Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4818051/25 (22) 24.04.90 (46) 07.03,92. Бюл. ¹ 9 (71) Институт проблем управления (72) Г,Н. Ахобадзе и И.M. Эфендиев (53) 664.1.053.3(088.8) (56) Патент США N 3688188, кл. 324-585, 1972.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1522083, кл. G 01 N 22/00, 1989, Авторское свидетельство СССР

N 1294828. кл. С 13 F 1/02, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ САХАРНОГО СИРОПА (КЛЕГОВКИ) В ТРУБОПРОВОДЕ (57) Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано для автоматического измерения плотности сахарных растворов, транспортируемых по,: трубопроводам, Известен проточный плотномер жид.кости, содержащий генератор сверхвысокочастотных колебаний, циркулятор, цилиндрический резонатор с антенной специальной формы, смеситель, усилитель и регистрирующий прибор. Колебания направляются с генератора в цилиндрический резонатор через циркулятор вокруг отрезка трубопровода с жидкостью, Возбуждение колебаний в резонаторе производится при помощи антенны специальной формы. При несовпадении собственной. Ж 1717638 А1 (я)5 С 13 Р 1/02, (; 01 N 22/00 для автоматического измерения плотности сахарных растворов, транспортируемых по трубопроводам. Цель изобретения — повышение точности измерений. В первом вычислительном блоке (ВБ) формируется результат, соответствующий первому определителю выражения для плотности сахарного сиропа. Во второй ВБ, помимо коэффициентов выражения для плотности сахарного сиропа, вводятся текущие значения амплитуды и частоты высокочастотного сигнала, во-втором ВБ определяется второй определитель выражения для плотности сахарного сиропа. По соотношению первого и второго определителей, формируемому в блоке деления, определяется плотность сахарного сиропа, 4.ил. частоты резонатора с частотой поступающих колебаний значительная доля энергии отражается нааад в циркулятор и оттуда поступает в направленный ответвитель, где разделяется на две части. Одна из них идет в генератор. Другая часть подается на смесител ь, куда через аттен юатор и ри ходят та кже колебания опорного СВЧ-генератора.

Разностная частота с выхода смесителя усиливается и используется в качестве меры

ПЛОТНОСТИ, Указанный плотномер конструктивно сложен и обладает высокой погрешностью. обусловленной изменением температуры в потоке, Известно устройство для определения бикомплексных материалов, содержащее

1717638 генератор сверхвысокочастотных колебаний, три вентиля, сверхвысокочастотный переключатель, два сверхвысокочастотных резонатора, преобразователь частоты, частотомер, вычислительный блок, измеритель 5 мощности, формирователь временных интервалов, усилитель, переключатель, осциллограф и двэ сверхвысокачастотных дет.ектора.

Данное устройство обладает невысо- 10 кой точностью измерений и достаточно сложно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для измерения плотности сгущаемых растворов 15 сахарного производства, содержащее высокочастотный генератор с частотным модулятором, выход которого соединен с измерительной ячейкой, и последовательно соединенные детектор, преобразователь и 20 регистрирующий прибор. Прицип действия устройства заключается в определении периодической последовательности видеоимпульсов в форме резонансной кривой с временным интервалом между вершинами 25 соседних импульсов, пропорциональным плотности контролируемой среды, Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений вследствие одновременного влияния тем- 30 пературы и концентрации сухого вещества на плотность.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что 35 в устройство, содержащее детектор, регистрирующий прибор, измерительный элемент, размещенный внутри трубопровода, и высокочастотный генератор, подключенный первым выходом к измерительному 40 элементу, введены блок деления, два вычис-лительных блока, измеритель частоты и измеритель амплитуды, а измерительный элемент выполнен в виде отрезка длинной, линии и подключен K входу детектора, вы- 45 ход которого соединен с входом измерителя амплитуды, первый вычислительный блок подсоединен выходом к первому входу блока деления, подключенного выходом к входу регистрирующего прибора, а вторым вхо- 50 дом — к выходу второго вычислительного блока, подсоединенного первым входом к выходу детектора, а вторым входом — к второму выходу высокочастотного генератора и к входу измерителя частоты. 55

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе; на фиг. 2 — зависимость частоты высокочастотного сигнала от изменений концентрации M и температуры t среды; на фиг. 3 — зависимость амплитуды высокочастотного сигнала от изменений концентрации температуры среды; на фиг. 4— соотношение измеренной и рассчитанной опытным путем плотности среды.

Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе содержит размещенный в трубопроводе

1 измерительный элемент 2 е виде отрезка длинной линии, измеритель .3 амплитуды, детектор 4, высокочастотный генератор 5, измеритель 6 частоты, первый 7 и второй 8 вычислительные блоки, блок 9 деления и регистрирующий прибор 10.

Высокочастотный генератор 5 подключен первым выходом к измерительному элементу 2 и к входу детектора 4., выход которого подсоединен к входу измерителя 3 амплитуды. Выход первого вычислительного блока 7 соединен с первым входом блока

9 деления, подключенного выходом к входу регистрирующего прибора 10 и вторым входом к выходу второго вычислительного блока 8, подсоединенного первым входом к выходу детектора 4 и вторым входом к второму выходу высокочастотного генератора 5 и к входу измерителя 6 частоты.

Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе работает следующим образом.

В рассматриваемом случае зависимость плотйости р сахарного сиропа от концентрации сухого вещества M и температуры t в потоке контролируемой среды в трубопроводе можно записать в виде р =a>M+b t+c<. где а — коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости плотности р ат изменения концентрации сухавага вещества М;

b > — коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости плотности р от изменения температуры t; с1 — постоянная величина.

Из выражения (1) видно, что определе-. ние плотности контролируемой среды в трубопроводе 1 требует о 1новременного измерения концентрации М и температуры в потоке сэхарнага сиропа. Для этого эффект взаимодействия электромагнитных волн с измеряемой средой. заключающийся в оценке характеристик (амплитуды, частоты и фазы) электромагнитных колебаний. связанных с электрофизическими параметрами (диэлектрической проницаемостью, проводимостью) контролируемой среды.

1717638 может быть использован для получения нием "озволяет записать выражение для информации о концентрации и температу- плотности в виде

a1 bg U — a> bg f + b1 ag f — bl a2 U

5 Ьг эз — эг Ьз где первый определитель а1 Ь1 — 1

Ьгаз-агЬз= аг Ьг 0 аз Ьз 0

10 и второй определитель

15 эг ЬН-a > baf+b1эз -Ь1эг 0=

a> b> 0 аг Ьг f аз Ьз U

1=эгМ+ Ьгт+сг, (2)

I где аг — коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости частоты f от изменения концентрации М;

Ьг — коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости частоты f от изменения температуры t; сг — постоянная величина.

Аналогично при амплитудном измерении зависимость напряжения U на выходе детектора 4 от изменений параметров М и t имеет вид (3) (!=аз М+ЬМ+сз.

5 где 8з — коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости напряжения U от изменения концентрации М;

Ьз- коэффициент пропорциональности, рассчитываемый из зависимости напряже- 5 ния U.îò изменения температуры t; сз — постоянная величинэ, Совместное решение приведенных выражений с соответствующим преобразовары в потоке. В соответствии с этим в. устройстве измерительный элемент 2 выполнен в виде отрезка длинной линии и размещен в трубопроводе.1. Для образования электромагнитного поля. взаимодействующего с измеряемым потоком в трубопроводе 1, возбуждают измерительный элемент высокочастотными колебаниями с выхода высокочастотного генератора 5. При отсутствии потока с помощью измерителя 3 амплитуды и измерителя б.частоты в момент резонанса определяют амплитуду напряжения нэ выходе детектора 4 и собственную частоту колебательной системы, образованной высокочастотным генерэтором 5 и измерительным элементом 2, использующим резонансные свойства отрезков длинных линий. По результатам амплитудного и частотного измерений проводимости измеряемой среды, характеризующей электрофизическое свойство сахарного сиропа (фиг. 2 и 3), получают первичную информацию. о параметрах M u t и их изменении в потоке.

В общем виде выражение для резонансной частоты f измерительного элемента 2, связанной с определением плотности р с учетом одновременного изменения концентрации М и температуры т, может быть представлено в виде третьего порядка..

Полученный алгоритм показывает, что при одновременном изменении концентрации M и темперэтуры t в потоке

25 выходные амплитудно-частотные характеристики измерительного элемента 2 с дальнейшей обработкой первичной информации могут быть использованы для определения плотности сахарного сиропа

30 в трубопроводе 1, В предлагаемом техническом решении реализацию указанного алгоритма осуществляют тем, что в первый вычислительный блок 7 вводят значения коэффициентов аг, 35 аз, Ьг и Ьз и нэ его выходе получают результэты, соответствующие первому определителю. Во второй вычислительный блок 8 помимо коэффициентов а1, эг, эз, bi, Ьг и Ьз вводят дополнительно текущие значения

40 напряжения 0 и частоты f и на его выходе получают результат, соответствующий второму определителю, Информативные преобразованные сигналы, снимаемые с выходов первого 7 и второго 8 вычислитель45 ных блоков, поступают соответственно нэ первый и второй входы блока 9 деления, производящего расчет отношения первого и второго определителей. После этого сигнэл с выхода блока 9 деления поступает нэ вход

0 регистрирующего прибора 10, в котором отображается результат измерения плотности измеряемой среды.

В предлагаемом устройстве для оценки погрешности измеоения плотности из5 меряемой среды может быть использована зависимость (фиг. 4) плотности р,, рассчитанной по измеренным величинам U и t, от плотности р. определяемой опытным (весовым) путем.

1717638 ок

Фиг.

56,253

56.2С6

Я 75э

Е6, Ш3

5е.а53 " 6.СОЗ

55.953

55.96.

Й,В

55.Г:3

55,753

55,7оЗ

55,553

5=,5Ы

;с

ra ж

Нф

Использование изобретения позволяет повысить точность контроля плотности сахарного сиропа вследствие одновременного проведения амплитудного и частотного измерений, характеризующих концентрацию сухого вещества и температуру сахарного сиропа в потоке.

Формула изобретения

Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе, содержащее детектор, регистрирующий прибор; измерительный элемент, размещенный внутри трубопровода, и высокочастотный генератор, подключенный первым выходом,к измерительному элементу, о т1 лича ющееся тем,что,сцельюповышения точности измерений, в него введены блок деления, два вычислительных блока, измеритель частоты и измеритель амплитуБ ды, а измерительный элемент выполнен в виде отрезка длинной линии и подключен к входудетектора, выход которого соединен с, входом измерителя амплитуды, первый вычислительный блок подсоединен выходом к

10 первому входу блока деления, подключенного выходом к входу регистрирующего прибора, и вторым входом — к выходу второго вычислительного блока, подсоединенного первым входом к выходу детектора и

15 вторым входом — к второму выходу высокочастотного генератора и к входу измерителя частоты.

1717638

Ы

64

С."

62

QI

F0

59 Я

57

56 г

vv

54

53

52

5I

49

4Д

47

46

44

43

42

dI

39

3Я

3=m с

0 20 30 40 50 "=0 70 ж;.

50 .5I 52 53 54 55 56 57 58 59. ЯО

1717638

T2r2,g

7247,8

И37, 8

I232,8

Т227,8

Составитель В.Костюхин

Редактор И.Дербак Техред M.Mîðãåíòàë Корректор 3.Лончакова

Заказ 853 Тир.аж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тих,8

1222,8 1227,8

I232,8 ):237, 8 Т242, 8 l247, 8 j:252,8