Пневмометрическое устройство для измерения плотности жидкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 51) 4 С 01 И 9/26 РЕТЕ ЛЬСТ удовогоеский ин а Страдымов, аров тво СССР 1981. еские пл 1965, О Иласти,е.чносой сти экс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(71) Куйбышевский орденаКрасного Знамени политехститут им. В. В. Куйбыше(54) ПНЕВМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОС (57) Изобретение относится к о контрольно-измерительной техни Цель изобретения - повышение т ти измерения путем автоматичес коррекции статической характер ки дифманометра при длительной плуатации. Устройство содержит. основные и одну дополнительную измерительные трубки, погруженные вемкость с контролируемой жидкостьюна разную глубину. Трубки соединеныс источником сжатого воздуха, К пневмолиниям основных трубок подключендифманометр, Плюсовая камера егоподключена непосредственно, а минусовая - .через компенсатор балластного давления. Два нормально открытые.пневмоклапана включены в плюсовую иминусовую пневмолинии основных измерительных трубок. Один из нормальнозакрытых пневмоклапанов включен впневмолинию дополнительной трубки,а второй - в пневмолинию с компенсатором балластного давления, Первыйвход вычислительного устройстваподключен к выходу дифманометра, авторой вход - к первому выходу устройства управления и входам управления нормального открытого.и нормально закрытого пневмоклапанов,3 ил, 245942Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именнок устройствам для измерения плотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.Целью изобретения является повышение точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации устройства.На фиг. 1 представлена блок-схема пневмометрического устройства дляизмерения плотности жидкости; нафиг, 2 - вариант структурной схемыустройства управления и вычислительного устройства; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства.Лневмометрическое устройетво дляизмерения плотности жидкости содержит блок 1 питания сжатым воздухом,питающую плюсовую 2 и минусовую 3 снезависимые пневмолинии, между которыми включен дифманометр 4. Плюсовая линия 2 через нормально открытыйпневмоклапан 5 питает первую основную измерительную трубку 6, погруженную в контролируемую жидкость на глубину Н а через нормально закрытыйпневмоклапан 7 - дополнительную измерительную трубку 8, погруженную иаглубину Н -Ь.В минусовую линию через нормально открытый пневмоклапан 9 включенавторая основная измерительная трубка 10, погруженная в жидкость на глубину Н с Н -Ь. Кроме того, в минусо. вой линии байпасно с нневмоклапаном 9 через нормально закрытый, пневмоклапан 11 включен компенсатор 12балластного давления, задающий в минусовой линии эталонное значение пе.репада давления Рэ . Выход дифманометра 4 соединен с первым входом вычислительного устройства 13, второйи третий входы которого связаны спервым и вторым выходами устройства 14 управления соответственно.Первый выход устройства 14 управле,ния также связан с входами управления пневмоклапанов 5 и 7, а второйвыход - с входами управления пневмокпапанов 9 и 11 .Устройство работает следующим образом. Определение текущей плотностижидкости происходит в течение четырех тактов, формируемых устройством 14 управления. Длительность всех так".тов постоянна и равна Т.В первом такте происходит основноеизмерение. В этом такте на выходеустройства 14 оба сигнала имеют низкий уровень, что является условиемдля приема результата первого измерения вычислительным устройством 13.При этом пневмоклапаны 7 и 11 закры 1 О ты, а пневмоклапаны 5 и 9 открыты,и в плюсовую линию 2 подключена измерительная трубка б, а в минусовую -измерительная трубка 1 О.На плюсовую камеру дифманометра 45 в первом такте действует давлениеРяЬ +Р +г +Ргде Р - плотность контролируемойжидкости;д= 9,81 м/с ускорение свободного2 О падения;Р - потери давления на участкеЛ%пневмолинии 2 от места подключения дифманометра 4 досреза барботажной трубки,25 обусловленные трением воздуха о стенки пневмолинии;Р, - избыточное давление воздуха,обусловленное силами поверхностного натяжения необхоЗО мое для отрыва пузырька воздуха от нижнего конца трубки;Р, - давление, обусловленное скоростным напором жидкости,изменяющее условие отрыва35 пузырька воздуха от нижнегоконца барботажной трубки,Аналогично на минусовую камерудифманометра 4 в первом такте действует давлениеО Р, = роН, +Р,Р,+Р,.Обычно Р, Р Р,4 Р, Ру,ФР таккак скорость воздуха в пневмолинияхразлична,Статическая характеристика дифманометра 4 имеет виду=а+а, (Р-Р ),где а - смещение статической характеристики, обусловленноедрейфом нуля дифманометра 4;а коэффициент чувствительностидифманометра 4.Оба коэффициента а и а, могутмедленно глзменяться во времени, таккак при стирании дифманометра прОисходят сдвиг и деформация его статической характеристики. Таким образом, на выходе дифманометра 4 в первом такте имеем сигнал5 Устройство 14 управления содержит генератор 15 импульсов, формирующий импульсы длительностью Т, 55 выход которого связан с двухраэрядным двоичным счетчиком 16. На параллельных выходах счетчика формируются два сигнала управления УУ и ууэ,В четвертом такте оба сигнала на выходе устройства 14 имеют высокий уровень, что является условием для расчета значения плотности контролируемой жидкости вычислительным уст 3 12у =а,+а,(Р -Т +Рб,-Гб,+1;, -Р,)+который запоминается в вычислительном устройстве 13,Во втором такте на втором выходеустройства 14 управления появляетсявысокий уровень, на первом остаетсянизкий, что является условием дляприема результата второго измерениявычислительным устройством 13. Приэтом пневмоклапаны 7 и 9 закрыты,а пневмоклапаны 5 и 11 открыты, и вплюсовую линию 2 подключена измерительная трубка 6, а в минусовую -измерительная трубка 10 через компенсатор 12 балластного давления.На плюсовой камере дифманометра 4 во втором такте давление равног 18 г л бгфа на минусовой имеемБ 11 г Рлг Рбг Ргг Рэ фгде Р - перепад давления на компенэсаторе 12 балластного давления,На выходе дифманометра 4 во втором такте получаем сигналУ =д ч+аг(Рлл-Рлг+Рб;-Рбг+ч-Рк)+который запоминается в вычислительном устройстве 13,В третьем такте на первом выходеустройства 14 управления появляетсявысокий уровень, а на втором - низкий, что является условием для приема результата третьего измерениявычислительным устройством 13. Приэтом пневмоклапаны 5 и 11 закрыты,пневмоклапаны 7 и 9 открыты, и кплюсовой линии 2 подключена дополнительная измерительная трубка 8, а кминусовой линии 3 - измерительнаятрубка 1 О,На плюсовой камере дифманометра 4в третьем такте давление равно31)+Р л+Рб+Рга на минусовой имеемРЗ РЗН +Р +Рб;г+РНа выходе дифманометра 4 в третьем такте измерения получаем сигналЪ =а+аг (Рл Рлг . 6 Рбг Рч Рчг)+который запоминается вычислительнымустройством 13. 45942 аройством 13 по результатам трех измерений у, у . и у.Обозначаем для удобства дальнейпего изложения5 Ъ =а;о =а +а г ( Рл -Рл г+Рб -Рбг+Рг.-Ргг)Тогда уравнения (1), (2, и (3)записываются в видеу =о+РИ(ч (1 г)О Уг =+Ъ. Гра(Н -Н,)-Р,1; (5)у, =Ъ, +Ь я(11 -Ь-Е,(б)Из выражений (Ь) и (") имеем.Из выражений (1) и (б) имеему -ч =Ь, оЬ.г 1Отсюда получаем алгоритм вычисления плотности жидкости вычислительным устройством 13у -у Р (7)20у -У л 1-гКак видно из выражения (7) значение плотности контролируемой жидкости, получаемое в результате алгоритма (7), не зависит от условий ра 25 боты плотномера и параметров дифманометра,а определяется величинамиР Ь и измеренными значениями у.г, иугВсе это справедливо только в томслучае, если за время трех тактовизмерения условия работы плотномераи параметры дифманометра не изменяются,. т.е. величины а, а, Р Рлг,Р , Р , Р и Р ,постоянны на интервале измерения. Так как измеренияпроводятся одно за другим в течениекороткого времени, то это условиеавтоматически соблюдается,В этом случае погрешность измерения плотности определяется погреш 40ностью измерения выходных сигналовдифманометра у у , у, и точностьюзадания величин Р, и и,Устройство 14 управления и вычислительное устройство 13 в предла 45гаемом плотномере можно реализоватьразличными способами, например какспециализированное число-импульсноеустройство, собранное на стандартных элементах цифровой техники5 1245 которые через усилители 17 и 18 мощности поступают на входы управления пневмаклапанов 5 и 7, а также 9 и 11 =аатветственно. Вычислительное устройство 13 содержит дешифратор 19, два входа которого связаны с выходами УУ и УУ счетчика 16, На четырех выходах дешифратара 19 (ДШ, ДШ, ДШ и ДШ ) последовательно появляются импульсы, длительностью Т 10 каждый, Таким образом, с помощью сигналов УУ и УУ формируются четыре такта измерения, длительностью Ткаждый (фиг. 3). В вычислительное устройство 13 входит преобраэова-15 тель 20 напряжение - частота, вход которого связан с выходом дифманометра 4, делитель 21 с коэффициентом деления И, вход которого соединен с выходом преобразователя 20, 20 схемы 22 и 23 совпадения, первые входы которых связаны с выходом о преобразователя 20 и выходом делителя 21 соответственно, а вторые - с первым выходом (ДП.) дешифратора 19, 25 схемы 24 н 25 совпадения, первые входы которых соединены с выходом преобразователя 20 и выходом делителя 21, а вторые - с третьим (Ю ) и вторым (Д 1 п ) выходами дешифратора ЗО219 соответственна,реверсивный счетчик 26, первый вход (суммирующий) которого связан с выходом схемы 22 совпадения, второй (вычитающий) через схему ИЛИ 2 - с выходом схе мы 24 совпадения, реверсивный счетчик 28, первый вход (суммирующий) которого соединен с выходом схемы 23 совпадения, а второй (вьгчитающий) с выходом схемы 25 совпадения, сум матор 29, первый вход которого связан с выходом реверсивного счетчика 28, счетчик 30, выход которого соединен с вторым входом сумматора 29, а второй вход (сброса) - с выходом сумматора 29 (через схемуИЛИ 36) и с первым входом (счетным) счетчика 31, схема 32 совпадения, выход которой связан с первым входом счетчика 30 и вторым входом схемы ИЛИ 27, первый вход - с четвертым выходам (Д 1 Я) дешифратора 19, а второй вход - с выходом заема реверсивного счетчика 26, генератор 33, выход которого соединен с первым вхо дом схемы 32 совпадения. Третьи входы счетчиков 26 и 28 (сброса) связаны с четвертым выходом (ДГ 1) дешиф Игде , - частота, соответствующаярезультату второго измереВ третьем такте измерения (УУ =1,Э УУ =0) происходит второе дополни 1тельное измерение, открыты пневмоклапаны 7 и 9, закрыты пневмоклапаны 5 и 11, работают трубки 8 и 10, на третьем выходе дешифратора 19 появляется импульс длительностью Т. 942 6ратора 19 через одновибратор 34, авторой вход счетчика 31 (сбраса) соединен с тем же выходом дешифратора 19через одновибратар 35. Выход одновибратора 35 через схему ИЛИ 36 связан также с вторым входом счетчика 30.Работа схемы поясняется временнойдиаграммой (фиг. 3).В первый такт измерения (УУ, =О,УУ., =0) происходит основное измерение,открыты пневмоклапаны 5 и 9, закрыты пневмаклапаны 7 и 11 н работаютизмерительные трубки 6 и 10, на первом выхоце дешифратора 19 появляетсяимпульс длительностью Т, . Результатизмерения У через преобразователь 20и схему 22 совпадения, открытую сигналом ДЛ, записывается в реверсивный счетчик 26, а также через делитель 21 и схему 23 совпадения, открытую сигналом ДГ, - в реверсивныйсчетчик 28. /Таким образом, по окончании первого такта в счетчиках 26 и 28 записано И, и И- импульсов соответственногде- частотный сигнал, соответствующий первому измерению У, с дифманаметра 4,Во вторбм такте измерения (УУ =О,йУУ =1) происходит первое дополнитель 2ное измерение, открыты пневмоклапаны 5 и 11, закрыты пневмоклапаны 7и 9, работают измерительные трубки 6и 10 и компенсатор 12 балластногодавления, на втором выходе дешифратора 19 появляется импульс длительностьк Т, Результат перВого дополнительного измерения через делитель 2и схему 25 совпадения, открытую сигналом ДЯ, поступает на вычитающийвход реверсивного счетчика 28.В конце второго такта измеренияв реверсивном счетчике 28 записаночисло11 =И -ГТ Б=(, - )1245942 7 Результат третьего измерения черезсхему 24 совпадения, открытую сигналом ДШ и схему ИЛИ 27 поступаетна вычитающий вход реверсивного счетчика 26, 5В конце третьего такта измеренияв реверсивном счетчике 26 записаночисло1,-1 - Т,-Т,(Г,-,),где 1 - частота, соответствующаярезультату третьего измерения У .В четв 1 ртом такте ( УУ 1 ф Л 7 1 )на четвертом выходе дешифратора 19появляется импульс длительностью Т, 15по переднему фронту которого одновибратором 35 формируется короткий импульс, сбрасывающий в нуль счетчики 30 и 31,Выходной сигнал заема нулевого 20уровня с реверсивного счетчика 26появляется, только когда его содержимое равно нулю. Следовательно, кначалу четвертого такта сигналзаема равен единице и совместно 254.с сигналом ДШ открывает схемуф"32 совпадения, через которую начинают проходить импульсы частотой Р генератора 33. Эти импульсыпоступают одновременно на первый 1 зОвход счетчика 30 и второй (вычитаю,ирй) вход реверсивного счетчика 26через схему ИЛИ 27,Сумматор 29 в данной схеме играетроль устройства сравнения, вырабаты- З 5вающего на своем выходе одиночныйимпульс при равенстве содержимогосчетчика 30 и реверсивного счетчика 28Для этого одна из,сравниваемых, величин, например содержимое ре-. 40версивного счетчика 28, подается навход сумматора 29 в инверсном коде,а на вход переноса сумматора подается сигнал логической единицы. В этомслучае при достижении содержимым 45счетчика 39 величины Ю, т.е. величины, находящейся в счетчике 28, на выходе переноса сумматора 29 появляется сигнал, поступающий на счетчик 31и обнуляющий счетчик 30.50Действительно, пусть число И всчетчике 28 имеет двоичное представление11 а афаак- Тогда в момент сравнения на сумматоре 29 имеемя аа - второй вход сумматора 29; 8+а ал - первый вход суммато "кра 29;1 - вход переноса сумматора 29;1000 - результат на выходесумматора 29(это верно для любого 1 , так кака;+а =1, =о, к).После обнуления счетчика 30 внего снова начинают поступать импульсы с генератора 33 до тех пор,пока снова не выполнится уСловиеравенства и он снова не будет. обнулен. При каждом таком обнулении содержимое счетчика 31 увеличиваетсяна единицу. Это продолжается дотех пор,пока не обнулится содержи -мое реверсивного счетчика 26, таккак в этом случае на его выходе заема появляется нулевой сигнал, закрывающий схему 32 совпадения,Таким образом, происходит деление числа И , находяшегося в реверсивном счетчике 26, на число Б изреверсивного счетчика 28 путем последовательного вычитания Иа из М 4.Следовательно, на момент обнуленияреверсивного счетчика 26 в счетчике 31 записана целая часть числа(8)Сравнивая выражение (8) с алгоритмом вычисления плотности (7) можно сделать вывод, что они совпадаютс точностью до постоянного множитеРэля. При Б= - и линейном преобразователе 20 зти выражения совпадают,и в счетчике 31 в конце четвертоготакта находится текущее значение измеряемой плотности. По заданномуфронту импульса с четвертого выходадешифратора 19 одновибратор 34 формирует короткий импульс, сбрасывающий реверсивные счетчики 26 и 28 внуль и приводящий всю схему вычислительного устройства 13 в исходноесостояние.Предлагаемое устройство позволит повысить точность измеренияплотности жидкости на потоке в широком диапазоне изменения плотностей при длительной эксплуатации устройства в реальных производственныхусловиях беэ настройки и коррекции. В предлагаемом устройстве результат измерения не зависит от состояния объекта измерения, то естьуровня контролируемой жидкости, избыточного давления над жидкостью,расхода воздуха в Линии, а такжесостояния дифманометра, Его характеристики могут смещаться и деформироваться в процессе длительной эксплуа-тации устройства, однако за времятрех измерений его состояние остаетсяпрактически неизменным. Следовательно, дифманометр и все устройства вцелом не требуют периодической настройки и коррекции, так как результатизмерения не зависит от их текущихпараметров. формула изобретения Пневмометрическое. устройство для измерения плотности жидкости, содержащее блок питания сжатым воздухом, соединенный пневмолиниями с двумя основными и одной дополнительной измерительными трубками, погруженными в емкость для контролируемой жидкости на разную глубину, компенсатор балластного давления и дифманометр, подключенный к пневмолиниям основных измерительных трубок, причем плюсовая камера его подключена непосредственно, а минусовая - через компенсатор балластного давления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения путем автоматической коррекции статической характеристики дифманометра при длительной эксплуатации устройства, оно дополнительно снабжено устройством управления, вычислительным устройством, двумя нормально открытыми пневмоклапанами, включенными в плюсовую О и минусовую пневмолинии основных измерительных трубок, двумя нормально закрытыми пневмоклапанами, первый из которых включен в пневмолинию дополнительной трубки, а второй - в пнев молинию с компенсатором балластногодавления причем последний включен в минусовую пневмолинию байпасно нормально открытому пневмоклапану, при этом первый вход вычислительного.уст ройства подключен к выходу дифманометр, второй вход - к первому выходу устройства управления и входам управления нормально открытого и нормально закрытого пневмоклапанов, 25 включенных в плюсовую пневмолинию, атретий вход вычислительного устройства соединен с входами управления нормально открытого и нормально закрытого пневмоклапанов, включенных в ми нусовую пневмолинию, и вторым выходом устройства управления.1245942 От диарио иер 1город, ул. Проектная,изводственно-полиграфическое предприяти 34 Тирам 77 ПИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5