Автоматический плотномер жидкости

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистичесимаРеспублмк 1 85 83(22) Заявлено 04.12.79 (21) 2847533/18-25с присоединением заявки РЙ(51) М. Кл. 6 01 й 9/006 О 1 й 9/10 Гооударстекиный комитет ао делам изооретеиий и открытийИзобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения плотности жидкостей, в частности для измерения плотности топлив на борту летательного аппарата.Известны и применяются плотномеры жидкости, в которых используется зависимость собственной частоты колебаний упруго закреплен ного крутильно колеблющегося чувствительного элемента, погруженного в контролируемую жидкость, от плотности этой жидкости. Известный ллотномер жидкости содержит крутильно колеблющийся чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра с лопас. тями, укрепленного на свободном конце консольно закрепленного трубчатого магнитоупругого стержня, обмотки возбуждения, преобразователь крутильных колебаний чувствительно. го элемента в периодический электрический сиг. нал и усилитель. Обмотки возбуждения установлены взаимноперпендикулярно, причем одна обмотка выполнена тороидальной, проходящей сквозь трубчатый магнитоупрутий стержень, а вторая обмотка - коаксиальной и охватывает стержень. При сложении переменного продольного магнитного поля в трубчатом стержне,создаваемого током коаксиальной обмотки возбуждения, и постоянного кругового магнитного поля, создаваемого током тороидальной обмотки возбуждения, получается результирующееполе в форме пространственной круговой спирали-гелнкоиды, периодически изменяющейсяв пространстве и во времени с частотой переменного тока коаксиальной обмотки возбуждения,Следствием изменения этого результирующегополя является возникновение упругих сил, вызывающих крутильные колебания стержня ивсего чувствительного элемента, Чувствительныйэлемент, являясь частотнозависимой цепью, включен в обратную связь усилителя, в нем поддер.живаются незатухающие колебания на собственной частоте, котора однозначно определяетсяприсоединенной массой жидкости, пропорци.опальной плотности этой жидкости, и являетсямерой плотности контролируемой жидкости (Ц.Недостатком этого устройства является низ.кая точность измерения плотности вязких жидкостей,857783 30 Известен также плотномер жидкости, содер жащий крутильно колеблющийся элемент с ра. диальными лопастями, электромагнитную систему возбуждения колебаний, преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегося элемента в периодический электрический сиг. нал индукционного типа ,амплитуда его выход. ного сигнала пропорциональна амплитуде скорости колебаний крутильно колеблющегося элемента), соединенный с измерителем частоты и 10 со входом усилителя, охваченного автоматичес кой регулировкой усиления, Выход усилителя через фазосдвигающую цепь соединен со входом усилителя мощности, выход которого под ключен к обмотке электромагнитной системы возбуждения.Компенсация влияния вязкости контролируемой среды в этом устройстве достигается разворотом вектора крутящего момента на фиксированный угол я/4 с изменением его по аб солОтной величине при изменении вязкости, Последнее достигается стабилизацией амплитуды скорости колебаний крутильно колеблюцегося элемента с помощью регулирования коэффициента усиления усилителя по величине от клоцеиия выходного сигнала преобразователя мехаических колебаний при изменении вязкос. ти. контролируемой среды 21. Иедостатком устройств ., выполненных по схеме автогенератора при включении частотноэависимой цепи в обратную связь усилителя, является низкая точность и помехоустойчивость измерения плотности жидкости, обусловленные неточной фиксацией собственной частоты и малой амплитудой колебаний. Иаиболее близким по технической сущности является п 1 Отноыер жидкости, содержащий кру. тилыо колеблющийся элемент в виде консоль. цо закрепленного трубчатого магнитоупругого стержня с укреплеиым на его.свободном кон. це цилиндром с радиальными лопастями, взаимноперпенщкулярные обмотки возбуждения: коаксиальную и тороидальную, преобразователь механических колебаний в периодический сигнал, а также фазовый детектор, интегратор и управляемый генератор, последовательно соединенные между собой, фазосдвигающую цепь и измеритель частоты. Сигнальный,вход фазового детектора подключен к выходу нреобразовате ля механических колебаний чувствительного элемента, а опорный вход через фазосдвигаюшую цепь к выходу управляемого генератора, Кроме того, выход управляемого генератора соединен с коаксиальной ООмоткой воэбужде ния и измерителем частоты. Тородальна обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока 31. 4Однако известное устройство имеет цедоста точную точность при измерении плотности жидкостей в широком диапазоне изменения вязкости.Снижение точности измерений обусловлено движением в вязкой жидкости конструктивной цилиндрической поверхности, на которой укреплены радиальные лопасти, создающей в жидкости волны сдвига, Возникновение этих волн приводит к увеличению присоединенного момен. та инерции за счет возникновения дополнительной присоединенной массы и увеличения демпфирования чувствительного элемента за счет трения в вязкой жидкости, Следствием этого является изменение частоты собственных колебаний чувствительного элемента и изменение амплитуды его колебаний.Цель изобретения - повышение точности из. мерения плотности жидкостей в широком ди. апазоце измененя вязкости. Поставленая цель достигается тем, что в плотцомер жидкости, содержащий крутильно колеблющийся элемент с укрепленными ца нем радиальными лопастями, взаимцоиерпендикулярные обмотки возбуждения, преобразователь ме. хацических колебаний крутильно колеблющегося элемента в периодический электрический сигнал, фазовый детектор, интегратор, управляемый генератор, фаэосдвигающую цель и измеритель частоты, дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напряжения, компаратор напряжения и сумматор, причем выход преобразователя механических колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора, опорный вход которого через фазосдвигающую цепочку иодклочсц к выходу управляемого гецератора, соединенному со входом измерителя частоты и пассивным входом параметрического усилителя, а вход управляемого генератора через интегратор подключен к выходу сумматора, к Одному из входов которого подключен выход фазового детектора, а другой вход, сосдицеццый с параметрическим входом параметрического усилителя,подключен к выходу компаратора напряжения, один из входов которого соединен с источником опорного напряженияа второй подключен к выходу детектора, ири этом зыход параметрического усилителя соединен с одной обмоткой возбуждения.Иа чертеже представлена схема предлагаемого автоматческого иотномера жидкости.Автоматический плотномер жидкости содержит крутильно. колеблющийся элемент, выпол. ценный в виде цилиндра 1 с радиальными лопастями 2, укрепленного на свободном конце трубчатого магнитоупругого стержня 3 спомощью ступицы 4. Другой конец стержня 3 жестко укреплен в основании 5. Обмотка Ь возбуждениявыполнена тороидальной, проходящей сквозьтрубчатый стержень 3 и подключена к источнику постоянного тока. Обмотка 7 возбуждения выполнена коаксиально, охватывает стержень 3 и подключена к выходу параметрического усилителя 8 тока. Преобразователь 9 механических колебаний чувствительного элементав периодический электрический сигнал подключен к сигнальному входу фазового детектора 1 О,Овыход которого подключен к входу сумматора 1. Выход сумматора 11 через интегратор 12соединен с входом управляемого генератора 13.Выход генератора 13 соединен с пассивнымвходом параметрического усилителя 8 тока,входом фазосдвигаюшей цепи 14 и измерителем 15 частоты. Выход фазосдвигающей цепи 14соединен с опорным входом фазового детектора 10. Вход детектора 16 соединен с сигнальным входом фазового детектора О, а выход - ос входом компаратора 17 напряжения, второйвход которого подключен к источнику 18 опорного напряжения. Выход компаратора 17 напряжения соединен с вторым входом сумматора 11и параметрическим входом параметрического 25усилителя 8 тока,Автоматический плотномер жидкости работа.ет следующим образом.Крутильно колеблющийся элемент погруженв контролируемую жидкость. При включенииуправляемого генератора 13 в коаксиальной обмотке 7 возбуждения протекает переменный ток,вызывавший появление переменного продольного магнитного потока Фдрод в стержне 3,Помимо магнитного потока Рв стержнедействует постоянный круговой магнитный поток Ф создаваемый постоянным током торокр.идальной обмотки 6 возбуждения. В результате взаимодействия кругового и продольногомагнитных потоков в стержне 3 создается реэультирующий геликоидальный магнитный поток и, как следствие, появляются крутильныеколебания, соответствующие частоте управляемого гене ато а 13.Р р45Величина выходного сигнала преобразователя 9 индуционного типа пропорциональна амплиту. де скорости колебаний чувствительного элемен. та. Тип преобразователя механических колебаний обусловлен введением компенсации по вяз. кости: амплитуда выходного сигнала преобразо. вателей по обобщенной скорости на частоте собственных колебаний чувствительного элемента определяется только приложенным крутящим моментом и общим демпфированием систем, составляющая которого определяется величиной вязкости топлива и не зависит ни от частоты, ни от плотности контролируемой жидкости, Характерной точкой фазо.частотной характеристики выходного сигнала таких преобразователейявляется прохождение ее через ноль при работе чувствительного элемента на собственной час.тоте. С выхода фазового детектора 10 сигналв виде напряжения постоянного тока пропорциональный разности фаз сигналов преобразователя 9 и сдвинутой фазы сигнала генератора 13на г/2 в фазосдвигающей цепи 14 подается через сумматор 11 на интегратор 12, где интегрируется и поступает на управление частотой генератора 13, Сдвиг сигнала в фаэосдвигающейцепи 14 на я/2 обеспеввает при использованиипреобразователь 9 с выходом по обобщеннойскорости переходную фазу фазового детектора,равной я 2, В результате действий системы фа.зовой автоподстройки частоты в системе устанавливаются колебания на собственной частотечувствительного элемента, которая является меройплотности и измеряется измерителем 15 частоты.Причемамплитуда колебаний определяется величиной напряжения источника 18 опорного напря.жения. Если постоянное напряжение на выходе детектора 16 пропорциональное сигналу на выходепреобразователя 9, равно напряжению источника 18 опорного напряжения, то сигнал коррек.ции на выходе компаратора 17 напряжения ра.вен нулю, При этом напряжение постояннойамплитуды на выходе генератора 13 усиливается параметрическим усилителем 8 тока с начальным расчетным коэффициентом усиления,обеспечивающим необходимую величину крутящего момента,Если контролируемая среда обладает вязкостными свойствами, то амплитуда колебанийрезонатора уменьшается, на выходе компарато.ра 17 напряжения появляется сигнал коррекции постоянного тока, который, поступая навторой вход сумматора 11, изменяет частотууправляемого генератора (физически осуществляется разворот вектора крутящего момента)..Этот сигнал коррекции, поступая на параметри.ческий вход параметрического усилителя 8 то.ка, изменяет его коэффициент усиления, изменяя величину крутящего моментаПредлагаемое изобретение по сравнению с из вестными обеспечивает повышение точности измерения плотности авиационных топлив в за. данном диапазоне в широком диапазоне изменения их вязкости за счет того, что, как величина крутящего момента, так,и его фазовый3сдвиг изменяются в соответствии с изменением вязкости.Испытания предлагаемого устройства на макетном образце показало, что,точность измерения плотности в нормальных условиях при из менеиии вязкости в диапазоне 1 - ;60 сСт повысилось с 0,9% до О,МПодписноеССР ираж 907 осударственного изобретений и ква, Ж, Рауш омитета Сткрытийкая наб.,иал ППП "Патент", г. Ужгород,роектная 7 8Формула изобретения Автоматический плотномер жидкости, содержащий крутильно колеблющийся элемент с укрепленными на нем радиальными лопастями, взаимиоперпендикулярные обмотки возбуждения, преобраэователщ механических колебаний крутильно колеблющегося элемента в периодический электрический сигнал, фазовый детектор, интегратор, управляемый генератор, фазосдвигающую цепь и иэмерителщ частоты, о т л и. ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения плотности вязких жид. костей, в него дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напряжения, компаратор напряжения и сумматор, причем выход преобразователя меха гических колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора, опорный вход которого через фаэосдвигающую цепочку подключен к выходу управляемого генератора, соедИненному со входом измерителя частоты и пассивным входом параметрического усилителя, а вход управляемого генератора через интегратор подключен к выходу сумматора, к одному из вход в которого подключен выход фазового детектора, а другой вход, соединенный с параметрическим входом параметрического усилителя, подключен к выходу компаратора напряжения, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а второй подключен к выходу детектора, при этом выход параметрического усилителя соединен с одной обмоткой возбуждения. Источники информации,15 принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Иф 636510,кл. 6 01 й 9/10, 1979.2. Патент ФРГ И 1291138, кн. 6 01 М 9/00,кл. 42 О 1/03, 1970,щ 3. Авторское свидетельство СССР по заявкеЯф 2628162/18-25, кл. 6 01 М 9/10, 1978 прототип).