Плотномер

СОЮЗ СОВЕТСКИХсаимиРтаЕпапРЕСПУБЛИК зд) С 01 Я 9/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМ(21) 35 (22) 16 (46) 23 (72) Г емтаев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 22851/18-25(71) Алма-Атинское проектно-конетрук торское бюро автоматизированных систем управления(56) 1. Глыбин И.Г. Автоматические плотномеры и концентратомеры в пищевой промышленности, М., "Пищевая промышленность", 1975, с. 49-50.2. Авторское свидетельство СССР Н 935745, кл. С 01 Н 926, 1982 (прототип),(54)(57) ПЛОТНОМЕР, содержащий проточный корпус с исследуемой жидкостью, снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую . трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью, преобразователь давления, выполненный в виде двухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в ниж" ней части проточного корпуса, регулируемыеи нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, через ав 801099243 А регулируемое пневмосопротивлениесоединен с пьезометрической трубкойи через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и сположительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходомвторого нерегулируемого пневмосопротивления, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измеренияплотности анализируемых растворов,улучшения выходных характеристик наначальном участке измерения и передачи сигнала на большее расстояние.в него дополнительно введены двапневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом,пиевмоемкость и переходной штуцер,при этом пьезометрическая трубкаподключена к глухой камере первогопневмоповторителя со сдвигом и кверхней камере преобразователядавления, нижняя проточная камерапреобразователя давления - к проточной камере второго пневмоповторителясо сдвигом, сопло преобразователядавления подключено к глухой камеревторого пневмоповторителя со сдвигоми через третье нерегулируемое пневмосопротивление - к выходу задатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповторителя со сдвигом подключена к отрицательной камере пятимембранногоэлемента сравнения, выход которогоподключен к пневмоемкости и к входу/Изобретение относится к устройг ствам для измерения плотности агрессивных, кристаллизующихся, вспенивающихся и других жидкостей.Известен плотномер для диффу зионного сока и мисцелл растительного масла, который включает в себя чувствительный элемент, состоящий из четырех камер, и вторичный прибор. В одну из камер поступает контролируемая жидкость, вторая заполнена буферной жидкостью большой вязкости, третья предназначена дпя температурной коррекции при помощи манометрического термометра с 15 пневмосиловым преобразователем и четвертая выполняет функции пневмометрического преобразователя, уравновешивающего изменение массы контролируемой жидкости в результате изменения ее плотности 1 3.К недостаткам такого плотномера относятся низкая чувствительность и отсутствие регулировки начального значения выходного сигнала, посту пающего на вход вторичного прибора.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плотномер, содержащий проточный корпус с исследуемой жидкостью. снабженный патрубком и камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной. жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединенную с нижней с помощью трубки, пьезометрическую , трубку, погруженную в сосуд с эталонной жидкостью. преобразовательдавления, выполненный в видедвухкамерного мембранного элемента с регулируемым соплом, установленный в нижней части проточногокорпуса, регулируемые и нерегулируемые пневмосопротивления, пятимембранный элемент сравнения с регулируемым и нерегулируемым пневмосопротивлениями, выполняющийоперации вычитания и умножения напостоянный коэффициент больше едивторичному приборуходному штуцеру,ницы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчикадавления подключен к входу пятимембранного элемента сравнения, черезрегулируемое пневмосопротивлениесоединен с пьезометрической трубкойи через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточнойкамерой преобразователя давления ис положительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранногоэлемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемогопневмосопротивления Г 2 3.Однако известный плотномер имеетнедостаточную чувствительность иточность на начальном .участке измерения, связанную с нелинейностьювыходной характеристики на :еначальном участке.Цель изобретения - увеличениечувствительности и точности измерения плотности анализируемыхрастворов, улучшение выходных характеристик на начальном участке измерения и передача сигнала на большее расстояние,Поставленная цель достигаетсятем, что в плотномер, содержащийпроточный корпус.с. исследуемойжидкостью, снабженный патрубкоми камерой сброса, в котором размещен сосуд с эталонной жидкостьюпостоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть, соединеннуюс нижней с помощью трубки, пьеэометрическую трубку, погруженную всосуд с эталонной жидкостью, преоб"разователь давления, выполненныйв виде двухкамерного мембранногоэлемента с регулируемым соплом,установленный в нижней части проточного корпуса, регулируемые инерегулируемые пневмосопротивления,пятимембранный элемент сравнения срегулируемым и нерегулируемымпневмосопротивлениями, выполняющий операции вычитания и умножения1099 243 3на постоянный коэффициент больше единицы, задатчик давления и вторичный прибор, причем выход задатчика давления подключен к входу пятимем- бранного элемента сравнения, через регулируемое пневмосопротивление соединен с пьезометрической трубкой и через нерегулируемое пневмосопротивление - с нижней проточной камерой преобразователя давления и с по- -10 ложительной камерой пятимембранного элемента сравнения, а отрицательная камера пятимембранного элемента сравнения соединена с выходом второго нерегулируемого пневмосопротивления, дополнительно введены два пневмоповторителя со сдвигом, пневмоповторитель с мощным выходом, пневмоемкость и переходной штуцер, при этом пьеэометрическая трубка подклю О чена к глухой камере первого пневмоповторителя со сдвигом и к верхней камере преобразователя давления, нижняя проточная, камера преобразователя давления - к проточной камере 25 второго пневмоповторителя со сдвигом, сопло преобразователя давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя со сдвигом и через третье нерегулируемое пневмосопротивление - к выходу эадатчика давления и к входу второго нерегулируемого пневмосопротивления, проточная камера первого пневмоповто" рителя со сдвигом подключена к от 35 рицательной камере пятимембранного элемента сравнения, выход которого подключен к пневмоемкости и к входу пневмоповторителя с мощным выходом, а выход последнего - к вторичному 4 О прибору и переходному штуцеру.На чертеже схематически изображен предлагаемый плотномер. Плотномер содержит проточный корпус 1 с исследуемой жидкостью, снабжеЪный патрубком 2 в нижней части и камерой 3 сброса. Внутри проточного корпуса 1 размещен сосуд 4 с эталонной жидкостью постоянного уровня, имеющий расширенную верхнюю часть 5 со сливной трубкой, соединенную с нижней частью с помощью трубки 6, В сосуд 4 с эталонной жидкостью опущена пьеэометрическая трубка 7 на глубину, равную высоте 55 столба анализируемой жидкости. В нижней части проточного корпуса 1 установлен преобразователь 8 давления, имеющий коэффициент усилениябольше единицы, выполненный в видедвухкамерного мембранного элементаи включающий в себя большую мембрану 9, расположенную со стороны анализируемого раствора, малую мембрану 10 с закрепленной на ней заслон,кой 11 и регулируемое сопло 12.Мембраны 9 и 10 соединены между собой жестким штоком 13.Кроме того, плотномер содержитдва пневмоповторителя 14 и 15 сосдвигом, два регулируемых пневмосопротивления 16 и 17, четыренерегулируемых пневмосопротивления 18-21, задатчик 22 давления,пятимембранный элемент 23 сравнения,пневмоемкость 24, пневмоповторитель25 с мощным выходом, вторичный прибор 26, переходной штуцер 27,Пьезометрическая трубка 7 подключена к верхней отрицательнойкамере преобразователя 8 давления,к глухой камере первого пневмоповторителя 14 со сдвигом и через регулируемое пневмосопротивление 16к выходу задатчика 22 давления.Нижняя проточная камера преобразователя8 давления подключена к проточнойкамере второго пневмоповторителя 15со сдвигом, к положительной камерепятимембранного элемента 23 сравнения и через нерегулируемое пневмосопротивление 18 к выходу задатчика22 давления.Сопло 12 преобразователя 8 давления подключено к глухой камеревторого пневмоповторителя 15 сосдвигом и через нерегулируемоепневмосопротивление 19 к задатчику22 давления,Проточная камера первого пневмоповторителя 14 со сдвигом подключенак отрицательной камере пятимембранного элемента 23 сравнения и черезнерегулируемое пневмосопротивление20 к выходу задатчика 22 давления.Выход задатчика 22 давления подключен также к входу пятимембранногоэлемента 23 сравнения, которыйвместе с регулируемым 17 и нерегулируемым 21 пневмосопротивлениямиобразует логический элемент, выпол-няющий операции вычитания и умножения на постоянный коэффициент большеединицы. Выход логического элементаподключен к пневмоемкости 24 и пневмоповторителю 25 с мощным выходом,(2)55 к Рэ ф где а выход последнего - к вторичномуприбору 26 и переходному штуцеру 27.В технологической линии, к которой плотномер присоединен с помощьюпатрубка 2, предусмотрены перекачивающее устройство 28 и рабочая ванна29, внутри которой размещено нагревательное устройство 30,Плотномер работает следующим образом,Анализируемый раствор из рабочейванны 29 с помощью перекачивающегоустройства 28 поступает через патру,бок 2 в проточный корпус 1 и затем,омывая сосуд 4 постоянного уровняс эталонной жидкостью, в качествекоторой выбрана вода, через переливной порог проточного корпуса 1попадает в камеру 3 сброса и возвращается в рабочую ванну 29,Усилие, действующее на большуюмембрану 9 преобразователя 8 давления со стороны анализируемого раствора, определяется уравнением где- ускорение свободного падения;- плотность анализируемогорраствора,Н - высота столба анализируемого раствора, находящегося в проточной камере;Б - эффективная площадь боль- З 5Бшой мембраны 9 преобразователя 8 давления. Эталонная жидкостью с помощью нагревательного устройства 30 подог ревается до температуры анализируемого раствора и подается в расширенную верхнюю часть 5 сосуда 4. Расход воды регулируется игольчатым вентилем (не обозначен). Предварительный нагрев сводит к минимуму разность температур между анализируемым раствором и эталонной жидкостью (водой)В пьезометрическую трубку 7 с вы-, хода задатчика 8 давления через регулируемое пневмосопротивление 16 подается сжатый воздух, выходное давление которого описывается уравнением р - плотность эталонной жидкости (воды);Н - глубина погружения пъезометрической трубки 7 в эталонную жидкость.Величина давления Р в пьезометрической трубке 7 одновременно выполняет роль балластного давления. Сигнал Р от пьезометрической трубки 7 одновременно поступает в компенсирующую глухую верхнюю камеру преобразователя 8 давления и глухую камеру первого пневмоповторителя 14 со сдвигом, выходной сигнал которого, равный подается в отрицательную камеру элемента 23 сравнения. Одновременно в положительную камеру элемента 23 сравнения и проточную камеру пневмоповторителя 15 со сдвигом подается выходной сигнал, равныйпер (4) где Ьвр - перепад давления на переменном пневмосопротивлении узла сопло-заслонка преобразователя 8 давления 1Р - давление в сопле 12 преобразователя 8 давления.Изменением положения сопла 12 от-, носительно заслонки 11 регулируют начальный расход воздуха через нерегулируемое пневмосопротивление 9,а следовательно и чувствительность преобразователя 8 давления к изменению плотности анализируемого раствора.Поскольку сопло 12 преобразователя 8 давления подключено к глухой камере второго пневмоповторителя 15 со сдвигом и к выходу нерегулируемого пневмосопротивления 19, то на переменном пневмОсопротивлении сопло-заслонка преобразователя 8 давления устанавливается постоянный перепад давления,. равный Ь р величина которого фиксируется цри помощи второго пневмоповторителя 15 со сдвигом. С увеличением Ь увеличивается коэффициент усиления преобразователя 8 давления. С выхода первого пневмоповторителя 14 со сдвигом сигнал Р подает 1ся в отрицательную камеру пятимембранного элемента 23 сравнения, устанавливающего начальное давление Р 111 х на выходе логического элемента. При прохождении воздуха через эталонную жидкость возникает дополнительная циркуляция ее в сосуде 41099243 1 ОК 15 Применение на выходе логического элемента пневмоемкости 24 постоянной уменьшает пульсацию выходного сигнала, а применение пневмоповторителя 25 с мощным выходом позволяет передать сигнал плотномера на вторичный прибор через переходной штуцер 27 на большое расстояние.Поскольку температура анализируемого раствора и эталонной жидкости в процессе анализа мало отличаются одна от другой, то погрешность измерения плотности раствора сводится к минимуму. 35 вых 1( еееф К Р+ С Вхвых 1 ст аГ, пеР сто пеР пеР 4 о р КдР Р И Р- - двых 1 ст о 6 ЯеР о иеР ко о 45 узла сопло"заслонкапреобразователя 8 давления,Ь " ход, заслонки, отсчитываемый от начального зазора, устанав .ливаемого при ре"гулировке начального давления навыходе преобразователя давления.Из уравнения (12) определяют значениевыходного сигнала преобразователя8 давления. которое равное МЬфо И=ст Ы, Впер-Ы, диеР (И)ОЮПоскольку ЕЬ=-К дРгде Кс - коэффициейт передачи входного сигнала преобразователядавления, взятый с отрицательным знаком, 25так как с увеличением ЬРвх, уменьшается зазор между соплом и заслонкой,т.е, уменьшается значение Ь,то уравнение (13) принимает видЗ, К дР-. зоР ст ц, дпер оС перо " о Подставляя в уравнение (7) значенияР и Р, вычисленные по уоавнениям(3), (4), (9) и (15) получаютР Ю Р д -Р+д Иэ уравнения ( 7) следует, что с увеличением коэффициента передачи входного сигнала преобразователя давления К высоты столба анализнруеСмого раствора Н и перепада давления Лпр на пневмосопротивлении узла сопло-заслонка, а также с уменьшением начальной проводимости со пневмосопротивления 19 нерегулируемого, коэффициент усиления преобразователя давления увеличивается, следовательно, увеличивается чувствительность к малым изменениям плотности анализируемого раствора. Поскольку узел сопло-заслонка преобразователя 8 давления находится под постоянным перепадом давления ЛпеР 1 установленным пневмоповторителем 14 со сдвигом, рабочая точка которого находится на линейной части его выходной характеристики, то проходит спрямление выходной характеристики преобразователя давления на его начальном участкеЬЫХ 1гдео- начальноедавлениена выходепреобразователядавления Одинаковая высота столба анализируемой и эталонной жидкостей также позволяет свести к минимуму погрешности как при изменении температуры, так и при изменении плот. ности и значительно упростить расчет конструктивных параметров преобразователя давления и настроечных параметров вообще.