Плотномер жидкости

 

Союз Советских

Социапистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву и 651230 (22)»явлено 240380 (2 I) 2899354/18-25 с присоединением заявки.1хе(23) Приоритет

Опубликовано 30.1 281. Бюллетень М 48 (я)м. Кл.

G 01 N 9/22 фиударстееееьй квинтет

СССР ао делам езабретеней н еткрытнй (53) УДК 532.14 (088.8) Дата опубликования описания 30.1281 (72) Авторы изобретения

В. С. Барабаш, М. Б. Мясников и IO. В. Подгорн (2!) Заявитель (54) ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области изизмерения плотности жидкостей и является усовершенствованием известного плот номера.

Ilo основному авт. св. N 651230 известен плотномер жидкости, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, поплавок с постоянным магнитом, термостатированную ванну, соленоид, соединенный с блоком развертки тока соленоида то и пер вым входом от счет ного уст роиства, индикатор положения поплавка, со-. стоящий из чувствительной катушки индуктивности, включенной в колебательный контур ВЧ-генератора, ограничи1S тель хода поплавка, три схемы И, счетный тригrep и последовательно соеди" ненные схему ИЛИ и схему возврата поплавка, выход которой подключен к первому входу блока развертки тока соленоида.

Запускающий вход блока развертки соединен с нулевым выходом счетного триггера и вторым входом третьей схе2 мы И, первый вход которой соединен с выходом индикатора положения поплавка и первыми входами первой и второй схем И, причем выход третьей схемы

И подключен ко вторым входам блока развертки тока соленоида и отсчетного устройства, выход которого соединен с первым входом схемы И. Ко второму входу схемы ИЛИ подключен выход первой схемы И, второй вход которой соединен со вторым входом второй схемы

И и единичным выходом счетного триггера, ко входу которого подключен выход второй схемы И.

Кроме того, плотномер содержит масляный циркуляционный термостат с регулятором температуры, обеспечивакнций стабилизацию температуры в термостатированной ванне.

Недостатком этого плотномера является наличие погрешности измерения, вызванной нестабильностью температуры в термостатированной ванне. Имеются две основные причины нестабильности

8944 температуры измерительной ячейки плотномера . Первая — это погрешность ст абилизации температуры в термостате.

В известной конструкции плотномера используется серийно выпускаемый мас5 ляный циркуляционный термастат ТЖД71 5К1 331.000 ТУ, который обеспечивает стабилизацию температуры измерительной ячейки с погрешностью

+0,05 С при постоянной окружающей температуре путем прокачивания теплоносителя (полиэтилсилоксановой) жидкости через термостатированную ванну плотномера. Вторая причина обусловлена дрейфом температуры в тер- 15 мостатированной ванне при изменении температуры окружающего воздуха. При оптимальном расходе теплоносителя че<рез термостатированную ванну и оптимальной толщине теплоизоляции термостатированной ванны разность температуры в измерительной ячейке и термостате ТЖД-71 может достигнуть -0, С, что вызвано изменением окружающей температуры на 2 С (нормальные условия применения для измерительных приборов

25 по ГОСТ 22261-76), Погрешность плотномера при изменении температуры измерительной ячейки можно рассчитать, исходя из формулы

Ч„= V,(1+ Zat), где с - коэффициент объемного расширения исследуемой жидкости, град

At t-t С о о о

- заданная температура, С з5 (обычно при измерениях плотности t0 20 C), - Фактическая температура измеряемой жидкости, С;

V - объем жидкости в ячейке при 4о о 5.

toi см ;

V - объем жидкости в ячейке при см .

Подставляя в (1) значения V = —, 3М

45 где m - масса исследуемой жидкости,г плотность исследуемой жидкости, г/см, получаем

p,= (1+ дт), (2) где: 9 - плотность жидкости при за- 5о данной температуре.t

- плотность жидкости, измеряемая плотномером при Фактической температуре t.

Следовахельно, абсолютная погрешность плотномера от изменения температуры ячейки будет равна

g (г/смЗ) y

Для бол ьшин ст ва >нидких ор гани че ских соединений, для измерения плотности которых предназначен плотномер, коэффи циент объемного расширения н аходится в пределах сК = (0,8-1,7) х х 10 град

-3

При диапазоне измерения плотномера от 0,7 до 1,5 г/см и At =40,2 С абсолютная ошибка плотномера находится в пределах д = (1-5)-10 4г/см .

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном обеспечении возможности определения коэффициента объемного расширения исследуемой жидкости.

Указанная цель достигается тем, что в плотномер, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, помещенный в гермостатированную ванну, циркуляционный термастат с регулятором температуры, соленоид, поплавок с магнитным цилиндрическим сердечником, ограничитель хода поплавка, индикатор положения поплавка, состоящий из чувствительной катушки, включенной в задающий колебательный контур ВЧ-генератора, отсчетное устройство, фиксирующее значение тока соленоида, три логических схемы И, блок развертки тока соленоида, счетный триггер, логическую схему ИЛИ и схему возврата поплавка, введены цифровой термометр с термочастотным датчиком, блок управления, арифметическое устройство с цифровым индикатором и вторая схема ИЛИ, причем информационные Bbl коды отсчетного устройства и цифрового термометра подключены соответствен. но к первому и второму информационным входам арифметического устройства, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока управления и задающим входом регулятора температуры, управляющий вход арифметического устройства подключен к первому выходу блока управления, к третьему и четвертому выходам которого подключены соответственно дополнительный четвертый вход блока развертки тока соленоида и первый вход второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу третьей схемы

И, соединенному со вторыми входами отсчетного устройства и блока развертки тока соленоида, а выход - к запускающему входу цифрового термометра, кроме того, вход блока управления подключен к выходу отсчетного устрой894467 ства, соединенному с первым входом первой схемы ИЛИ, Введение в известный плотномер цифрового термометра с термочастотным датчиком, блока управления, арифметического устройства с цифровым индикатором и второй схемы ИЛИ в совокупности обеспечивает измерение плотности жидкости при двух значениях температуры, определение коэффициента объемного расширения жидкости и автоматическое введение поправки в результат измерения, что повышает точность определения плотности.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Плотномер содержит сосуд 1 с исследуемой жидкостью, помещенный в тер- . мостатированную ванну 2, неподвижно закрепленную на соленоиде 3 так, что- 20 бы дно сосуда 1 было строго перпендикулярно оси соленоида 3, ограничитель 4 хода поплавка, поплавок 5, содержащий магнитный цилиндрический сер23 дечник, индикатор положения поплав" ка, состоящий из чувствительной катуш° ° и 6 индуктивности, включенной в колеательный контур ВЧ-.генератора 7, отсчетное устройство 8, фиксирующее значение тока соленоида 3 и представляю- !в щее собой преобразователь тока в частоту следования импульсов со счетчиком импульсов, логическую схему И 9, выход которой соединен с запускающим входом отсчетного устройства и входом

ll блока 10 развертки тока соленоида, обеспечи вающе го изменение тока соленоида 3 по заданному закону и стабилизацию тока в момент отрыва поплавка

5 от дна сосуда 1, счетный триггер 11, выход "0" которого соединен со входом схемы И 9 и запускающим выходом блока

10 раЗвертки тока соленоида, а выход

"1" соединен со вторыми входами логи-ческих схем И 12, 13, схему 14 возврата поплавка, выход которой соединен с третьим входом блока 10 развертки тока соленоида, а вход - с выходом схесхемы ИЛИ 15, один иэ выходов которой соединен с выходом схемы И 13, а дру%0 гой - c выходом отсчетного устройсТВВ 8. Кроме того, устройство содержит циркуляционный термостат 16 с регулятором 17 температуры, обеспечивающий стабилизацию температуры в

И термостатируемой ванне 2, блок 18 управления, арифметическое устройство

l9 с цифровым индикатором 20, цифровой термометр 21 с термочастотным дат

d чиком 22 и вторую схему ИЛИ 23, пер вый вход которой подключен к третьему выходу блока 18 управления, второй вход подключен к выходу схемы И 9, соединенному со вторыми входами блока 10 развертки тока соленоида и отсчетного устройства 8, а выход — к управляющему входу цифрового термометра 21. Выход схемы И 12 соединен со входом счетного триггера 11, выход генератора 7 - с первыми входами схем

И 9, 12, 13, информационные выходы отсчетного устройства 8 и цифрового термометра 21 подключены соответственно к первому и второму информационным входам арифметического устройства 19, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока 18 управления и задающим входом регулятора 17 температуры. Управляющий вход арифметического устройства 19 подключен к первому выходу блока 18 управления, вход которого подключен к выходу отсчетного устройства 8, соединенному с первым входом схемы ИЛИ 15, а четвертый выход блока 18 управления соединен с дополнительным четвертым входом блока 10 развертки тока соленоида.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в термостатированной ванне 2 поддерживается температура t =(t-l) С, где t - температура, пр1л которой будет производиться измерение плотности. Блок 18 управления через схему ИЛИ 23 периодически запускает цифровой термометр 21 работающий в ждущем режиме. Цифровой термометр 21 индицирует значение температуры t . Через соленоид 3 течет максимальный ток, и поплавок 5 притя1 нут ко дну сосуда 1. На входах "1" схем И 9, 12, 13 и выходе "0" счетного триггера 11 присутствует логическая "l" .

При замыкании ключа К блок 18 управления останавливает запуск цифрового термометра 21 и включает блок 10 развертки тока соленоида, который на- чинает уменьшать ток соленоида 3 с большой скоростью (режим поиска) до момента всплытия поплавка 5, который при перемещении изменяет индуктивность катушки 6. Изменение ин" дуктивности вызывает резкое изменение выходного сигнала генератора 7, работающего в пороговом режиме. Этот сигнал через вход "1" схемы И 12 подетельствующий об окончании счета, подается через второй вход схемы ИЛИ

15 на схему 14 возврата поплавка и цикл измерения значений t и fр и записи их в арифметическое устройство

19 автоматически повторяется еще два раза, после чего блок 18 управления выключает развертку тока соленоида 3, а также периодический запуск цифрового термометра, устанавливает на своем втором выходе цифровой код, соответствующий заданному значению температуры te, и устанавливает на своем первом выходе сигнал УСРЕДНЕНИЕ. По этому сигналу арифметическое устройство

19 вычисляет средние значения t< и

fpf измеренных значений tp и f и записывает их в ОЗУ для дальнеишей обработки. Через 20 мин (время установления в измерительной ячейке температуры) блок 18 управления снова останавливает запуск цифрового термометра 21 и включает развертку тока сосоленоида 3. Измерение значений t u

fpg производится так же, как было описано выше, лишь с той разницей, что после каждого отсчета значений t u

Ф » блок 18 управления устанавливает на своем первом выходе сигнал ИЗМЕРЕНИЕ. По этому сигналу арифметическое устройство 19 принимает код, соответствующий значениям t и fp+ рассчитывает значения плотности р при температуре t, р - при температуре t, коэффициент обьемного расширения исследуемой жидкости а(., поправку Ð к значению плотности P+» значение плотности Я при заданной температуре t и индицирует значения аС и

Р< на цифровом индикаторе 20.

Цикл измерений с малой скоростью развертки и автоматической коррекцией температурной погрешности автоматически повторяется до .размыкания ключа К.

Расчет произ водит ся по следующи м формулам

P„K„+K

7 8944б 7 ступает на вход счетного триггера 11 и опрокидывает его. На выходе "1" счетного триггера 11 появляется логический "0", а на выходе "0" - логическая "1", которая по запускающему входу блока 10 развертки тока соле ноида включает малую скорость развертки тока сОленоида (режим подготовки отсчета) . Одновременно сигнал с индикатора положения поплавка 5 16 через вход "1" схемы И 13 и схему

ИЛИ 15 поступает на схему 14 возврата поплавка 5, так как на входе "11" схемы И 13 в этот момен еще присутствует логическая "1". Схема 14 ео3- и врата поплавка 5 через. вход 1" блока 10 развертки тока соленоида скачком увеличивает ток соленоида 3 до значения, достаточного для того, чтобы притянуть поплавок 5 в исход- ге ное положение ко дну сосуда 1. На выход схемы И 9 сигнал с индикатора. положения поплавка 5 не поступает, так как на входе "11" схемы в этот момент еще присутствует логический "0". В момент следующего всплытия поплавка 5 (т.е. собственно момент измерения) выходной сигнал индикатора положения поплавка 5 через вход

"1" схемы И 9 запускает отсчетное Уст- «аф ройство 8 и цифровой термометр 21 работающие в ждущем режиме, и останавливает развертку тока соленоида 3. На выходе схем И 12, 13 этот сигнал не поступает, так как на их входах "11" присутствует логический

"Он« Цифровой термометр 21 фиксирует температуру, жидкости в сосуде 1 и устанавливает на выходе цифровой код, соответствующий значению g Одновременно отсчетное устройство 8

Ф;:ксирует значение тока соленоида 3, которое определяется в этот момент действующим на поплавок 5 усилием, соответствующим значению измеряемой плотности О,, при температуре t< и ус43 устанавливает на своем информационном выходе цифровой код частоты fp< про-. порциональный току соленоида 3. Затем сигнал с выхода от счетного уст рой ст ва

8, свидетельствующий об окончании в счета, поступает. на вход блока 18 управления, который устанавливает на своем первом выходе сигнал ЗЯПИСЬ, в результате чего значения t< и fp< записываются в оперативное запоминаю- ы щее устройство (ОЗУ) арифметического устройства 19. Одновременно сигнал с выхода отсчетного устройства 8, сви",» - ток соленоида 3;

K u K - констакты поплавка 5, заf 2 висящие от материала сердечника поплавка 5 и геометрии систем (заносятся в память арифметического устройства 19 перед началом эксперимента с помощью наборного поля, не показанного на рисунке).

Так как функцию изменения объема жидкости от температуры в пределах

+1 Ñ можно считать линейной, то, заменив в формуле (2) р íà р и t на

7, получаем

Р Яа

М - >

Из формулы (3) получаем (P< Рс)< -aoi

Р Р" ) С: из формулы (2) - ® = p+ +Ь р

Знак перед ар зависит от знака разности t-t если разность положительна, в,Р с плюсом, и наоборот.

Испытания предлагаемого прибора показывают, что бпагодаря введению поправки в результат измерения погрешность от нестабильности температуры уменьшена в 10-15 раз.. Незначительная остаточная температурная погреш" ность обусловлена погрешностью измерения температуры и определения коэффициента О(.

Формула изобретения

894467 10 в него введены цифровой термометр с термочастотным датчиком, блок управления, арифметическое устройство с цифровым индикатором и вторая схема

ИЛ11, причем информационные выходы отсчетного устройства и цифрового термометра подключены соответственно к первому и второму информационным входам арифметического устройства, тре о тий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока управления и задающим входом регулятора температуры, управляющий вход арифметиче ского у строй ст ва подключен к первому выходу блока управления, к третьему и четвертому выходам которого подключены соответственно дополнител ь ный чет вертый вход блока раз вертки тока соленоида и первый вход второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу третьей с"емы И, соединенному со вторыми входами отсчетного устройства и блока развертки тока соленоида, а выход - к запускающему входу цифрового термометра, кроме того, выход блока управления подключен к выходу отсчетного уст. ройства, соединенному с первым входом первой схемы ИЛИ.

Плотномер жидкости по авт. св. и 651230, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном обеспечении возможности определения коэффициента объем-. ного расширения исследуемой жидкости, Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 651230, кл. G 01 N 9/22, 1978 (прототип) .

894467

Составитель В. Во@анкин

Редактор Н. Безродная Техред 3, Фанта Корректор В. Бутяга

Заказ 11470/66" Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5 филиал Allll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4