MXPA99003265A - Densitometro - Google Patents

Abstract

Se presenta un densitometro (10) que incluye un pleno de muestreo de gas (40) que esta conectado a un tubo de suministro de gas (26) pormedio de un ducto de entrada de flujo restringido (42) al pleno de muestreo (40) que cuando menos parcialmente estáaislado y amortiguado contra choques y ruidos, turbulencias y cambios de presión abruptos en el suministro de gas. Un alabe en voladizo (110) esta colocado en el pleno de muestreo (40) para la determinación de la densidad de gas a base del principio de la frecuencia resonante del alabe (110) que es una función de la densidad del gas en el pleno de muestreo (40). La frecuencia resonante del alabe (110) en el gas se determina al aplicar un campo magnético generado por un ensamble impulsor (120) contra el alabe (110) y detectar la frecuencia resonante con un detector de vibración (117) que esta conectado al ensamble impulsor (120) en un circuito cerrado de fase.

Description

DENSITOMETRO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN: Esta solicitud de patente incorpora por referencia la presentación completa de la descripción en las patentes estadounidenses No 5, 564,306 concedida 15 octubre 1996, y No 5, 238, 030 concedida 24 de Agosto 1993. Esta invención se refiere en lo general a dispositivos para medir la densidad y mas específicamente a un método y aparato para medir la densidad de un gas compresible sobre la base del tiempo real . Existen muchas razones para medir la densidad de un gas comprimible que fluye. Un ejemplo es al proveer y medir el gas natural comprimido (CNG) en un tanque del vehiculo del consumidor en el punto de venta. Como se explica en la patente estadounidense 5, 238, 030 que se incorpora po referencia, la tasa de flujo de masa del gas natural puede medirse bastante exactamente con un medidor de flujo de masa que comprende una tobera sónica. A una temperatura y presión dadas del gas en la entrada de una tobera sónica, esto es una tober en donde el fluido sea estrangulado, la tasa de flujo de mas en el gas que fluye a través de la tobera permanece constante independientemente de variaciones de presión corriente abajo de la tobera. Por lo tanto conociendo alguna información acerca d la tobera sónica especifica que se utiliza incluyendo el coeficiente de descarga Cd y el área transversal de la gargant de tobera At, al medir la presión de partida Po y la temperatura To del gas inmediatamente corriente arriba de la tobera sónica y conociendo la tasa de calor especifico k y la constante universal R del gas, la tasa de flujo de masa m del gas que fluye a través de la tobera puede determinarse de acuerdo a la relación: Sin embargo el gas natural no tiene siempre la misma composición molecular, asi no tiene siempre la misma relación de calor especifico k, que puede variar. Consecuentemente la tasa de flujo de masa m en sus determinaciones de acuerdo con la relación anterior no es siempre muy exacta., si la tasa de calor especifico k se supone constante cuando en realidad cambia. El surtidor de flujo de tobera sónica modificado para gas natural comprimido (GNC) descrito en la patente US 5, 556,306 concedida 15 octubre 1996, que se incorpora por referencia, provee un método y aparato para determinar la relación k de calor especifico del gas natural a base del tiempo real en que el gas natural fluye a través de la tobera sónica. En esta invención la relación de calor especifico k se determina en función de la proporción de una presión de gas Pi por el lado interior de la tobera a la presión Po inmediatamente corriente arriba de la tobera. La tasa de flujo de masa m puede entonces determinarse al medir la densidad Rho del gas natural a la presión estancada Po inmediatamente corriente arriba de la tobera sónica y luego calculando la tasa de flujo de masa m como una función de la densidad Rho, la relación de presión (Pi/Po) y la relación de calor especifico k. Hay un numerosos densímetros buenos que pueden usarse para determinar la densidad Rho del gas natural con el propósito de calcular la tasa de flujo de masa en los surtidores de GNC como se describe anteriormente o para otros propósitos numerosos. Sin embargo, tal estado de la técnica en los densitometros que producen medidas de densidad suficientemente exactas en base a un tiempo real para usarse en medidas exactas de tasa de flujo de masa en los surtidores de gas natural, donde se les cobra a los clientes para el gas natural de acuerdo a esas mediciones tienden a ser muy costosos y difíciles de instalar de una manera que midan la densidad del gas Rho con la presión Po estancada inmediatamente corriente arriba de la tobera sónica. Los requisitos de espacio, las fluctuaciones de presión y ruido, y los componentes del densitometro sensible hacen difícil y costoso obtener un medición exacta de la densidad de gas Rho, en esas circunstancias . Por lo tanto es un objeto de esta invención proveer un densitometro exacto, pero relativamente barato para medir l densidad del gas en la base del tiempo real . Es también un objeto de esta invención proveer u densitometro que pueda medir la densidad de un gas que fluye exactamente en un ambiente vibrante, turbulento y ruidoso. Un objeto mas especifico de esta invención es provee un densitometro que pueda medir la densidad del gas con un presión estancada en el tiempo real inmediatamente corriente arriba de una tobera sónica medidora de flujo en un surtidor de gas cuando el gas fluye a través del surtidor. Objetos adicionales, ventajas y características novedosas de la invención se establecerán en parte en l descripción que sigue, y en parte se harán evidentes para los técnicos por el estudio de lo que sigue. Los objetos y las ventajas pueden ser realizadas y alcanzadas por medio d instrumentos y combinaciones particularmente señaladas en la reivindicaciones . Para conseguir lo anterior y otros objetos, y d acuerdo con el propósito de la presente invención, el aparat para medir la densidad de una gas que fluye, de acuerdo con l presente invención, durante un tiempo real, incluye un plen de muestreo, conectado a una fuente de gas, un alabe montado e voladizo que se extiende dentro del pleno de muestra, medio impulsores colocados adyacentes al alabe para imparti movimiento vibratorio al alabe, y un detector de vibració conectado al alabe . Para conseguir lo anterior, y de acuerdo con el propósito de la invención, el método de esta invención para medir la densidad de un gas que fluye exactamente durante un tiempo real incluye desviar una parte de un flujo de gas desde la cámara de suministro del gas a través de un ducto interno a un pleno de muestreo, medir la densidad del gas en ei pleno de muestreo al detectar la frecuencia resonadora de un alabe en voladizo que se extiende dentro del pleno de muestreo, y hacer fluir el gas hacia afuera corriente abajo de la cámara de suministro de gas . El método incluye amortiguamiento de ruidos, turbulencias y cambios abruptos de presión al fluir el gas a través del ducto interno que tiene restricciones de tamaño . DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos anexos que se incorporan y forman parte de la especificación ilustran la modalidad preferida de la presente invención y conjuntamente con la descripción sirve para explicar los principios de la invención. En los dibujos: La Figura 1 es una vista isométrica de la caja de densitometro de la presente invención en combinación con dos medidores de flujo de masa de surtidor de gas de toberas sónicas montados en la caja; La Figura 2 es una vista en elevación frontal de l caja del densitometro de la Figura 1; La Figura 3 es una vista en elevación del la caja de densitometro de la Figura 1; La Figura 4 es una vista en elevación trasera de la caja del densitometro de la Figura 1; La Figura 5 es una vista en corte transversal de la caja dé densitometro tomada a lo largo de la linea 5-5 de la Figura 3 que muestra al densitometro montado en la caja y a los medidores de flujo de masa de tobera sónica montadas en la caja; La Figura 6 es una vista en corte transversal de la caja de densitometro tomada a lo largo de la linea 6-6 de las figuras 2 y 4 mostrando al densitometro y al impulso montado en la caja; La figura 7 es un diagrama de bloque funcional del circuito de retroalimentación que conecta al alabe y al ensamble impulsor de la Figura 6; y La Figura 8 es un diagrama de bloque esquemático del diagrama de bloque funcional de la figura 7. Un aparato densitometro 10 de acuerdo a la presente invención se muestra en la Figura 1 conectado a un tubo de suministro de gas natural comprimido (GNC) 26, desde donde fluye gas al aparato medidor de densidad 10 como se indica por la flecha 11. Dos tubos proveedores separados de gas 90,92 se ilustran conectados a su respectivos primeros ensambles medidores 70 de tobera sónica y un ensamble de medición 80 segundo de tobera sónica, como se usaría en un sistema surtidor de gas natural que esta configurado para proveer gas natural en dos tanques de vehículo diferentes ( no mostrados) o usos similares. Tales surtidores de gas natural que utilizan medidores de flujo de tobera sónica se describen con mayor detalle en la patente U.S. 5, 238, 030 y en la U.S. 5, 564,306 concedida el 15 de octubre de 1996, aunque estructuras surtidoras de gas natural especificas no son esenciales para la presente invención. Y por lo tanto tales aparatos surtidores como válvulas, controladores, tanques de vehículo y otros componentes de tales sistemas no se muestran o describen en esta especificación. Sin embargo debido a que el aparato densitometro 10 es particularmente útil con medidores de flujo de tobera sónica como se describe en la U.S. 5, 564, 306 concedida el 15 de octubre 1996, los ensambles de edición de tobera sónica 70, 80 se muestran y describen en términos generales como una ayuda para el entendimiento de la estructura y ventajas de esta invención . Como se muestra en las Figuras 1-4, el aparato densitometro 10 incluye una caja 12, que puede pero no tiene que estar, formada como un solido rectangular con un lado frontal 14, un lado trasero 16, extremo izquierdo 18, extremo derecho 10, cubierta 22, fondo 24. Entonces, refiriéndonos primeramente a las Figuras 5 y 6 en combinación con las Figuras i-4, gas, tal como gas natural comprimido (GNC) desde el tubo de suministro 26 fluye a una perforación grande de cabezal distribuidor 30. Un primer pleno estancado y un segundo pleno estancado 34 están conectados al distribuidor múltiple 30 de modo que el gas fluye desde la perforación de tubo múltiple 30 a los plenos 32, 34 como se indica por las flechas respectivas 33, 35. Cuando las válvulas no mostradas se abren para surtir gas desde uno de los tubos surtidores 90, 92 el gas fluye desde los pleno estancados 32, 34 a través del primer ensamble medidor 70 de tobera sónica y /o el segundo ensamble 80 medidor de tobera sónica a las salidas respectivas 90, 92 y a un receptáculo ( no mostrado) adecuado como se indica por las flechas respectivas 37, 39. Como se describe con mayor detalle en la US 5,, 238 030 y en la solicitud 08/248,689 cuando hay una proporción de presión elevada suficiente entre la presión estancada P0 en el pleno 32 o 34 corriente arriba de la tobera 72 o 82 y la presión Pl corriente abajo en la tobera respectiva 72 o 82 , el gas que fluye a través de la tobera 72 o 82 es estrangulado. En tal estado estrangulado o de flujo crítico, la tasa de flujo de masa permanece constante para una presión corriente arriba dada Po y la temperatura del gas To, independientemente de las variaciones en la presión corriente abajo Pl . Cada tobera 72, 83 tiene una garganta respectiva 75, 85 entre la sección convergente respectiva 78, 83 y la sección divergente respectiva 74, 84.

Como se explica también en la U.S. 5, 564, 306 expedida 15 octubre 1996, mediciones mas exactas de la tasa de flujo de masa m de un gas natural que fluye que varia en composición molecular pueden hacerse usando primero una presión Pl medida cerca de la garganta 75 o 85 de la tobera sónica 72 o 82 en una condición de flujo estrangulado junto con la presión estancada corriente arriba Po, el área transversal Al de la tobera 72 o 82 donde la presión ?P1 es medida y la sección transversal At de la garganta 75 o 85 para determinar la proporción de calor especifico k del gas desde la formula y luego usar la relación de calor especifico k y la densidad Rho del gas a la presión Po junto con la presión Po y Pl y la sección transversal Al para determinar la tasa de flujo de masa m de acuerdo con la formula La densidad Rho a la presión Po corriente arriba de las toberas 72, 82 para usarse en determinar la tasa de flujo de masa puede determinarse de acuerdo con la invención por el ensamble medidor de densidad 100 como se aprecia mejor en las Figuras 5-6. El ensamble medidor de densidad 100 comprende una alabe 110 que se extiende en un pleno de muestreo 40, un ensamble impulsor 120 para impartir movimiento vibratorio al alabe 110 y un detector de vibración 117 para detectar el movimiento vibratorio del alabe 110. Como se explica con mayor detalle, la densidad rho del gas en el pleno de muestreo 40 afecta a la frecuencia fr de resonancia del alabe 110. Por lo tanto la densidad Rho del gas en el pleno de muestreo 40 puede determinarse como una función de la frecuencia de resonancia fr del alabe 110, que puede detectarse con el detector de vibración 117. Si la densidad Rho del gas en el pleno de muestreo 40, cambia, la frecuencia de resonancia del alabe 110 también cambiará y el cambio puede detectarse por el detector de vibración 117 y un circuito eléctrico apropiado que se describirá con mayor detalle. Como se ha mencionado, si la densidad Rho del gas ha de usarse en la determinación de la tasa de flujo de masa m en el gas que fluye a través de la primera tobera sónica 72 o la segunda 82 de acuerdo a la ecuación (2) , la densidad Rho ha de medirse a la misma presión Po que el gas en el pleno estancado respectivo 32 o el segundo pleno estancado 34. En condiciones ideales donde no hay ruido, vibraciones extrañas, turbulencia o deposiciones en el gas o el tubo de gas, un aparato para medir la densidad muy sensible puede colocarse directamente en la cámara de distribuidor múltiple 30 en uno o ambos de los plenos 32, 34 para obtener una medición de densidad exacta Rho en la presión estancada Po inmediatamente corriente arriba de la tobera sónica 72 o 82. Sin embargo tales condiciones calmadas raramente existen especialmente por ejemplo, en aplicaciones de surtir gas natural comprimido (GNC) . El alabe 100 montado en voladizo con su extremo cercano 111 anclado rígidamente en el anillo de montaje 101 y su extremo distante 112 libre para moverse, como se muestra en las Figuras 5 y 6, es una estructura simple para vibrar. También es muy sensible a los cambios en densidad del ambiente gaseoso en donde esta, y los valores constantes del alabe en voladizo se fijan por las características físicas del material del alabe, tales como composición, forma tamaño y otros atributos físicos, valores que se necesitan para determinar la densidad Rho desde las mediciones de vibración del alabe, son relativamente fáciles de determinar empíricamente . La estructura del alabe en voladizo tiene la sensibilidad y exactitud necesarias para tal tasa de flujo de masa m como se describe anteriormente para el surtidor de gas natural y otras aplicaciones de la medición de la densidad del gas con aproximadamente un costo que es la sexta parte de otros medidores de densidad disponibles que tengan suficiente sensibilidad y exactitud para esta aplicación. Sin embargo, una estructura de alabe en voladizo no es adecuada para usarse en medidas de flujo de gas en un ambiente que esté sometido a un ruido frecuente e importante, vibraciones extrañas y resonancias del sistema, turbulencia, deposiciones y similares. Tales condiciones extrañas que son comunes en los sistemas de surtir gas natural, pondrían al alabe en voladizo en una condición inestable en donde seria imposible detectar y medir vibraciones exactas indicativas de la densidad de gas Rho. Por lo tanto para propósitos de la invención, el pleno de muestreo 40 esta provisto con el alabe en voladizo 110 en un ambiente que tiene la misma presión corriente arriba Po y la densidad Rho que el gas en los plenos de estancamiento 32, 34 pero que esta suficientemente aislado de los ruidos, vibraciones extrañas y resonancias del sistema, turbulencia y deposiciones en el flujo de gas normal para evitar inestabilidades en el alabe 110 que haría imposible o impráctica la detección de la frecuencia de resonancia fr, cambios que son indicativos de la densidad de gas Rho. Este pleno de muestreo 40 de la invención tiene la característica importante de que contribuye a la factibilidad de usar un alabe en voladizo 110, confiable, exacto, barato y simple para las determinaciones de la densidad Rho del gas, en las aplicaciones de surtidor de gas natural . El pleno de muestreo 40 como se muestra en las Figuras 5, 6 esta taladrado en una caja 12, preferentemente, pero no necesariamente, entre el primer pleno 32 y el segundo pleno 34 estancados, y preferiblemente, pero no necesariamente, en la cercanía al taladro dispensador múltiple 30. Un ducto de entrada de muestra de diámetro muy pequeño 42 conecta el pleno de muestreo 40 al dispensador múltiple 30, de modo que una muestra pequeña de gas fluye por el distribuidor 30 y se desvía por el ducto 42 al pleno de muestreo 40, como se indica por las flechas 64, 65, 66 . Un primer conducto de salida 45 se provee para conducir el gas desde el pleno de muestreo 40 al primer pleno estancado 32, como se indica por las flechas 66, 67 y un segundo conducto de salida 47 esta provisto para conducir el gas desde el pleno de muestreo 40 al segundo pleno de muestreo 34, como se indica por las flechas 68, 69. Un pequeño diámetro tiene el primer ducto de salida 44 que conecta el primer conducto de salida 45 al pleno de muestreo 40, y un ducto de salida de diámetro pequeño 46 conecta el segundo conducto de salida 47 al pleno de muestreo 40. El flujo de gas a través de plenos estancados 32, 34 indicado por las flechas 33, 35 en la Figura 5 tiende a jalar el flujo de gas a través del pleno de muestreo 40 y los conductos de salida 45, 47 de acuerdo con el principio de Bernoulli, que mantiene a la muestra de gas en ei pleno de muestreo 40 renovada y substancialmente con la misma composición y temperatura con la que el gas fluye a través de los plenos estancados 32, 34. Sin embargo los pequeños tamaños del ducto de entrada 63 y los ductos de salida 44, 46 en relación a la cámara de distribución múltiple 30 a los plenos de estancamiento 32, 34 son efectivas para amortiguar o disminuir las intensidades y fluctuaciones debidas a la turbulencia, ondas de choque o ruidos, y los cambios de presión repentinos que ocurren en el flujo de gas en la cámara 30 y en los plenos de estancamiento 32, 33 antes de que alcancen el pleno de muestreo 40 donde podrían afectar adversamente las estabilidades vibracionales del alabe 110. Sin embargo, el ducto de entrada 42, y los ductos de salida 44, 46 no son tan pequeños como para crear una presión diferencial importante entre el pleno de muestreo 40 y los plenos de estancado 32, 34, de modo que la presión en el pleno de muestreo permanece la misma que la presión Po en los plenos estancados 32, 34 corriente arriba de las toberas sónicas 72,82. Por lo tanto las mediciones de densidad de gas Rho por el alabe 110 en el pleno de muestreo 40 se hacen virtualmente a ia misma presión Po en los plenos de estancamiento 32, 34 inmediatamente corriente arriba de las toberas sónicas 72 , 82 lo cual se requiere para las mediciones exactas de ia tasa de flujo de masa m de acuerdo a la ecuación (2) como se ha descrito. En general cada pleno de estancamiento 32, 34 tiene que ser lo suficientemente grande para que la presión Po sea suficientemente una presión estancada mas bien que una presión de fluido, aun cuando el gas obviamente fluye a través de cualquier pleno de estancamiento 32, 34 desde la cámara de distribución 30 a las toberas sónicas 72, 82. Para que el gas que fluye a través de cada pleno de estancamiento 32, 34, vaya suficientemente lento para tener una presión estancada Po en vez de una presión fluyente, las recomendaciones de ASME/ ANSÍ son que cada pleno estancado debe tener un diámetro de cuando menos cuatro ( 4) veces el diámetro de la garganta, el pleno de muestreo 40 tiene que ser grande para acomodar el alabe 110 y suficientemente grande en relación al ducto de entrada 42 y a los ductos de salida 44, 46 para básicamente aislar la muestra de gas en el pleno de muestreo de los ruidos, golpes y fluctuaciones vibratorias rápidas, turbulencias y deposiciones como se ha explicado, pero no tan grande en relación al ducto de entrada 42 y a los ductos de salida 44, 46 que la composición de la muestra de gas en el pleno 40 cambie demasiado lentamente para poder representar al gas que fluye a través de las toberas sónicas 72 , 82. Un pleno de muestreo 40 con un volumen en el margen de cuando menos 25 a 75% del volumen de un pleno estancado 32, 34 (preferiblemente de aproximadamente 50%) . Una relación del volumen Vs del pleno de muestreo 40 al área transversal Ai del ducto de entrada 42 en el margen de 50:1 a 200:1 (preferiblemente 125:1) con el área transversal de cada ducto de salida 44, 46 es aproximadamente la misma que Ai, es suficiente para ese propósito. Por ejemplo, pero sin limitación, la cámara de distribución múltiple 30 puede tener un diámetro aproximado de 5.08 cm y aproximadamente 19.42 cm de largo, cada pleno estancado 32, 34 puede tener de diámetro 3.4925cm y aproximadamente 5.08 cm de hondo; el pleno de muestreo 40 puede ser de un diámetro de 2.54 cm y de 6.35 cm de hondo. Cada conducto de salida puede ser de aproximadamente 0.92cm de diámetro y de aproximadamente 3.85 de largo, el ducto 42 puede tener un diámetro de 0.l5cm y aproximadamente 0.32 cm de largo. En esta clase de estructura y ambiente de flujo de gas, hay una diferencial de presión muy ligera ( unas cuantas pulgadas de agua) entre el pleno de muestreo 40 y los plenos estancados 32, 34, que es suficiente para crear suficiente flujo de gas a través del pleno 40 y quedando muy representativo del gas que fluye por los plenos 32, 34. Sin embargo una cuantas pulgadas de agua ( una fracción de libra por pulgada cuadrada) en muy insubstancial en relación a los varios miles de libras por pulgada cuadrada que es la presión normal del gas. Por lo tanto, la presión medida Po en el pleno 40 es básicamente la misma que la presión Po medida en los plenos estancados 32, 34. El alabe 110 esta hecho preferiblemente, pero no necesariamente, de un material para el cual el modulo de elasticidad sea independiente de la temperatura, de modo que la frecuencia resonante sea una función de la densidad Rho del gas en el pleno de muestreo 40, pero independiente de la temperatura. La aleación metálica NiSPAN 3 es tal material, y cuando el alabe 110 esta hecho de NÍSPAN3 , se vuelve el medir la densidad Rho del gas al medir la frecuencia de resonancia fr del alabe 110, un asunto relativamente fácil. En lo general la frecuencia resonante fr del alabe 110 se relaciona con la densidad Rho del gas en el pleno de muestreo 40 alrededor del alabe 110 por un polinomio de segundo grado de la fórmula Rho = A + BP + CP2 (3) donde p es el período de oscilaciones o ciclos de vibraciones y A, B y C son constantes que están relacionadas a la composición, forma y tamaño . El período P del movimiento vibratorio es la inverso de la frecuencia, por lo tanto, cuando la densidad del gas aumenta, la frecuencia resonante fr del alabe 110 disminuye y pasa también lo contrario de acuerdo a la relación 0 ^ fr (4) Por ejemplo con un alabe de aleación NÍSPAB3 110 como se describe anteriormente con un ancho de aproximadamente 0.500 pulgada, y grueso de aproximadamente 0.015 pulgadas y una longitud en voladizo de 1.250 pulgadas la frecuencia resonante fr es de aproximadamente 2,000 hz en el vacío pero con una presión de gas de aproximadamente 3000 libras por pulgada cuadrada, la frecuencia resonante fr es de aproximadamente 1500 Hz . En el flujo dei gas natural comprimido en una operación de surtido típica, la frecuencia de resonancia fr es usualmente de 1750 Hz y únicamente varia alrededor de 200hz cuando la presión del gas esta en el margen de 1000 a 5000 libras por pulgada cuadrada. Como se ve mejor en las Figuras 5 y 6, el alabe 110 está preferiblemente pero no necesariamente, sobre un voladizo longitudinalmente a lo largo de un eje longitudinal 119 de una base en forma de copa 113. Esta base 113 está anclada en un anillo de montaje de alabe 101, al insertar la base fijadora 113 en un taladro 102 que se extiende a través del anillo de montaje 101. Un taladro de guía 105 desplazado lateralmente del taladro 102 en el anillo de montaje 101 esta adaptado para recibir un pasador de guía 104 que sobresale desde ia superficie superior 22 de la caja 12 para asegurar que el alabe 112 está montado con una orientación adecuada con respecto al ensamble impulsor 120, como se explicará con mayor detalle. Un retenedor 106 está colocado sobre el anillo de montaje 101 para fijar el anillo de montaje 101 y el alabe en su lugar en la caja 12. Cualquier dispositivo fijador adecuado tal como pernos ( no mostrados ) soldadura, u otro dispositivo puede usarse para fijar el retenedor 106 a la caja, como conocen bien los técnicos . El detector vibrador 117, tal como un cristal piezoeléctrico, medidor de esfuerzo, u otro sistema detector vibrador adecuado, está montado preferiblemente sobre una porción mas delgada o debilitada 116 de la base 113 que se crea por un receso 115 en el interior de la base en forma de copa 113 hacia el extremo próximo 11 del alabe 110. La porción debilitada 116 acomoda el esfuerzo o flexión en esa porción de la base 113 desde el movimiento del alabe 110, mejorando la detección de vibración por el detector 117. El detector de vibración 117 es un cristal piezoeléctrico adherido a la porción debilitada 116. Se prefiere que el detector de vibración este montado desplazado a un lado de la linea central o eje longitudinal 119 del alabe 110 para una detección óptima de esfuerzo o flexión ocasionado por el movimiento o movimiento vibratorio del alabe 110. Se imparte movimiento vibratorio al alabe 110 por un ensamble impulsor 120 colocado adyacente al alabe 110 en el pleno de muestreo 40. Como se aprecia en la Figura 6, el ensamble impulsor 110 comprende un manguito roscado alargado 121 insertado a través del taladro 125 en la caja 12 que se extiende desde el lado trasero 16 dentro del pleno de muestreo . Una bobina electromagnética 122 montada en el extremo de una férula 123 en el manguito 121 esta colocada en la proximidad de la superficie ancha 128 del alabe 110. Una corriente oscilatoria aplicada a la bobina 122 por medio de los alambres 124 induce un campo magnético oscilante que interactúa con el alabe 110 para ocasionar que el mismo vibre . Un detector de señal eléctrica y un circuito de retroalimentación preferiblemente un circuito de fase cerrado, detecta la frecuencia resonante fr del alabe 110 e impulsa ia corriente eléctrica en la bobina a oscilar en la frecuencia resonante fr. Puesto que la frecuencia resonante fr es una función de la densidad Rho del gas en el pleno de muestreo 40 que rodea al alabe 110, la frecuencia resonante se usa para determinar la densidad Rho del gas . Como se ha discutido previamente, la frecuencia resonante fr del alabe 110 esta relacionada con la densidad del gas en el pleno de suministro. Por lo tanto, con el objeto de determinar la densidad del gaseen el pleno de muestreo 40, la frecuencia resonante fr del alabe 110 debe determinarse primeramente. Cuando el alabe 110 vibra, las vibraciones son detectadas por el detector de vibración 117 conectado al alabe 110. El detector de vibración 117 genera una señal eléctrica por los alambres 118 que representa la frecuencia de las vibraciones del alabe 110. La frecuencia de resonancia fr del alabe 110 se determina aplicando un campo magnético al alabe 110 el campo magnético es generado por el ensamble impulsor 1200 Cuando la frecuencia del campo magnético creado por el ensamble impulsor 120 y aplicado contra el alabe 110 es tal que es igual a la frecuencia resonante fr de las vibraciones del alabe 110, la amplitud de las vibraciones del alabe 110 llega a un A un máximo y como resultado, la amplitud de la señal eléctrica generada en los alambres 118 por el detector de vibración 117, será máxima. Un cambio en la frecuencia de resonancia fr en el alabe 110 en relación al cambio en la densidad del gas en el pleno de suministro 40 es fácil de medir, por lo tanto, y cualesquiera cambios en la densidad del gas en el pleno de suministro 40 puede detectarse casi inmediatamente y exactamente al detectar el cambio en la frecuencia de resonancia f del alabe 110. El alabe 110 y el ensamble impulsor 120 están conectados entre si en un circuito de retroalimentación tal que, esencialmente la frecuencia de la señal eléctrica en los alambres 118 generada por el detector de vibración 117, se compara contra la frecuencia de la señal eléctrica en los alambres 124 que energiza el ensamble impulsor 120. La frecuencia de la señal eléctrica en los alambres 124 se ajusta por el circuito de retroalimentación hasta que es igual a la frecuencia de la señal eléctrica en los alambres 118. La frecuencia de la señal eléctrica en los alambres 118, está generalmente entre 1550 Hz y 1,950 hz, se mide entonces y se usa con las ecuaciones provistas anteriormente para determinar la densidad del gas en el pleno de muestra 40. Refiriéndonos a la Figura 7, la operación general del circuito de retroalimentación conectado al alabe 110 y el ensamble impulsor 120 se discutirá con detalle. Las vibraciones del alabe 110 creadas por el gas en el pleno de muestreo 40 ocasionan que el detector de vibración 117 produzca una señal de voltaje de onda senoidal en los alambres 118. La señal de voltaje creada por el detector 117 en los alambres 118 es una señal de entrada al filtro de paso inferior / amplificador 200. La señal de salida de voltaje senoidal del amplificador 200 sobre el conducto 201 es una señal de entrada al filtro de seguimiento de frecuencia 199 que provee una señal de voltaje senoidal de entrada al amplificador, filtro/ filtro de paso bajo 202 en el conducto 224, como se discutirá con mas detalle. La señal de voltaje senoidal de salida desde el amplificador 202 en el conducto 20-3 es una señal de entrada al convertidor 204 que convierte la señal de onda senoidal en el conducto 203 a una señal de voltaje de onda cuadrada en el conducto 205. Esta señal en el conducto 205 es una entrada de señal al circuito impulsor de imán 206 que activa un interruptor en el circuito 206 que provee una señal de voltaje en los alambres 124 que energiza al ensamble impulsor 120, y como resultado da el campo magnético al alabe 110. La señal de voltaje de onda cuadrada en el conducto 205 también es una señal de entrada al circuito impulsor 208 que divide la frecuencia de la señal de voltaje sobre el conducto 205 entre veinte. Puesto que la frecuencia de la señal eléctrica en el conducto 205 es generalmente de 1750 hz con mas o menos 200Hz ( esto es 1550 y 1950 hz) , la frecuencia de la señal de voltaje en el conducto 210 varia alrededor de 87. 5 Hz . La reducción de frecuencia se usa para ayudar al comparador de fase 212 y al oscilador controlado de voltaje 214 para bloquear la frecuencia de la señal de voltaje creada por el alabe 110. La señal de voltaje de salida del circuito divisor 208 sobre el conducto 210 en una señal de entrada al comparador de fase 212. Este comparador 212, el oscilador controlado de voltaje 214, y el circuito divisor 216, trabajan conjuntamente como un circuito de bloqueo de fase para crear una señal de referencia sobre el conducto 217. La señal de voltaje de salida del oscilador 214 sobre el conducto 217 tiene una frecuencia que varia aproximadamente 175,000Hz. El circuito divisor 216 divide la frecuencia de la señal de voltaje sobre el conducto 217 por dos mil y produce una señal de voltaje en el conducto 222 que es una señal de entrada al comparador de fase 212. Por lo tanto las señales de frecuencia en tanto el conducto 210 como el conducto 22 son de aproximadamente 87.5 Hz . La señal de voltaje de salida desde el oscilador controlado 214 sobre el conducto 217 también es una señal de referencia de entrada al filtro seguidor de frecuencia 199. Este filtro 199 usa y compara las señales de voltaje sobre los conductos 201, 217 para crear la señal de entrada al filtro de paso bajo/ amplificador 202 en el conducto 224, como se ha discutido. Un diagrama esquemático ejemplar del diagrama de bloque funcional de la Figura 7, se provee en la Figura 8. Aunque se muestra al impulsor como un electro-imán en la modalidad preferida, cualquier excitador que imparta energía al alabe para inducir la vibración puede trabajar con esta invención. Asi aunque se prefiere el detector de frecuencia resonante en circuito bloqueado de fase y un circuito impulsor, otros tipos de detección y circuitos impulsores, tales como barrido de frecuencia y circuito detector de amplitud de cumbre para detectar la frecuencia resonante del alabe similares a los descritos en la U.S. 4. 679, 947 que se incorpora por referencia, pueden usarse. La descripción anterior se considera ilustrativa de los principios de la invención, ya que muchas modificaciones son evidentes para los técnicos, no se desea limitar la invención a la construcción exacta que se ha presentado.

Claims (29)

1. REIVINDICACIONES 1. -Aparato densitometro para usarse en combinación con un medidor de flujo de masa para medir la densidad del gas que fluye desde un suministro de gas a través del medidor de flujo de masa, el aparato para medir la densidad comprende : un pleno estancado colocado entre el suministro de gas y el medidor de flujo de masa, el pleno estancado tiene un volumen; un pleno de muestreo colocado adyacente al pleno estancado y que tiene un volumen que es cuando menos 25% tan grande como el volumen del pleno estancado; una entrada de gas conectada al pleno de muestreo en una relación de flujo de fluido con el suministro de gas y que tiene un área transversal de un tamaño tal que la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de entrada de gas no es menor de aproximadamente 50:1; una salida de gas que se extiende en relación de flujo de fluido entre el pleno de muestreo y el pleno estancado corriente arriba de la entrada de gas, la salida de gas tiene un área transversal de un tamaño tal, que una proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de salida de gas no es menor de aproximadamente 50: 1; y un miembro vibrador colocado en el pleno de muestreo, un impulsor de vibración adyacente al miembro de vibración y un detector de vibración adyacente al miembro de vibración.
2. 2. -El aparato densitometro de . acuerdo con la reivindicación 1, que incluye un distribuidor múltiple de suministro de gas y en donde el pleno estancado y la entrada de gas están conectados en una relación de flujo de fluido al distribuidor múltiple.
3. 3. - El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la proporción del volumen de pleno de muestreo al área transversal de la entrada de gas no es mayor de 200:1 y en donde la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de la salida de gas no es mayor de 200:1, aproximadamente
4. 4. -Ei aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 3 , en donde la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de la entrada de gas es de aproximadamente 125:1.
5. 5. - El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la proporción del volumen dei pleno de muestreo al área transversal de la salida de gas es de aproximadamente 125 : 1.
6. 6. - El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el volumen del pleno de muestreo esta en un margen de aproximadamente 25 a 75 % del tamaño de volumen del pleno estancado .
7. 7. -El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el volumen del pleno de muestreo es aproximadamente 50% tan grande como el volumen del pleno estancado .
8. 8. -El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación l, donde el miembro de vibración incluye un alabe alargado que está montado en voladizo en el pleno de muestreo con un extremo próximo del alabe fijado y un extremo lejano del alabe libre para moverse.
9. 9. -El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el extremo cercano del alabe alargado esta anclado a una base en forma de copa montada en un extremo del pleno de muestreo de manera que el alabe se extienda dentro del pleno de muestreo.
10. 10. - El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la base en forma de copa tiene una porción que es mas delgada que las otras porciones de la base en forma de copa y el extremo cercano del alabe esta anclado en esa porción mas delgada.
11. 11. - El densitometra de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el detector de vibrador incluye un cristal piezoeléctrico adherido a la porción mas delgada.
12. 12. - El densitometro de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el alabe alargado tiene un eje longitudinal y el cristal pizoeléctrico esta adherido a la porción mas delgada desplazado a un lado del eje longitudinal.
13. 13.- Aparato medidor de gas, que comprende: una tobera sónica con una sección convergente a una garganta que tiene un diámetro de garganta y con una sección divergente que diverge desde la garganta; un pleno estancado en comunicación de flujo de fluido con un suministro de gas, el pleno estancado tiene un volumen que esta dispuesto entre la sección convergente de la tobera sónica y el suministro de gas, el pleno estancado tiene un diámetro que es cuando menos cuatro veces mayor que el diámetro de la garganta; un pleno de muestreo colocado adyacentemente al pleno estancado y que tiene un volumen que es cuando menos 25% tan grande como el volumen del pleno estancado; una entrada de gas conectada al pleno estancado en una relación de flujo de fluido con el suministro de gas y que tiene un área transversal que tiene un tamaño tal que la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de entrada del gas no es menor de aproximadamente 50:1; una salida de gas que se extiende en una relación de fluido entre el pleno de muestreo y el pleno estancado corriente arriba de la entrada de gas, la salida de gas tiene un área transversal de un tamaño tal que la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de la salida de gas no es menor que aproximadamente 50: i; y aparato medidor de la densidad del gas colocado en el pleno de muestreo .
14. 14. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 13, incluyendo un distribuidor múltiple de suministro de gas y en donde el pleno estancado y la entrada de gas están conectados en relación de flujo de fluido al distribuidor múltiple .
15. 15. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 13 en donde la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de entrada de gas no es mayor que 200:1 y en donde la proporción del volumen de pleno de muestreo al área transversal de salida de gas no es mayor que aproximadamente 200:1.
16. 16.- El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la proporción del volumen dei pleno de muestreo al área transversal de entrada de gas es de aproximadamente 125:1.
17. 17. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la proporción del volumen de muestreo al área transversal de salida de gas es de aproximadamente 125 : 1.
18. 18. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 13 , en donde el volumen del pleno de muestreo está en un margen de aproximadamente 25 a 75% en comparación al volumen del pleno estancado .
19. 19. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el volumen del pleno de muestreo es aproximadamente 50% tan grande como el volumen del pleno estancado.
20. 20.- El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el aparato medidor de densidad de gas incluye un alabe alargado que esta montado en voladizo en 1 pleno de muestreo con un extremo próximo del alabe fijado y un extremo distante del alabe libre para moverse .
21. 21.- El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el extremo próximo del alabe alargado esta anclado a una base en forma de copa montada en un extremo del pleno de muestreo de una manera tal que el alabe alargado se extiende dentro del pleno de muestreo .
22. 22. - El aparato medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 21, en donde la base en forma de copa tiene una porción que es mas delgada que las otras porciones de ia base en forma de copa y el extremo próximo del alabe esta anclado en esa porción mas delgada.
23. 23.- El medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el detector de vibración incluye un cristal piezoeléctrico adherido a la porción mas delgada .
24. 24. - El medidor de gas de acuerdo con la reivindicación 23, en donde el alabe alargado tiene un eje longitudinal y el cristal piezoeléctrico esta adherido a la porción mas delgada desplazado a un lado del eje longitudinal.
25. 25.- Aparato densitometro para usarse en combinación con medidores de flujo de masa para medir la densidad de gas que fluye desde un suministro de gas a través de los medidores de flujo de masa, el aparato densitometro comprende: un distribuidor múltiple conectado en relación de flujo de fluido al suministro de gas; un primer pleno estancado colocado en relación de flujo de fluido entre el distribuidor múltiple y un primer medidor de flujo de masa, el primer pleno estancado tienen un volumen; un segundo pleno estancado colocado en relación de flujo de fluido entre el distribuidor múltiple y un segundo medidor de flujo de masa, el segundo pleno estancado tiene un volumen; un pleno de muestreo colocado en relación de flujo de fluido entre el primer pleno estancado y el segundo pleno estancado y que tiene un volumen; una entrada de gas que se extiende en relación de flujo de fluido entre el distribuidor múltiple y la entrada de gas, la entrada de gas tiene una área transversal tal que una proporción del volumen del pleno de muestreo a área transversal de entrada de gas no es menor de 50:1. una primera salida de gas que se extiende en relación de flujo de fluido entre el pleno de muestreo y el primer pleno estancado, la primera salida de gas tiene una área transversal de tal tamaño que la proporción del volumen del pleno de muestreo al área transversal de la primera salida de gas no es menor que 50:1; una segunda salida de gas que se extiende en relación de flujo de fluido entre el pleno de muestreo y el segundo pleno estancado, la segunda salida de gas tiene un área transversal de un tamaño tal que una proporción del volumen de pleno de muestreo al área transversal de la segunda salida de gas no es menor de aproximadamente 50:1; y un miembro de vibración colocado en el pleno de muestreo, un impulsor de vibración adyacente al miembro de vibración y un detector de vibración adyacente al miembro de vibración.
26. 26.- Aparato medidor de densidad que comprende: A) un cuerpo que tiene i) una perforación de distribuidor múltiple que se extiende desde una primera cara sobre el cuerpo al cuerpo a lo largo del eje del distribuidor; ii) una primera perforación de pleno estancado que se extiende desde una segunda cara del cuerpo al cuerpo a lo largo de un eje del primer pleno estancado que intersecta el eje del distribuidor, la perforación del primer pleno estancado se extiende dentro del cuerpo una distancia suficiente para intersectar a la perforación del distribuidor; iii) una perforación del segundo pleno estancado se extiende desde la segunda cara dentro del cuerpo a lo largo de un eje del segundo pleno estancado que intersecta al eje del distribuidor, la perforación del segundo pleno estancado se extiende dentro del cuerpo durante una distancia suficiente para intersectar con la perforación del distribuidor; iv) una perforación del pleno de muestreo se extiende desde la segunda cara dentro del cuerpo a lo largo de un eje de pleno de muestro colocado entre el primer pleno estancado y el segundo pleno estancado, la perforación del pleno de muestreo no intersecta con la perforación del distribuidor múltiple; v) una perforación de entrada de gas que es menor que la perforación del pleno de muestreo se extiende desde la perforación del pleno de muestreo a la perforación del distribuidor múltiple; vi) una primera perforación de salida de gas se extiende entre la perforación del pleno de muestreo y la perforación del primer pleno estancado, la primera perforación de salida de gas es menor en diámetro que la perforación del pleno de muestreo y menor en diámetro que la perforación del primer pleno estancado; vii) una segunda perforación de salida de gas se extiende entre la perforación del pleno de muestreo y la perforación del segundo pleno estancado, la perforación de salida de gas segunda es menor en diámetro que la perforación del pleno de muestreo y menor en diámetro que la perforación del segundo pleno estancado; B) un primer medidor de flujo de masa montado en la segunda cara del cuerpo en relación de flujo de fluido con la perforación del primer pleno estancado; C) un segundo medidor de flujo de masa sobre la segunda cara del cuerpo en relación de flujo de fluido con la perforación del segundo pleno estancado; D) aparato medidor de densidad montado en la segunda cara del cuerpo y que se extiende dentro de la perforación del pleno de muestreo.
27. 27.- El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 26, en donde la perforación de pleno de muestreo tiene un volumen y la perforación de entrada de gas tiene una área transversal de un tamaño tal que una relación entre el volumen del pleno de muestreo y el área transversal de entrada de gas no es menor de aproximadamente 50:1.
28. 28.- Ei aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 27, en donde la perforación del primer pleno estancado tiene un volumen y el segundo pleno estancado tiene otro volumen, y además en donde el volumen de la perforación o taladro del pleno de muestreo es cuando menos un 25% del tamaño de la perforación del primer pleno estancado y cuando menos el 25 % de tamaño del volumen de la perforación del segundo pleno estancado.
29. 29.- El aparato densitometro de acuerdo con la reivindicación 28, en donde la primera perforación de salida de gas tiene un tamaño que le da un área transversal tal que una proporción del volumen de la perforación del pleno de muestreo al área transversal de la perforación de la primera salida de gas no es menor de 50:1, y en donde la segunda perforación de salida de gas tiene un tamaño que le da un área transversal tal, que una proporción del volumen de perforación del pleno de muestreo al área transversal de la segunda perforación de salida de gas no es menor de 50:1.