Плотномер газа

.ЯО,Л 087 00 ГОСУД ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СКОМУ Саид ВУ ловьев,тики СССР чес- химия" ство СССРС. 01 Ю 9/00,содержащийнную черездавления 7 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Киевский институт автомим. ХХЧ съезда КПСС(56) 1. Авторское свидетельсМ 577429, кл. С 01 В 9/02, 12, Тхоржевский В.П. Автомкий анализ газов и жидкостеймических предприятиях. М., "Хи1976 ю с. 62-63.3. Авторское свидетельпо заявке Р 3411366, кл.1982.(54)(57) ПЛОТНОМЕРпроточную камеру, со некамеру и сопло зада а с линией выхода измеряемого газа,размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечами коромысла, и заполненную газом пневмоемкость, которая соединена с полостью ареометрического тела и снабжена устройством для сжатия газа,выполненным в виде сильфона, о т -л и ч а ю щ и й с я. тем, что, сцелью упрощения конструкции и повышения надежности, он дополнительносодержит преобразователь типа соплозаслонка, причем заслонка закреплена на коромысле, сопло соединенос полостью сильфона и через дросселирующий элемент " с линией подачиизмеряемого газа, а пневмоемкостьчерез усилитель подключена к выходному каналу устройства.Изобретение относится к приборостроению и может .найти применениев химической промышленности с цельюанализа бинарных газовых смесей.Известен датчик плотности газа 5содержащий ареометрическое тело,закрепленное на одном плече рычага,второе плечо которого снабжено противовесом и связано со .струной,находящейся в магнитном поле постоянного магнита.При работе устройства изменениеплотночти газа преобразуется в изменение выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело. При 15этом изменяется сила натяжения стру"ны и частота ее колебаний, являющаяся выходным сигналом устройства 1,11 20Недостатком такой конструкции плотномера газа является неработоспособность при наличии внешних маг нитных полей, характерных, например, для электролизных производств, что обусловливает его узкую область при" менения. На частоту колебаний струны оказывают влияние колебания температуры измеряемого газа, так как изменение выталкивающей силы, дейст"30 .вующей на ареометрическое тело, при ,измерении температуры газа ничем не компенсируется. Влияние температуры газа на частоту колебаний струны обусловливает температурную погреш" ность и низкую точность устройства 5 при колебаниях температуры газа.Известны поплавковые газовые весы, содержащие проточную камеру, в которой расположен трехплечий рычаг, одно плечо, которого связано с арео метрическим телом, выполненным в виде полого стеклянного шара, а второе плечо - с противовесом. Плотность ареометрического тела заполнена эталонным газом и соединена с уст 45 ройством термокомпенсации.Третье плечо трехплечего рычага снабжено винтом с балансировочным грузом и связано через магнитную муфту с показывающей стрелкой, 50При изменении плотности пропускаемого через камеру измеряемого газа изменяется действующая на арео". метрическое тело выталкивающая сила, что приводит к повороту на соответ" 55 ствующий угол трехплечего рычага и связанной с ним через магнитную муфту стрелки 2. Такое конструктивное выполнение устройства обусловливает его неработоспособность при наличник внешних магнитных полей, характерных, например, для электрохимических производств, вследствие влияния магнитных полей на элементы магнитной муфты, что сужает область примененияустройства. Кроме того, такое конструктивное выполнение устройства непозволяет получать пропорциональныйизмеряемой величине аналоговый сигнал, что не позволяет применять егов системах автоматического регулирования и также сужает область применения,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту кизобретению является плотномер газа,содержащий проточную камеру, котораясоединена через вентиль с линией подачи измеряемого газа, а через камеруи сопло задатчика давления - с линиейвыхода измеряемого газа. В проточной камере расположены выполненноев виде полого стеклянного шараареометрическое тело, связанное по"средством трубки с одним плечом полого коромысла, и противовес, связанный при помощи штока с вторымплечом, коромысла, В средней точкекоромысла закреплен сигнализаторположения коромысла, выходы которого соединены с входами релейногоблока. Через трубку и полость коромысла полость ареометрического теласоединена посредством гибкой трубкис пневмоемкостью, снабженной устройством для сжатия газа, выполненным в виде сипьфона, и заполненнойэталонным газом. Пневмоемкость соединена с входом элемента памяти, выход которого подключен к выходному каналу плотномера. Выход релейного блока соединен с управляющими входами элемента памяти и пнев моконтактов привода устройства для сжатия эталонного газа, Привод устройства для сжатия газа содержит повторитель со сдвигом, камеры которого, соответственно соединены с входом и выходом дросселя, а сопло - с полостью сильфона и через пневмокоитакт и второй дроссель - с атмосферойПри работе плотномера газа в проточной камере устанавливается опре-.деленное давление измеряемого газа,определяемое настройкой задатчика50 ройства. 3 10 давления. Под действием выталкиваю- щей силы, действующей на ареометрическое тело, коромысло отклоняется на определенный угол от поло" жения равновесия, замыкается соответствующий контакт сигналиэатора положения коромысла, релейный блок замыкает соответствующий пневмоконтакт привода, и сильфон начинает заполняться воздухом. При этом сильфон сжимает эталониьм газ в пневмоемкости, вследствие чего растет давление и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а коромысло начинает поворачиваться в сторону равновесия. При достижении коромыс- лом положения равновесия срабатывает сигнализатор положения коромысла, на элементе памяти запоминается и поступает на выход устройства давление, равное давлению в пневмоемкости, которое в этот момент пропорционально плотности измеряемого газа, давление из сильфона начинает стравливаться в атмосферу, а коромысло начинает отклоняться от поло-, жения равновесия. При отклонении коромысла на определенный угол опять срабатывает сигналиэатор, начинается заполнение сильфона, и цикл измерения повторяется. При изменении температуры изменения плотности измеряемого и эталонного газов идентичны, а давление в ареометрическом теле остается без изменений, т.е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений измеряе. мого газа3 3.К недостаткам устройства следует отнести следующее. Поскольку процесс измерения практически заключается в принудительном отклонении и возвращении коромысла в положение равновесия и запоминании величины давления в пневмоемкости в моменты достижения положения равновесия, то устройство содержит значительное количество элементов, выполнящцих эти функции: сигналиэатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства для сжатия газа, элемент памяти. Наличие этих элементов определяет сложность конструкции плот- номера газа. Так как на каждом цикле измерения происходит переключение значительного числа дискретных элементов (реле релейного блока, пневмоконтакты привода устройства для сжатия газа, пневмоконтакты элемен 87827 4 та памяти), причем циклы измерения.следуют непрерывно один за другим,а дискретные элементы имеют ограниченный ресурс работы по числу переЪключений, то их наличие определяетнизкую надежность устройства.Целью изобретения является упрощение конструкции и повьппение на-дежности плотномера газа.10 Поставленная цель достигаетсятем, что в плотномер газа, содержа"щий проточную камеру, соединеннуючерез камеру и сопло задатчика дав"пения с линией выхода измеряемогогаза, размещенные в проточной камере ареометрическое тело и противовес, которые связаны с двумя плечамикоромысла, и заполненную эталоннымгазом пневмоемкость, которая соеди,нека с полостью ареометрическоготела и снабжена устройством для сжатия газа, выполненным в виде сильфона, дополнительно введен преобразователь типа сопло-заслонка, причемзаслонка закреплена на коромысле,сопло соединено с полостью сильфонаи через дросселирующий элемент - слинией подачи измеряемого газа,а пневмоемкость через усилитель под.30ключена к выходному каналу устройст.ва.При таком конструктивном выполненни плотномера газа, вследствиесоединения сопла с сильфоном и линией подачи измеряемого газа и закрепления заслонки на коромысле,поворот коромысла приводит к изменению зазора между соплом и заслонкой,изменению проводимости сопла, давления перед ним и в сильфоне и, соответственно, к изменению степенисжатия газа в пневмоемкости и в полости ареометрического тела. Приэтом в каждый момент времени коромысло находится в положении равновесия, а давление в пневмоемкостипропорционально плотности измеряемого газа. Вследствие этого отпадает необходимость в принудительных поворотах коромысла, сигнализации его положения и запоминания .давления в пневмоемкости на элементепамяти, а из схемы плотномера могутбыть исключены сигнализатор положения коромысла, релейный блок, приф вод устройства для сжатия газа и элемент памяти, что упрощает конструкцию и повьппает надежность устгде Ч - объем ареометриче скоготела;8 - ускорение свободногопадения;Р и Т- .абсолютное давление итемпература измеряемогогаза в проточной камере;Ро и Т - абсолютное давление итемпература, принятыеза нормальные условия= 293 1.);- плотность измеряемогогаза при нормальныхусловиях.Сила Г, уравновешивающая выталкивающую силу (вес эталонного газа в полости ареометрического тела), определяется по уравнениюР Т(1б Э 5 108782На чертеже представлена схемаплотномера газа.Плотнамер газа содержит проточную камеру 1, соединенную черезкамеру и сопло эадатчика 2 давленияс линией выхода измеряемого газа.В проточной камере 1 расположеныареометрическое тело 3, выполненное в виде полого стеклянного шара,и противовес 4, выполненный в виде ополого стеклянного шара, имеющеготакую же массу и площадь поверхности стекла. Через отверстия 5 по-.лость противовеса 4 сообщается собъемом камеры 1. Посредством трубки 6 ареометрическое тело 3 связанос плечом полого коромысла 7, второе плечо которого при помощи штока8 связано с противовесом 4. Черезтрубку 6 и.полость коромысла 7 по- щлость ареометрического тела 3 соединена гибкой трубкой 9 с пневмоемкостью 10, заполненной эталоннымгазом и снабженной устройством длясжатия эталонного газа, выполненным д 5в виде сильфона 11. На коромысле 7закреплена заслонка 12 преобразова.теля типа сопло-заслонка, сопло 13, которого соединено с полостью силь.- фона 11,и через дросселирующий элемент 14, выйолненный в виде вентиля, с линией входа измеряемого газа. Пневмоемкость 10 соединена свходом усилителя 15, выход которогоявляется вьщодом устройства.35Плотномер газа работает следующим образом,Измеряемый газ поступает черездросселирующий элемент 14 и сопло 13в проточную камеру 1 и выходит че- , 4 Орез камеру и сопло задатчика 2 давления в линию выхода. При этом впроточной камере 1 устанавливаетсяопределенное давление Р измеряемогоГаза Определяемое настроикои задат 45чика 2 давления, а выталкивающая си-ла, действующая на ареометрическоетело, уравновешивается весом эталонного газа в полости ареометрическоготела. При увеличении плотности изме 50ряемого газа выталкивающая сила увеличивается, коромысло 7 начинает поворачиваться и уменьшает зазор между соплом 13 и заслонкой 12 и проводимость сопла, При этом начинает55расти давление перед соплом 13 и всильфоне 11, сильфон начинает разжиматься и сжимает эталонный газ впневмоемкости О и, соответственно,7 бв полости ареометрического тела 3. Вследствие этого растет давление и, соответственно, вес эталонного газа в полости ареометрического тела и уравновешивает увеличение выталкивающей силы, Аналогично, при уменьшении плотности измеряемого газа увеличивается зазор между соплом 13 и заслонкой 2, уменьшается давление перед соплом, в полости сильфона в пневмоемкости 10 и уменьшается вес эталонного газа в полости ареометрического тела 3, компенсируя уменьшение выталкивакщей силы. Давление газа в пневмоемкостн 10, пропорциональное плотности измеряемого газа, усиливается по мощности усилителем 15, выход которого является выходом плотномера.Пои изменении температуры и, соответственно, плотности измеряемого газа одновременно изменяется температура, плотность и вес эталонного газа в ареометрическом теле, а его давление и, соответственно, величина выходного сигнала остаются без изменений т.,е. происходит автоматическая компенсация температурных изменений плотности измеряемого газа.Выталкивакщая сила Р , действующая на .ареометрическое ело, может быть определена по уравнениюР 7Р,=Ч и о р., (1о ич Заказ 2646/37 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где 7 - объем полости ареомет"1рического тела;Р и Т - абсолютное давлениеи температура эталонно.го газа;9 - плотность эталонногоЭгаза. при нормальныхусловиях,Решая совместно уравненияи (2) с учетом того, что температуРа газов Равны (Тп Тэ), полУчаем следуняцее выражение для величины давления эталонного газа(рр15Э=у г,=)иЯ)ПУЭ ЧРгде К в в -" в -сопзй " коэффициентоОпропорциональности. 20Как следует из уравнения (3) давление эталонного газа в полости арео. метрического тела и пневмоемкости, а следовательно и выходной сигнал плотномера пропорциональны плотности измеряемого газа, приведенной к нормальным условиям, При этом температура измеряемого газа не оказывает влияния на результат измерения, т.е. происходит автоматическая 30 термокомпенсация вследствие равенства температур измеряемого и эталон.ного газов. Анализ уравнения (3 ) показывает, что чувствительность уст ройства 1 коэффицпент К) может изменяться путем изменения отношения Ч(Ч и величин Р и р . Например, приЭприменении йаиболее легкого газа ( водорода 1, имекщего минимальное . значение яЭчувствительность плот 40 номера максимальная.Таким образом, в предлагаемом устройстве коромысло, как показано в описании его работы, в каждый момент времени автоматически устанавли вается в положение равновесия, а давление в пневмоемкости и, соот" йетственно, на выходе устройства,как видно из уравнения ( 3 ), пропор"ционально плотности измеряемого газа. Вследствие этого из конструкцииплотномера газа исключены элементы,необходимые в известном устройстведля приведения коромысла в положение равновесия, сигнализации положе.ния равновесия и запоминания давления на элементе памяти, т,е. сигнализатор положения коромысла, релейный блок, привод устройства длясжатия эталонного газа, элемент памяти, Исключение этих элементов упрощает конструкцию предлагаемого устройства - на каждом цикле измеренияпроисходит переключение значительного числа релейных элементов: релерелейного блока, пневмоконтактовпривода устройства для сжатия газа,пневмоконтактов элемента памяти.Так как эти элементы имеют ограниченный ресурс по числу переключений,а частота переключений достаточновелика, поскольку циклы измеренийследуют непрерывно, то наличие этихэлементов в известном устройстве оп"ределяет его низкую надежность, аих исключение позволяет значительно повысить надежность предлагаемого устройства по сравнению с известным,По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство обладает более широкой областью применения, так как может быть использовано в условиях наличия внешних магнитных полей (характерных для электрохимических производств) за счет исключения чувствительной к внешним магнитным полям магнитной муфты, Кроме того, более широкая область применения устройства определяется возможностью использования его в системах автоматического управления за счет получения на его выходе выходного сигнала, пропорционального измеряемойвеличине.