Плотномер жидкости

Союз СоветскихСоциапистическихРеспублик ИДЕТ ЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ(22) Заявлено 2 М) 380 (21) 2899354/18-2 В 3Кл.1 й 9 соединением заявк Ьеударстеенный кемнтет СССР но денем нзфбретеннй н еткрытнй(2) Заявит 5 НОМЕР ЖИДКОСТИ вертки етного ьей сх Изобретение относится к области изизмерения плотности жидкостей и является усовершенствованием известного плотномера.По основному авт. св. У 651230 известен плотномер жидкости, содержащий ф сосуд с исследуемой жидкостью, поплавок с постоянным магнитом, термостатированную ванну, соленоид, соединенный с блоком развертки тока соленоидач 10 и пер вым входом от счет ного уст роиства, индикатор положения поплавка, со-. стоящий из чувствительной катушки индуктивности, включенной в колебательный контур ВЧ-генератора, ограници 1 й тель хода поплавка, три схемы И, счетный триггер и последовательно соеди" ненные схему ИЛИ и схему возврата поплавка, выход которой подключен к первому входу блока развертки тока соленоида.Запускающий вход блока раз соединен с нулевым выходом сц триггера и вторым входом трет еников и Ю.В. Подгорн 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 отсцетного 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, обеспечивающий стабилизацию температуры в термостатированной ванне.Недостатком этого плотномера является наличие погрешности измерения, вызванной нестабильностью температуры в термостатированной ванне. Имеются две основные прицины нестабильности8944 зо температуры измерительной ячейки плотномера. Первая - это погрешность ст абилизации температуры в термостате,В известной конструкции плотномераиспользуется серийно выпускаемый мас 5ляный циркуляционный термастат ТЖД-71 5 К 1.331.000 ТУ, который обеспечивает стабилизацию температуры измерительной ячейки с погрешностью+0 ОоС при постоянной окружающейтемпературе путем прокачивания теплоносителя (полиэтилсилоксановой)жидкости через термостатированнуюванну плотномера, Вторая причинаобусловлена дрейфом температуры в термостатированной ванне при изменениитемпературы окружающего воздуха. Приоптимальном расходе теплоносителя через термостатированную ванну и оптимальной толщине теплоизоляции термостатированной ванны разность температуры в измерительной ячейке и термостате ТЖДможет достигнуть0, С,что вызвано изменением окружающей температуры на 2 С (нормальные условияприменения для измерительных приборов25по ГОСТ 22261-76),Погрешность плотномера при изменении температуры измерительной ячейкиможно рассчитать, исходя из формулыЧ: Ч. (1+.д),где с- коэффициент объемного расширения исследуемой жидкости,градьй с, Со оо(обычно при измерениях плотности йо 20 С)- Фактическая температура измеряемой жидкости, С;Ч - объем жидкости в ячейке при 4 оо .йо, см ;Ч - объем жидкости в ячейке прий, см .Подставляя в (1) значения Ч = - ,я/ 45где я - масса исследуемой жидкости,гЗплотность исследуемой жидкости, г/см , получаемЯ,= (1+ сдт) (2)где 9 - плотность жидкости при за оданной температуре. о;" плотность жидкости, измеряемая плотномером при фактической температуре 1,Следовахельно, абсолютная погрешность плотномера от изменения температуры ячейки будет равна4 (г/см)=-сд р(3) 64Для бол ьшин ст ва нидких ор гани че ских соединений, для измерения плотности которых предназначен плотномер,коэффициент объемного расширения находится в пределах сК = (0,8-1,7) хх 10 град-3При диапазоне измерения плотномера от 0,7 до 1,5 г/см и Ь =40,2 Сабсолютная ошибка плотномера находится в пределах 8= (1 ")-10 4 г/см,Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременномобеспечении возможности определениякоэффициента 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, отсцетное. 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, арифметицеское устройство с цифровым индикатором и вторая схема ИЛИ, причем информационные выходы 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 заданщим 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 отсцетного устрой894467 ства, соединенному с первым входомпервой схемы ИЛИ,Введение в известный плотномерцифрового термометра с термочастотным датчиком, блока управления, ариф- Вметицеского устройствас цифровым индикатором и второй схемы ИЛИ в совокупности обеспечивает измерение плотности жидкости при двух знацениях температуры, определение коэффициентаобъемного расширения жидкости и автоматическое введение поправки в результат измерения, цто повышает точность определения плотности.На чертеже представлено предлагаемое устройство.Плотномер содержит сосуд 1 с исследуемой жидкостью, помещенный в тер- .мостатированную ванну 2, неподвижнозакрепленную на соленоиде 3 так, цтобы дно сосуда 1 было строго перпендикулярно оси соленоида 3, ограничитель 4 хода поплавка, поплавок 5, содержащий магнитный цилиндрический сердечник, индикатор положения поплав"25ка, состоящий из чувствительной катуши 6 индуктивности, включенной в колеательный контур ВЧ-.генератора 7, отсчетное устройство 8, фиксирующее значение тока соленоида 3 и представляю- аощее собой преобразователь тока в частоту следования импульсов со счетчикомимпульсов, логическую схему И 9, выход которой соединен с запускающимвходом отсцетного устройства и входом11 блока 10 развертки тока соленоида,обеспечивающего изменение тока соленоида 3 по заданному закону и стабилизацию тока в момент отрыва поплавка5 от дна сосуда 1, сцетный триггер 11,выход "0" которого соединен со входомсхемы И 9 и запускающим выходом блока10 раЗвертки тока соленоида, а выход"1" соединен со вторыми входами логи ческих схем И 12, 13, схему 14 возврата поплавка, выход которой соединенс третьим входом блока 10 разверткитока соленоида, а вход - с выходом схесхемы ИЛИ 15, один иэ выходов которойсоединен с выходом схемы И 13, а дру0гой - с выходом отсцетного устроиства 8. Кроме того, устройство содержит циркуляционный термостат 16с регулятором 17 температуры, обеспечивающий стабилизацию температуры вИтермостатируемой ванне 2, блок 18 управления, арифметическое устройство19 с цифровым индикатором 20, цифровой термометр 21 с термоцастотным дат 6чиком 22 и вторую схему ИЛИ 23, первый вход которой подключен к третьемувыходу 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 цетвертым входом блока 10 развертки тока соленоида.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии в термостатированной ванне 2 поддерживается температура й =(й) С, где с - температура пр 1 л которой будет производиться измерение плотности. Блок 18 управления через схему ИЛИ 23 периоди" чески запускает цифровой термометр 21 работающий в ждущем режиме. Цифровой термометр 21 индицирует значение температуры с , Через соленоид 3 течет максимальный ток, и поплавок 5 притяг 1нут ко дну сосуда 1, На входах "1" схем И 9, 12, 13 и выходе "0" счетного триггера 11 присутствует логическая "1".При замыкании ключа К блок 18 управленияостанавливает 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 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 й и Гр 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 со, и устанавливает на своем первом выходе сигнал УСРЕДНЕНИЕ, По этому сигналу арифметическое устройство 19 вычисляет средние значения й, и 1 р измеренных значений 1 и Г 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 значенийи 1 щ производится так же, как было описано выше, лишь с той разницей, что после каждого отсчета значений 1 и Ф блок 18 управления устанавливает на своем первом выходе сигнал ИЗМЕРЕНИЕ. По этому сигналу арифметическое устройство 19 принимает код, соответствующий значениям 1 и Грь рассчитывает значения плотности р при температуре С, Я, - при температуре й, коэффициент обьемного расширения исследуемой жидкости а(,поправку Ьр к значению плотности Я, значение плотности Я при заданной температуре 1 и индицирует значения а. и о на цифровом индикаторе 20.Цикл измерений с малой скоростью развертки и автоматической коррекцией температурной погрешности автоматически повторяется до размыкания ключа К.Расчет производится по следующим формулам/К+К тЯ р К+К д, Ф К 1, где К - коэффициент преобразования отсчетного устройства 8; 7 8944 б Уступает на вход счетного триггера 11и опрокидывает его. На выходе "1"счетного триггера 11 появляется логический "0", а на выходе "0" - логическая "1", которая по запускающемувходу блока 1 О развертки тока соленоида включает малую скорость развертки тока сОленоида (режим подготовки отсчета). Одновременно сигналс индикатора положения поплавка 5 16через вход "1" схемы И 13 и схемуИЛИ 15 поступает на схему 14 возврата поплавка 5, так как на входе "11"схемы И 13 в этот момент еще присутствует логическая "1". Схема 14 воэврата поплавка 5 через. вход 1блока 10 развертки тока соленоидаскачком увеличивает ток соленоида 3до значения, достаточного для того,чтобы притянуть поплавок 5 в исход- геное положение ко дну сосуда 1. На выход схемы И 9 сигнал с индикатораположения поплавка 5 не поступает,так как на входе "11" схемы в этотмомент еще присутствует логический"О". В момент следующего всплытияпоплавка 5 (т,е. собственно моментизмерения) выходной сигнал индикатора положения поплавка 5 через вход"1" схемы И 9 запускает отсчетное Уст- аеройство 8 и цифровой термометр 2 1,работающие в ждущем режиме, и останавливает развертку тока соленоида 3, На выходе схем И 12, 13 этотсигнал не поступает, так как на ихвходах "11" присутствует логический"О". Цифровой термометр 21 фиксируеттемпературу с, жидкости в сосуде 1и устанавливает на выходе цифровойкод, соответствующий значениюОдновременно отсчетное устройство 8Ф;:ксирует значение тока соленоида 3которое определяется в этот моментдействующим на поплавок 5 усилием,соответствующим значению измеряемойплотности Я, при температуре й и усустанавливает на своем информационномвыходе цифровой код частоты фпропорциональный току соленоида 3. Затемсигнал с выхода отсчетного устройства8 свидетельствующий об окончании ысчета, поступает. на вход блока 18 управления, который устанавливает насвоем первом выходе сигнал ЗЯПИСЬ,в результате чего значенияи 1 рзаписываются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) арифметическогоустройства 19. Одновременно сигнал свыхода отсчетного устройства 8, сви; - ток соленоида 3;К и К - констакты поплавка 5, за 2висящие от материала сердечника поплавка 5 и геометрии систем (заносятся в память арифметического устройства 19 перед началом эксперимента с помощьюнаборного поля, не показанного на рисунке).Так как функцию изменения объема жидкости от температуры в пределах +1 фС можно считать линейной, то, заменив в формуле (2) р, на р .и 1 на 7 , получаем9 -2М-Из формулы (3) получаемо(Р-р+)и-а )Р РсН ) - ; - из Формулы (2) -- р .Знак перед Ьр зависит от знака разности С-й , если разность положительна, ьр 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( .25 рмула изобретения 89 И 67 10в него введены цифровой термометр стермочастотным датчиком, блок управления, арифметическое устройство сцифровым индикатором и вторая схемаИЛИ, причем информационные выходы отсчетного устройства и цифрового термометра подключены соответственно кпервому и второму информационным входам арифметического устройства, третий информационный вход которого соединен со вторым выходом блока управления и задающим входом регуляторатемпературы, управляющий вход арифметического устройства подключен кпервому выходу блока управления, ктретьему и четвертому выходам которого подключены соответственно дополнительный четвертый вход блока развертки тока соленоида и первый вход второй схемы ИЛИ, второй вход которойподключен к выходу третьей с".емы И,соединенному со вторыми входами отсчетного устройства и блока разверт"ки тока соленоида, а выход - к запускающему входу цифрового термометра, кроме того, выход блока управления подключен к выходу отсчетного уст.ройства, соединенному с первым входомпервой схемы ИЛИ.30 Плотномер жидкости по авт.11 651230, о т л и ч а ю щ и йтем, что, с целью повышения топри одновременном обеспеченииности определения коэффициентаного расширения исследуемой жи ностиозможобъем-.кости,Источники информации,ринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 651230, кл. С 01 й 9/22, 1978 (проотип).89 М 67 Составитель В. ВоваРедактор Н. Безродная Техред 3, Фанта орректо утяг Заказ 1117 лиал ПРП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн/66" Тираж 910 . Подписи ВНИИПИ Государственного комитета, СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж"35, Рауаская наб д. В)5