RU2045030C1

RU2045030C1 - Liquid density metering device

Info

Publication number: RU2045030C1
Authority: RU
Inventors: В.Л. Беляков; А.А. Абдулаев; А.А. Фаткуллин
Original assignee: Беляков Виталий Леонидович
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has tubular cavity and piezoelectric transducers arranged along its longitudinal axis at certain distance from each other and made as annular piezoelectric-crystal plates connected either to pulse generator or to ultrasonic detector. Tubular cavity is sealed on one end immersed in liquid vessel. One piezoelectric transducer connected through leads to detector is secured on inner surface of cavity at sealed end while other transducer connected through leads to generator is mounted on external surface of cavity above point of its fixation to vessel through insulating gasket. Similar plates are placed on both sides of annular piezoelectric- crystal plates, the latter and the former being glued together on end surfaces and stuck to cavity over cylindrical surface. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам для измерения качественных параметров преимущественно жидких сред и может быть использовано для измерения плотности нефти и нефтепродуктов. The invention relates to technical means for measuring the qualitative parameters of mainly liquid media and can be used to measure the density of oil and oil products.

Известен погружной камертонный плотномер, датчик которого выполнен в виде полой трубки с заглушенным концом, внутри которой размещен камертон, жестко соединенный своими концами с металлическими сердечниками, образующими две пары полюсных наконечников постоянных магнитов с катушками [1] Две пары полюсных наконечников постоянных магнитов и усилитель образуют систему, которая возбуждает в камертоне на собственной частоте незатухающие колебания. Усилитель усиливает электрические колебания, поступающие с одной пары катушек и подает их на другую пару. Сигналы от усилителя сравниваются со стандартной частотой от кварцевого генератора. Мерой плотности газов является разность между частотами кварцевого генератора и камертона, фиксируемая частотомером. Known submersible tuning fork densitometer, the sensor of which is made in the form of a hollow tube with a plugged end, inside which a tuning fork is placed, rigidly connected at its ends with metal cores forming two pairs of pole tips of permanent magnets with coils [1] Two pairs of pole tips of permanent magnets and an amplifier form a system that excites undamped oscillations in a tuning fork at its own frequency. The amplifier amplifies the electrical vibrations coming from one pair of coils and feeds them to another pair. The signals from the amplifier are compared with a standard frequency from a crystal oscillator. A measure of gas density is the difference between the frequencies of a quartz oscillator and a tuning fork, fixed by a frequency meter.

Однако точность данного плотномера (0,5%) недостаточна, если использовать его при проведении учетно-расчетных операций товарной нефти на автоматизированных узлах учета нефти. However, the accuracy of this densitometer (0.5%) is insufficient if you use it when conducting accounting and settlement operations for commercial oil at automated oil metering stations.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое устройство для контроля физических параметров жидкостей в трубопроводах, содержащее акустический измерительный преобразователь с внешними конусными волноводами и кольцевыми пьезопластинами, генератор возбуждающих импульсов, усилитель, блок селекции, два временных селектора, блок измерения отношения амплитуд и регистрирующий прибор [2]
Недостатком этого устройства является сложность конструктивного и аппаратурного оформления.Closest to the invention in technical essence is an ultrasonic device for monitoring the physical parameters of liquids in pipelines, comprising an acoustic measuring transducer with external conical waveguides and ring piezo plates, an exciting pulse generator, an amplifier, a selection unit, two time selectors, an amplitude ratio measuring unit and a recording device [2]
The disadvantage of this device is the complexity of the structural and hardware design.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения плотности жидкости, содержащем трубчатый резонатор, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены пьезопреобразователи, выполненные в виде кольцевых пьезопластин, соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником ультразвуковых колебаний, трубчатый резонатор загерметизирован с одного торца, погружаемого в резервуар с жидкостью, один пьезопреобразователь, связанный выводами с приемником, укреплен на внутренней поверхности резонатора у загерметизированного конца, а другой пьезопреобразователь, связанный выводами с генератором, укреплен на внешней поверхности резонатора выше места его крепления с резервуаром через изолируемую прокладку, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пластины, причем пластины склеены между собой по торцовой поверхности и приклеены к резонатору по цилиндрической поверхности. The technical result is achieved in that in a device for measuring the density of a liquid containing a tubular resonator, along the longitudinal axis of which piezoelectric transducers are made at a certain distance from each other, made in the form of ring piezoelectric plates connected by leads either to an electric pulse generator or to an ultrasonic vibration receiver, the tube resonator is sealed from one end immersed in a reservoir with liquid, one piezoelectric transducer connected to the terminals with the receiver is mounted on the inner surface of the resonator is at the sealed end, and the other piezoelectric transducer connected to the terminals with the generator is mounted on the outer surface of the resonator above the point of its attachment to the reservoir through an insulated gasket, similar plates are fixed on both sides of the annular piezoelectric plates, and the plates are glued together along the end surface and glued to the resonator along a cylindrical surface.

Размещение возбудителя снаружи трубчатого резонатора и приемника внутри трубчатого резонатора делает конструкцию погружного измерительного преобразователя более технологической и способствует повышению точности измерения плотности, благодаря более стабильным характеристикам пьезопреобразователей и поддержанию частоты на возбудителе на определенном уровне. Placing the pathogen outside the tubular resonator and the receiver inside the tubular resonator makes the design of the submersible measuring transducer more technological and helps to increase the accuracy of density measurement due to more stable characteristics of the piezoelectric transducers and maintaining the frequency on the exciter at a certain level.

Применение в качестве демпфера двух дополнительных пьезопреобразователей, размещенных по обе стороны с пьезопреобразователем, имеющим электрические выводы, также способствует повышению точности, хотя и возможно использование в качестве демпфера других элементов и приспособлений. The use of two additional piezoelectric transducers as a damper, placed on both sides with a piezoelectric transducer having electrical leads, also improves accuracy, although it is possible to use other elements and devices as a damper.

На чертеже показаны: сосуд 1, исследуемая среда 2, корпус 3 погружного вибрационного измерительного преобразователя, пьезопреобразователи 4-6, образующие возбудитель электромагнитных колебаний, электронный блок 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний, изолирующая прокладка 10; пьезопреобразователи 11-13, образующие приемник ультразвуковых колебаний и металлическая заглушка 14. The drawing shows: vessel 1, the test medium 2, the housing 3 of a submersible vibration measuring transducer, piezoelectric transducers 4-6, forming the causative agent of electromagnetic waves, an electronic unit 9 for receiving and processing ultrasonic vibrations, an insulating pad 10; piezoelectric transducers 11-13, forming a receiver of ultrasonic vibrations and a metal plug 14.

Средний пьезопреобразователь 5 возбудителя и средний пьезопреобразователь 12 приемника ультразвуковых колебаний при помощи проводов электрически связаны соответственно с генератором 8 электромагнитных колебаний и электронным блоком 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний. The middle piezoelectric transducer 5 of the pathogen and the middle piezoelectric transducer 12 of the ultrasonic vibrations receiver are electrically connected by wires to the electromagnetic oscillation generator 8 and the electronic unit 9 for receiving and processing ultrasonic vibrations, respectively.

Устройство для измерения плотности жидкости работает следующим образом. A device for measuring the density of a liquid works as follows.

При подаче напряжения от генератора электромагнитных колебаний на возбудитель, образованный пьезопреобразователями 4-6, приклеенными внутренними поверхностями к наружной поверхности корпуса 3, при работе устройства в корпусе 3 возникают ультразвуковые колебания, которые принимаются пьезопреобразователями 11-13, образующими приемник ультразвуковых колебаний, электрически связанный при помощи проводов с электронным блоком 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний. When voltage is applied from the electromagnetic oscillation generator to the pathogen formed by piezoelectric transducers 4-6 glued by the internal surfaces to the outer surface of the housing 3, when the device is in operation, ultrasonic vibrations occur in the housing 3, which are received by the piezoelectric transducers 11-13, forming an ultrasonic vibrations receiver electrically connected when help wires with an electronic unit 9 for receiving and processing ultrasonic vibrations.

Частота этих колебаний находится в пропорциональной зависимости от плотности контролируемой жидкости. The frequency of these oscillations is proportional to the density of the controlled fluid.

Для определения работоспособности предлагаемого устройства была использована нержавеющая трубка с внутренним диаметром 10 см и толщиной 0,5 мм, к внутренней поверхности которой возле заглушки были приклеены эпоксидной смолой тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 10 мм, внутренний 5 мм, толщина 4 мм), образующие приемник ультразвуковых колебаний, а тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 22 мм, внутренний диаметр 12 мм), образующие возбудитель электромагнитных колебаний, приклеены своей внутренней поверхностью к наружной поверхности нержавеющей трубки. К средним пьезопреобразователям были припаяны соединительные провода, а пьезопреобразователи без выводов приклеили эпоксидной смолой сбоку от пьезопреобразователей с выводами. Расстояние между возбудителем и приемником ультразвуковых колебаний составляло 70 мм. To determine the operability of the proposed device, a stainless tube with an inner diameter of 10 cm and a thickness of 0.5 mm was used, toroidal piezoelectric transducers (outer diameter 10 mm, inner 5 mm, thickness 4 mm) forming an receiver were glued to the inner surface near the plug. ultrasonic vibrations, and toroidal piezoelectric transducers (outer diameter 22 mm, inner diameter 12 mm), forming the causative agent of electromagnetic oscillations, are glued with their inner surface to stainless tube outer surface. Connecting wires were soldered to the middle piezoelectric transducers, and the piezoelectric transducers without leads were glued with epoxy on the side of the piezoelectric transducers with the leads. The distance between the pathogen and the receiver of ultrasonic vibrations was 70 mm.

На средний пьезопреобразователь 4, используемый в качестве возбудителя, подавались от генератора электромагнитных колебаний типа ГЗ-33 колебания для возбуждения трубки на собственной резонансной частоте 78603 Гц, причем в это время датчик устройства находился в воздухе. Затем последовательно в сосуд заливались различные жидкости бензин с плотностью 780 кг/м³, трансформаторное масло с плотностью 870 кг/м³ и вода с плотностью 1000 кг/м³. При этом частотомером ЧЗ/34 были зафиксированы следующие частоты: 81281, 81590 и 82037 Гц, соответствующие следующим значениям плотностей 780, 870 и 1000 кг/м³.The middle piezoelectric transducer 4, used as a pathogen, was supplied with oscillations from the GZ-33 type electromagnetic oscillation generator to excite the tube at its own resonant frequency of 78603 Hz, and at that time the device’s sensor was in the air. Then sequentially various liquids with a density of 780 kg / m ³ , transformer oil with a density of 870 kg / m ³ and water with a density of 1000 kg / m ³ were poured into the vessel. At the same time, the following frequencies were recorded with the ChZ / 34 frequency meter: 81281, 81590 and 82037 Hz, corresponding to the following densities 780, 870 and 1000 kg / m ³ .

Погрешность измерения, оцененная по результатам 11 измерений на жидкостях с плотностью 780 кг/м³ и 870 кг/м³, не превышала 1 кг/м³, что не хуже погрешности базовых плотномеров фирмы "Солатрон" мод.7830, применяемых на отечественных узлах учета нефти.The measurement error, estimated from the results of 11 measurements on liquids with a density of 780 kg / m ³ and 870 kg / m ³ , did not exceed 1 kg / m ³ , which is no worse than the error of the basic Solatron densitometers mod. 7830 used at domestic nodes oil metering.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства:
повышение точности измерения за счет более точного задания и поддержания на определенном уровне резонансной частоты вибрирующей трубки;
упрощение конструкции за счет применения менее сложных возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний;
существенное упрощение настройки возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний.Technical appraisal and economic advantages of the proposed device:
improving measurement accuracy due to a more accurate job and maintaining at a certain level the resonant frequency of the vibrating tube;
simplification of the design through the use of less complex pathogen and receiver of ultrasonic vibrations;
a significant simplification of the setup of the pathogen and the receiver of ultrasonic vibrations.

Предлагаемое устройство для измерения плотности жидкости может найти применение практически во всех отраслях народного хозяйства, где требуются точные лабораторные и поточные измерители плотности, уровнемеры раздела сред. The proposed device for measuring the density of liquids can find application in almost all sectors of the economy, which require accurate laboratory and flow meters density, level gauges media.

Claims

DEVICE FOR MEASURING DENSITY OF A LIQUID, containing a tubular resonator, along the longitudinal axis of which piezoelectric transducers are made at some distance from each other, made in the form of ring piezoelectric plates connected by leads either to an electric pulse generator or to an ultrasonic vibration receiver, characterized in that the tubular resonator is sealed from one end immersed in a reservoir with liquid, one piezoelectric transducer connected to the terminals with the receiver is mounted on the inner surface of the resonator at the sealed end, and the other piezoelectric transducer connected to the generator leads is mounted on the outer surface of the resonator above its attachment to the reservoir through an insulating gasket, similar piezoelectric plates are fixed on both sides of the annular piezoelectric plates, and the piezoelectric plates are glued to each other on the end surface and glued to the resonator on a cylindrical surface.