора 21 и выходом генератора 17, а вторые входы схем 24 и 25 совпадения — с вы— ходом инвертора 2 7, вход которого соединен с выходом генератора 17.

Способ осуществляют с помощью плотномера следующим образом.

В первом такте в плюсовую пневмолинию 2 подключают основную измерительную трубку 6 и регулируемым ком— пенсатором балластного давления, реализованным в минусовой пневмолинии 3 с помощью пневмоемкости 10, пневмо— дросселя 11 и пневмоклапанов 9 и 12, добиваются нулевого или близкого к нулевому показания дифманометра 4.

Это показание запоминают и фиксируют для этого состояния давление в компенсаторе, Во втором такте при фиксированном значении давления в компенсаторе увеличивают глубину погружения иэмери

1 434 330 тельной трубки — подключают в плюсовую п»енмоли»ию 2 измеритель»ую труб.ку 8 и запоми»ают показания дифманометра 4. Искомая плотность пропор5 циональна раз»ости показаний дифманометра 4 во втором и первом тактах.

В i — v такте измерения (i = 1,3, 5,...} »а плюсовую камеру дифманометра 4 действует давление 10

1 « 6 ч где p — измеряемая плотность;

g — 9,81 м/с — ускорение силы тяZ жести; 15

P — потери данления на участке

/ 1 пневмоли»»и от места подключения дифманометра до нижнего среза барботажной трубки,обусловленные трением воздуха 20 о стенки пиевмолинии и трубки в i-м такте;

P — избыточное давление воздуха, обусловле»ное силами поверхностного натяжения, необходи-25 мое для отрыва пузырька от нижнего конца трубки в i-ом такте;

Р„ — давление, обусловленное скорост»ым напором жидкости,изменяющим условие отрыва пузырька воздуха от нижнего конца трубки в i-м такте.

Пусть в момент компенсации давление в компенсаторе (в пневматической емкости 10) равно Р; °

Если модель статической характеристики дифманометра 4 имеет нид у = а,+ а,(Р; — Р;), где у — выходной сигнал (ток, »апряжение и пр.); а а — номинальные коэффициенты моо < дели; аб — смещение статической харак- 45 ! тери стики, обусловленное дрейфом нуля дифманометра 4; а — коэффициент чувствительности

1 дифманометра 4, то в 1-м такте н момент компенсации сигнал на выходе дифманометра 4 равен у; = а, + а,; ().gH + hP; — P ),(1) где а . а ° — значения коэффициентов

О1 модели статической; ха-55 рактеристики в 1-м такте.

AP =P«;+P6;+P

В {i+1}-м такте»а плюсоную камеру дифманометра действует давление ! К() «(°, P6< 1 у(«1 °

Так как длительность такта измерения всегда можно сделать достаточно малой, то:

Рц, +и - «, p p °

Р„(., = Р„

Значения давления н компенсаторе и коэффициентов модели также не могут измениться за время одного такта, следовательно:

Pi«t с(, + 1 о1 (1 + и1 1i

Таким образом, в (д+1)-м такте сигнал на выходе дифманометра 4 равен

y, = a + a, (pg(H + h) .ы ; — Р-1 (2)

Из (2) и (1) имеем у; — у à gh.

Отсюда искомая плотность находится по алгоритму

%1+ У (3) ! а„ gh

При полной компенсации у; = 0 и измерительный алгоритм принимает вид

1=

«З уiyi (4) а, gh

Значение Ь выбирается из следующего соображения.

Для заданного предела измерения

Р дифманометра 4 при максимальной измеряемой плотности р««д„ значение перепада давления на дифманометре 4 во втором такте не должно выходить за предел измерения.

Для P = P«« „c в первом такте имеем

=P»«gH + hP, -Р, -0, (5) во втором такте макс g(H+h)+ ЬР, — P — Р (6)

Отсюда найдем

Ро

h =- — —--- (1)

1 макс g

Как видно из (3) и (4), значение плотности контролируемой жидкости не зависит от условий работы плотномера и дрейфа нуля дифманометра, а опре1434330 деляется результатами двух соседних тактов измерения и величиной li.

Таким образом, определение текущей плотности жидкости производится по результатам двух тактов измерения. В первом такте открыт пневмокла— пан 5, а плевмоклапан 7 закрыт и работает измерительная трубка 6. Ком;ленсация перепада давления на дифма-! нометре 4 осуществляется в минусовой, лневмоликиш 3 регулированием давле.ния в пневмоемкости 10. Для этого, в

1, течение короткого времени открывают

,.пневмоклапан 9 и закрывают пневмокла:пан 12. Давление в пневмоемкости 10 начинает возрастать и в некоторый мо. мент превысит давление в плюсовой ка.,мере дифманометра 4. Гигнал на его

iвыходе становится отрицательным, За— тем закрывают пневмоклапал 9 и откры вают пневмоклапан 12. Давление в ем;кости начинает монотонно падать, так

:как она разряжается в атмосферу через пневмодроссель 11 и сигнал на выходе дифманометра 4 возрастает. Как тольK0 достигается нулевое значение сигнала на выходе дифманометра 4, пневмоклапан 12 закрывается и производится съем информации (сигнал на выходе дифманометра может быть немного больше нуля, так как быстродействие пне-.-:.— моклапанов ограничено и за время реключения давление в пневмоемкости

i 0 может уменьщиться).

Во втором такте пневмоклапан 5 закрыт, а пневмоклапан 7 открыт, Состояние элементов в минусовой пневмолинии 3 остается неизменным. Так как рабогает дополнительная трубка 8, то давление в плюсовой камере дифманометра возрастает и производится съем информации о результате второго такта измерения. Вычисление плотности,, а также все манипуляции с пневмоклапанами производит унравляюще-вычислительный блок 13, работающий следующим образом (см. фиг. 3, где временные диаграммы 28-36 иллюстрируют работу соответственно генератора 17, триггера 18, одновибратора 20, схемы 19 совпадения, схем 24 и 25 совпадения, дифманометра 4, компаратора 14, триггера 16).

В исходном состоянии пневмоклапан

7 открыт, пневмоклапаны 5, 9 и 12 за крыты, триггеры 16 и 18 находятся в состоянии "0 . Длительность тактов . равна Т и определяется генератором

1 7, формирующим положительные импульсы длительностью Т с периодом Т. По

1 переднему фронту импульса с ".åíåðàòoра 17 триггер 18 устанавливается в состояние 1" и открывает пневмоклапан 5, а пневмоклалан 7 закрывает и работает трубка 6. По переднему фронту импульса с первого (прямого) выхода триггера 18 запускается одновибратор 20, ! вырабатывающий положительный импульс длительностью с, открывающий пневмоклапан 9 на это время. За это время давление в пкевмоемкости 10 превысит давление в плюсовой камере дифмакометра 4, на его выходе сигнал будет

1 иметь отрицательный знак. Комларатор

14 совместно с блоком 15 уставки настраивается таким образом, что он срабатывает при небольном отрицательном сигнале, а отключается при кулевом сигнале на его входе, Следова" . тельно, в течение времени, не превыпающего величину Г, компаратор 14 сработает и будет находиться в состоянии "l". Задним фронтом импульса с одновибра гора 20 триггер 16 устанавливается в состояние "lл и откры— вает пневмоклапан 12. Пневмоемкость

10 начинает разряжаться через лневмодроссель 11 в атмосферу, давление в ней падает, сигнал на выходе дифмакометра 4 увеличивается и когда достигает нулевого значения, компаратср 14 отключается и переходит в состояние

"0". Задний фронт импульса компаратора 14 сбрасывает триггер 16, лневмоклапан 12 закрывается, фиксируя такое давление в пневмоемкости 10, что показания дифманометра равны или близки к нулю.

Объем пневмоемкости 10, величина пневмосопротивления пневмодросселя

11, длительность импульсов Т, и с. выбираются таким образом, чтобы за время давление в пневмоемкости !О превысило давление в плюсовой камере дифманометра 4, за время Т„ — сравнялось с ним. Этого легко добиться. варьируя величинами с и R — пкев мосопротивление лневмодросселя Il.

Таким образом, к моменту окончания импульса с генератора 17 дифманометр, 4 показывает нулевое или близкое к нулю значение, которое, преобразованное в частоту на преобразователе 23, в течение времени Т-Т,, формируемого схемой 24 совпадения, 1434330 посту-гает на pû÷èò«íùèé вход реверсивного счетчика 26.

Пусть характеристика преобразователя 23 имеет вид — + Ку

1 где f — н «ч агг ьгг ая частота, соот ветcтвующ«я нулевому сигналу с дифманометра;

К вЂ” чув<твительность преобразователя.

Тогда за время первого такта измерения иэ счетчика 26 спишется число

N, = f,(Ò вЂ” Т) = (f + 1у)(Т—

Второй импульс с генератора 17 передним фронтом сбрасывает триггер 18, пневмоклапан 5 закрывается, а пневмоклапан 7 открывается и начинает работать трубка 8. Давление в плюсовой камере дифманометра 4 возрастает,на его выходе появляется сигнал, который в течение времени Т-Т, формируемого схемой 25 совпадения, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 26 и в него записывается N< импуль сов:

N =.f (Т вЂ” Т,) = (f + Ку )(Т вЂ” Т,), Таким образом, к концу второго такта в реверсивном счетчике 26 будет число

11=и,-N, =к(т- T,)(y -y,) =

= К(Т вЂ” Т, )а,p gh, (8) прямо пропорциональное измеряемой плотности.

В третьем такте это число по сигналу импульса с одновибратора 20 перепишется н регистр 22, а импульсом длительностью Т-, формируемым схемой

19 совпадения, сбрасывается реверсивный счетчик 26, и далее работа схемы повторяется.

Таким образом, в регистре 22 всегда находится число, пропорциональное плотности жидкости, определенной в предыдущем цикле измерения.

Иэ (8) видно, что дрейф нуля преобразователя 23 также не влияет на результат измерения и,:варьируя величиной К или Т, всегда можйо добиться условия V(T — Т,)а,gh = 1 и сразу получить резульгат в единицах плотности.

Спо.-.об обладает повышенной точностью, не зависит от таких влияющих факторов, как уровень контролируемой жидкости, избыточное давление, скорость потока, расход воздуха в пневмолинии, температура, дрейф нуля измерительного преобразователя, падение давления н компенсаторе. Плотно10 меры, реализующие предлагаемый способ, могут длительно эксплуатиро-, ваться в реальных условиях без настройки и коррекции.

Положительный эффект от использо15 вания изобретения достигается за счет того, что параметры компенсатора иперепад давления на нем не входят в результат измерения и не влияют на него, в качестве компенсатора можно

20 использовать не только гидравлический затвор с регулируемой пьезометричес1кой .трубкой, но и более простые и грубые устройства, например, регулируемьй дроссель, пневмоемкость с от25 секающими клапанами и пр.

В то же время аддитивные погрешности в предлагаемом способе компенсируются в результате взятия разности пок аз аний во втором и первом так30 тах г а мультипликативные (изменение коэффициента чувствительности и погрешность нелинейности, вызванная отличием реальной статической характеристики от принятой линейной модели) ослабляются за счет сужения динамического диапазона измерения дифманометра и входят в результат измерения не напрямую, а ослабленные в и раз, где n — отношение динамического диа40 пазона изменения давления на трубке к пределу измерения дифманометра.

При увеличении и мультипликативную погрешность можно довести до за45 данного уровня. Следовательно, в способе отсутствует дополнительная температурная погрешность (при такой же основной) и он проще реализуется, так как не требует сложного регулируемого компенсатора давления или не требуется измерителя перемещения пьезометрической трубки °

Формула изобретения

Способ определения плотности жидкости, заключающийся в продувке воздуха за два такта через длинную и короткую измерительные трубки, помещен1 ЗА ЗЗО ные в исследуемую жидкость, и компенсатор давления, регулировании давления в компенсаторе, измерении разности давлений в компенсаторе и измерительных трубках с последующим опреде.лением плотности, о т л и ч а ю— ,щ и Й с я тем, что, с целью повыше-!,ния точности и упрощения определения, ! в первом такте продувают воздух через ! ! ко миенсатор и короткую трубку, регулируют давление в компецсаторе так, чтобы перепад давления между компен5 сатором и короткой трубкой стал равен нулю, во втором такте продувают воздух через компенсатор и длинную измерительную трубку, измеряют перепад давления и по нему судят о плот10 ности жидкости.

1434330

Составитель В.Пересадько

Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Редактор H. Петрс ва

Заказ 5549/46 Тираж 847 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, о ктн я 4