Плотномер

(163 3 5 ОО Союз Советских Социалистических Респубпик(23) Приоритет (31) 3437 8/6 пикобригаци ооудврственнмй квинтетСовета Мнннетроб СССРоо делам нзооретеннйн открытнй(088.8) еь) Дата опубликоваиия оп днци ы 1.Р Джорам Агар) ПЛО 1 11 О 11; 1 Изобретение относится к приборам для измерения плотности жидкостей и газов.Известен вибрационцый плотномер 111, позволяющий измерять плотность потока жидкости или газа при больших давлениях в трубопроводах. Плотномер состоит из электромехацического внбродатчика и устройства возбуждения.Однако известный плотномер це обеспечивает достаточной точности измерений,Известен плотномер (2, содержащий корпус, внутри которого установлен пустотелый чувствительный элемент, контактирующий с контролируемой средой, приспособление для возбуждения и измерения колебаний чувствительного элемента и вторичный прибор.Известное устройство также не обеспечивает достаточной точности измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений.Это достигается тем, что в предлагаемом плотномере чувствительный элемент установлен с зазором по отношению к внутренним стенкам корпуса так, что контролируемая среда омывает внутреннюю и наружную его поверхности, а приспособление для возбуждения и измерения колебаний чувствнтельцого элемента отделены от контролируемой среды. При этом концы чувствительного элемента снабжены фланцами, укрепленными в корпусе, Фланцы имеют отверстия дл я прохождения контролируемой среды, б омывающей наружную поверхность чувствительного элемента.Приспособление для возбуждения и измерения колсбашгй чувствительного элемента выполнены в виде электромапштных ка- тушек, прн этом корпус выполцец нз немаг О нитного материала, а чувствительный эле.мецт из магнитного материала.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого плотномера, вид сбоку, с частичным вырезом; на фиг. 2 - то же, внд с торца; р на фиг. 3 показан сердечник, используе.мый и в некоторых коцструкццях предлагаемого прибора; на фцг. 4 показан прибор, аналогичный прибору на фиг. 1, но несколько модифицированный и вмонтированный в колено трубопровода подачи текучей среды, 20 На фцг. 1 и 2 показан прибор для измерения плотности текучей среды, который включает жесткии пустотелый цилиндрический корпус 1, на концах которого выполнена резьба 2 длп соединения с трубопрово.дом или в каком-либо другом месте установки прибора, где требуется производить измерение плотности среды. Внутри корпуса 1 размещен тонкостенный полый цилиндр 3, в поперечнике которого - кольцо. По концам цилиндра 3 имеются фланцы, которые придают этой детали форму гантели. Жесткий корпус 1 изготавливают из немагнитного материала, например из алюминия или нержавеющей стали, а цилиндр 3 (чувствительный элемент) делают из магнитного материала, дающего при изменении температуры только незначительные изменения собственной частоты.Из конструкции видно, что чувствительный элемент 3 укреплен внутри жесткого корпуса 1 с помощью стопорных колец 4, между которыми расположен фильтр 5. Указанная конструкция позволяет легко вынимать цувствительный элемент 3 из корпуса 1. Йа фиг. 2 отчетливо показано, что фланцы 6 имеют форму усеченного с двух сторон круга.Для обеспечения правильного расположения одного относительно другого чувствительного элемента 3 и жесткого корпуса 1, корпус 1 снабжен установочным штифтом, а в чувствительном элементе 3 выполнено отверстие для штифта, Такое соединение позволяет неоднократно удалять чувствительный элемент 3 с целью, например, очистки его и установки снова на место в корпусе 1 без какой-либо последующей регулировки деталей прибора.Г 1 ри работе прибора один конец корпуса 1 находится под воздействием текучей среды, причем эта среда поступает внутрь чувствительного элемента 3. Кроме того, благодаря указанной конфигурации фланцев 6, представляющих собою срезанные с двух противоположных сторон круги, среда обтекает поверхность чувствительного элемента 3 внутри корпуса 1. Таким образом, давление текучей среды на тонкие цилиндрические стенки чувствительного элемента 3 будет равномерным.При желании иметь фланцы 6 в виде круга, для обеспечения циркулирования среды вне цувствительного элемента 3 во фланцах делаюгся .отверстия 7.Г 1 римерно в средней части корпусавблизи участка максимальной амплитуды колебаний чувствительного элемента 3 установлены две катушки 8 и 9. Как это показано на чертеже в радиальной плоскости катушек 8 и 9, которые смещены одна относительно другой на 80,.корпус 1 очень тонкий, и катушки находятся на оптимальном расстоянии от чувствительного элемента 3, причем тонкая кольцевая часть корпуса 1 обеспечивает условие, при котором поток среды внутри и вокруг чувствительного элемента 3 никогда не соприкасается с катушками 8 и 9. Указанное взаиморасположение катушек 8 и 9 и чувствительного эле 5 1 О 15 20 25 30 35 ао 45 50 55 мента 3 обусловливается, во-первых, требованием сведения до минимума длины пути магнитного потока между катушками и чувствительным элементом и, во-вторых, необходимостью не допустить накопления в промежутке между катушками и чувствительным элементом пыли или влаги, ибо это может сказаться на колебаниях элемента 3. Как это видно на фигурах, обмотки катушки расположены в плоскости, перпендикулярной к плоскости рисунка, а сердечник катушки имеет три расположенных близко один от другого полюса. Такая конструкция обеспечивает короткий путь магнитному потоку, то есть от центрального полюса через элемент 3 на другие полюса, а когда эти катушки соответствующим образом вклю. чены в электрическую цепь, магнитные потоки катушек не перекрывают один другого, а проникают в чувствительный элемент 3 только на очень маленьком участке поверхности чувствительного элемента 3, что приводит к уменьшению или к исключению перекрестной связи между катушками 8 и 9. Катушка 8 может быть катушкой возбуждения, а катушка 9 - детектором или сигналосъемником. Они устанавливаются и работают с разностью фаз в 90 между возмущающей силой катушки 8 и обнаруженной скоростью изменения в промежутке элемента 3 и детекторной катушки 9, в результате чего получается конструкция, в которой эффекг вязкости существенно уменьшается или совершенно устраняется.Катушки 8 и 9 удерживаются на своих местах в корпусе 1 посредством заполнителя 10.На корпусе 1 установлен усилитель 11, к которому присоединены катушка возбуждения 8 и детекторная катушка 9, Сам усилитель 11 присоединен к источнику постоянного тока 12, а выходная цепь усилителя соединена с частотомером 13 или измерителем периода времени.Прибор работает следуюшим образом.Жесткий корпус 1, внутри которого расположен чувствительный элемент 3, подвержен воздействию текучей среды. При подключенном к усилителю 11 источнике питания 12 благодаря положительной обратной связи от детекторной или сигналосъемной катушки 9 к катушке возбуждения, образуются и поддерживаются собственные резонансные колебания чувствительного элемента 3. Колебания возникают из-за механического шума, передаваемого на чувствительный элемент 3 или же электрического шума, возникающего в катушке возбуждения 8 при включении усилителя 11, Концевые фланцы 6 чувствительного элемента 3 позволяют зажимать последний без нарушения частоты колебаний его и без помех для текущей через него среды. Совершенно очевидно, что зажатые таким образом фланцы 6 определяют акустическую длину чувствитель 113351 Н )ного элемента 3 и работают в качестве узлов колебаний элемента. В предпочтительной конструкции прибора эти колебания имеют кольцевой вид или, иначе говоря, чувствительный элемент 3 можно рассматривать 5как два соединенных и закрепленных в узловых точках (которыми являются фланцы 6) колокола.Как известно, зажим колокола у ушкане влияет на частоту его колебаний. Естест 10венно, частота подволимого на катушку 8тока в основном такая же как и доминирующая частота резонансных колебаний чувствительного элемента 3.Частотомер 13 может быть любой обычной конструкции, способной работать в Лиапазоне доминирующих частот, которые можно ожидать при использовании прибора. Причем он может быть градуирован с таким расчетом, чтобы можно было вести отсчет непосредственно в единицах плотности по графикам, которые были ранее градуированыи подготовлены при использовании текучихсред стандартной или известной плотности.Учитывая тот факт, что давление средына цилиндрическую стенку чувствительногоэлемента 3 в основном равномерноечастота колебаний чувствительного элемента 3зависит, главным образом, от плотности текущей через него среды, причем из-за использования для изготовления чувствительного элемента 3 материала с очень низкимкоэффициентом тепловой эластичности влияние температуры оказывается весьма малым или. совершенно незначительным.Для изготовления корпуса 1 и чувствительного элемента 3 берут материалы, способные работать в условиях рабочего давления, а именно 703 кг/см 2 (10000 фунтовна кв. дюйм).Совершенно очевидно, что когда чувствительный элемент 3 совершает колебаниякольцевого вида и эти колебания поддерживаются усилителем 11, среда, плотность 40которой замеряют, получает колебания каквнутри, так и снаружи чувствительного элемента, и потому частота колебаний чувствительного элемента зависит от его жесткостии общей совершающей колебания массы, то45есть массы стенок чувствительного элемента и массы окружающей его среды,Увеличение плотности среды понижаетчастоту колебаний, которая передается частотомером 13.Конструкция возбуждающего устройства 0и детекторного устройства, показанная наприведенном примере конструкции прибора,обладает рядом важных преимуществ.Во-первых, расположение катушек илиэлектромагнитных возбудителей вне контакта их со Средой, плотность которой подлежитизмерению, обеспечивает безопасность работы с прибором. Совершенно очевидно, что если среда, о которой идет речь, является воспламеняющимся газом или жидкостью. то значснис расположения катушек внс конгакта с такой срелой трудно переоценить.Устройство. позволяющее прямой поток среды, помогает избегать образования грязевых или других заторов и, кроме того, обеспечивает простоту и легкость удаления чувствительного элемента 3 из корпуса 1 в целях его очистки и осмотра. Особо важное значение это приобретает при использовании предлагаемого прибора в пищевой промышленности. Очевилно, что прямой поток среды возможен егце и потому, что катушки располагаются вне чувствительного элемента 3.Изобретение, используя Е-образныс или крышечного типа катушки, не применяет соленоид этого типа в качестве возбудителя, который создает длинные магнитные потоки и требует, чтобы полюса располагались вблизи к чувствительному элементу. Такое устройство нс обеспечивает надежности работы прибора, поскольку указанный небольшой промежуток между полюсами и чувствительным элементом служит в качестве уловителя влаги и железной пыли, отчего практически избавиться невозможно, и что в конечном счете приводит к тому, что чувствительный элемент перестает колебаться. Характер магнитного потока Е-образных катушек согласно изобретению таков, что путь его очень короткий и потому промежуток между катушкой и чувствительным элементом может быть увеличен. Это особенно важно в том отношении, что созлается возможность налсжного измерения жилкостей и газов в течение длительного времени.Кроме того, преимуществом предлагаемой конструкции является точность и независимость частоты колебаний среды с различной вязкостью, плотность которой измеряется. В некоторых конструкциях, использующих соленоилы, из-за длинных неконтролируемых путей магнитного потока между катушками неизбежно образуется некоторое соединение потоков. Величина соединения потоков зависит от проницаемости чувствительного элемента, которая, в свою очередь, зависит от температуры. Таким образом, обп 1 ее смещение фазы и частоты колебаний будет изменяться в зависимости от изменения температуры, особенно в отношении сред, имеющих высокую вязкость. Этот недостаток существенно устраняется укорачиванием пути магнитного потока и почти полным отсутствием перекрестной связи.Важным преимуществом изобретения является также и то, что система возбуждения и детектирования обладает высокой эффективностью, позволяющей избежать скачко- образности вида колебаний. Под скачко- образностью вида колебаний понимается колебание системы, образующееся не только при первой частоте гармоник, но и при более высоких гармониках. Чем выше тенденция системы к скачкообразности, темниже полезный диапазон прибора. Таким образом, настоящее изобретение, Обеспечивающее уменьшение скачкообраз 5 Ости вида колебаний допускает более значительные изменения рабочей частоты колебаний.Еще одним преимуцтеством изобретения является то, что материал для изготовления прибора выбирают таким, чтобы прибор обладал высоким механическимчто делает прибор в основном невосприимчивым к колебанию, и его можно устанавливать в любом месте.Прибор можно установить в линию трубопровода в течение нескольких минут и его весьма просто закреплять и откреплять. Сопротивление потоку среды в прибор( низкое и В силу того, что зона колебаний ощ;ць мала, прибор допускает знацительцо большее обраэовацие в жидкости пузырьков.В некоторых случаях применен:я прибора, например, в области газовой хроматографии и биохимии может г(отребо(даться умеиьшецие обье(д(д потока срелы внутри чувствительного элемента, Это можно осуществить использованием сере 1 п 1 Кд 14, например такого, как ца фиг. 3. Из черте:кд сердечиикд Видно, цто цд одном конце его имеется кольцевой флацец 15, который заменяет стопориос кольцо 4. Флацец 15 сцаб)кен ца ВнепСЙ сВОеи 1 астц рез 1.(оц, с помощью которОЙ он ВВиццивается Внутрь чувствитсльцого элемента 3.На фиг, 4 показан трубопровод 16, имеющий колено.НапраВле 13 цг потока ж 31 лкостп показапО стрелкой, На чертеже показан также прибор для измерения плотцост 3, который по своей конструкции почти одинаков с коцст 1)ук. цией, представленной ца фиг. 1. Пр 13 оор вставлен В трубопровод и закреплен в нем с помощью фланца 17, который укреплен в трубе по.редством двух т)133 ТО 3) с головкой под кл(оч 18, ца стержне которых имеются Выемки для приема уплотнительного кольца 19. На флацце 14 укреплен усилитель 11. На чертеже це показаны цц источник питания 12, цц частотомер 13.В лдццой конструкции вместо 1(олцостью цилицдри . ".":- 3 корпусаиспользоьдш; в Основном Вилкообразная опорная деталь 20, которая служит тол(,ко для моцтировдния чувствительного элемента 3 и катушек 8 и 9. Как показано ца чертеже, цодьодящне провода от катушек идут через Отверстия в вилкообразцой опорной детали 20 и дальше через расположенные в линию с ццмц отверстия во флацце 17.Входной конец прибора снабжен тонкой металлической сеткой 2, Поступгпощдя внутрь чувствительного эдемега 3 текучая среда проходит через указанук) сетку с торцовой и цилиндрической его части ц цы. текает из элемента через отверстия цлц прорези 22. Точно также среда, обтека(оц 35 чвствительнь(й элемеыт 3 ю его цдружцой поверхности, возвращается в трубоцронол 1 б через те же отверстия нли прорези 22.Выше лацо Описание изобретеция, в котором шла речь Об электромагнитном возбудителе, о детекторе и о чувствительном элементе 3 иэ магнитного материала. Однако совершенно очевидно, цто могут быть ис.пользованы возбудители и детекторы других типов, Например, чувствительный элемент 3 может приводиться в действие пьезо-электрическим или только магнитным способом, а в общем, с этой целью может быть использован любой электроакустический преобразователь, причем в этом случае чувствительный элемент можно изготавливать иэ стек лд илц полобцого ему материала, способного к колебдцицм в ответ цд действие электродкустцческого возбудителя. Могут быть и ццые гдрцацты возбуждения, например, электр(1 ста Ги ц ским способом, причем в этом случае возбудитель и детектор могут служить в качестве составных частей 1 плдстиц) конденсаторов, в которых вторыми пласти.нами булет сам чувствительный элемент 3.Хотя выше д(увствительнь(й элемент 3.покдзац ь Осцовном кдк цилиндр, попереч цое сечение его вцутрецней полости не обязательно должно быть кольцом, оцо может иметь иную форму.(Г)О,5(ула изобррте)(ия1, Плотцомер, содержащий корпус, внутри которого установлен пустотелый чувствительный элсмецт, коцтдктиру(оцьий с контролируемой средой, приспособление для воз бу)илеПя и измереш 3 я колебаний чувствительного эл(.мента, Вторичный прибор, отли;(иобийся тем, цто, с целью повышения точности измерения, цувствительцый элемент установлен с зазором по отношению к внутренним стенкам корпуса так, цто контроли руемдя среда омывает внутреннюю и царужцу(о его поверхности, а приспособления для возбуждения и измерения колебаний чувствительного элемента отделены от контролируемой среды.Л2, Плотцомер по п. 1, отлицаюиийсятем, цто концы чувствительного элементаснабжены фланцами, укрепленными в корГ 1 УСР.3. Г 1 лотцодер по и. 2, отличаюиийсятем, цто флднцы имеют отверстия для прока)кле.31(я контролируемой среды, омываюц(ей цд 11 УжцУЮ по 3(3 Рхцость чРдствитель 3 Ого элемента.55 4. Плотномер по пп. 1 - 3, отличакэ(цийся тем, 1 т(1 приспособления лля возбуждения и цлм(др(НГ 5 колеб(3 ццй чуВствительцого эл(. -М(ЦТД В(3 Ц(ОЛ ЦЕЦ 31 В ВЦЛЕ ЭЛЕКТРОМ 3 ГЦ ИТНЫ Х кдтуцек, црн этом 3(ор(1 ус выполнен из не633500 10 фие,4 Составитель В. Вошанкин 1 едактор И. Шубина Техред О. Луговая Корректор М. Демпик Заказ 6426/50 Тираж 1070 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб. д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4магнитного материала, а чувствительный элемент - из магнитного материала.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Патент Франции М 1338320,кл. б 01 1 М, 1963.2. Патент США М 3225588, кл. 73 - 32,1965.