RU2045031C1

RU2045031C1 - Liquid density metering device

Info

Publication number: RU2045031C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Абдулаев; В.Л. Беляков; А.А. Фаткуллин
Original assignee: Беляков Виталий Леонидович
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: measurement of physical parameters of primary liquid media, such as petroleum oil or its products. SUBSTANCE: device has direct-flow tubular cavity mounted in housing; exciter and detector of ultrasonic oscillations are secured along its axis at certain distance from each other; they are, essentially, annular piezoelectric-crystal plates embracing external surface of tubular cavity whose leads are connected to pulse generator or ultrasonic detector. Similar piezoelectric-crystal plates are mounted on both sides of annular plates; piezoelectric-crystal plates are glued together on their end surfaces and stuck to external surface of cavity through their internal cylindrical surfaces. 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 вибрационный плотномер мод.7830 английской фирмы "Солартрон" [1]
Датчик этого плотномера состоит из трубчатого прямоточного резонатора (прямоточной трубки, укрепленной концами в корпусе), причем колебания в резонаторе возбуждаются при помощи первой катушки индуктивности, а съем частоты колебаний, пропорциональный плотности контролируемой жидкости, производится с помощью второй катушки индуктивности. Первая катушка соединена с генератором электрических колебаний, а вторая со схемой измерения частоты колебаний резонатора, заполненного жидкостью.Known vibration densitometer mod. 7830 of the English company Solartron [1]
The sensor of this densitometer consists of a tubular direct-flow resonator (a direct-flow tube fixed by the ends in the housing), and the oscillations in the resonator are excited by the first inductor, and the oscillation frequency proportional to the density of the controlled fluid is taken using the second inductor. The first coil is connected to an electric oscillation generator, and the second to a circuit for measuring the oscillation frequency of a resonator filled with liquid.

Однако при работе этого плотномера большие трудности возникают в размещении возбуждающей и приемной катушек над поверхностью трубчатого резонатора и в обеспечении фиксированного расстояния между катушками и трубчатым резонатором, что существенным образом усложняет настройку прибора. However, when operating this densitometer, great difficulties arise in placing the exciting and receiving coils above the surface of the tubular resonator and in ensuring a fixed distance between the coils and the tubular resonator, which significantly complicates the setup of the device.

Недостатком известного датчика является сложность конструкции и аппаратурного оформления. A disadvantage of the known sensor is the complexity of the design and hardware design.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое устройство для контроля физических параметров жидкости 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 такого устройства является сложность конструктивного и аппаратурного оформления.Closest to the invention in technical essence is an ultrasonic device for monitoring the physical parameters of a liquid 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 упрощение конструкции. The technical result of the invention is to simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения плотности жидкости, содержащем трубчатый прямоточный резонатор, установленный в корпусе, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены возбудитель и приемник ультразвуковых колебаний, выполненных в виде кольцевых пьезопластин, охватывающих внешнюю поверхность трубчатого резонатора и соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником колебаний, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой торцовой поверхностью и приклеены к внешней поверхности резонатора своими внутренними цилиндрическими поверхностями. The technical result is achieved by the fact that in a device for measuring the density of a liquid containing a tubular direct-flow resonator mounted in a housing, along the longitudinal axis of which at some distance from each other, a pathogen and a receiver of ultrasonic vibrations are made in the form of ring piezoelectric plates covering the outer surface of the tubular resonator and connected by leads either to an electric pulse generator or to an oscillation receiver, analogs are strengthened on both sides of the annular piezoelectric plates piezoelectric plates, moreover, the piezoelectric plates are glued together by an end surface and glued to the outer surface of the resonator with their inner cylindrical surfaces.

Размещение на трубчатом резонаторе кольцевых пьезопреобразователей упрощает конструкцию и делает ее более технологичной, так как для передачи и приема сигналов нет необходимости в волноводах. Кроме того, существенно упрощается электронная схема прибора. Placing ring piezoelectric transducers on a tubular resonator simplifies the design and makes it more technologically advanced, since there is no need for waveguides to transmit and receive signals. In addition, the electronic circuit of the device is greatly simplified.

На чертеже изображена конструктивная схема устройства и схема его электрических соединений. The drawing shows a structural diagram of the device and the circuit of its electrical connections.

Устройство состоит из трубчатого прямоточного резонатора 1, укрепленного концами в металлическом корпусе 2, размещенных на поверхности трубчатого резонатора кольцевых пьезопреобразователей 3-5, склеенных между собой торцовыми поверхностями, причем средний преобразователь 4 электрически связан с генератором 6 электромагнитных колебаний, и кольцевых пьезопреобразователей 7-9, склеенных между собой торцовыми поверхностями, причем средний пьезопреобразователь 8 электрически связан с приемником 10 ультразвуковых колебаний. Внутри резонатора проходит контролируемая жидкость 11. Пьезопреобразователи 3, 5, 7 и 9 не имеют выводов. Они предназначены для демпфирования и усиления колебаний. The device consists of a tubular direct-flow resonator 1, fixed by ends in a metal casing 2, located on the surface of the tubular resonator of ring piezoelectric transducers 3-5, glued together by end surfaces, the middle transducer 4 being electrically connected to the generator 6 of electromagnetic waves, and ring piezoelectric transducers 7-9 glued together by end surfaces, and the middle piezoelectric transducer 8 is electrically connected to the receiver 10 of ultrasonic vibrations. A controlled fluid 11 passes through the cavity. The piezoelectric transducers 3, 5, 7, and 9 have no leads. They are designed to dampen and amplify vibrations.

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

Подаваемые от генератора 6 электромагнитные колебания поступают на пьезопреобразователь 4, размещенный на трубчатом прямоточном резонаторе 1 и помещенный между пьезопреобразователями 3 и 5. Пьезопреобразователь 4 возбуждает в резонаторе 1 резонансные колебания. Эти колебания воспринимаются пьезопреобразователем 8, помещенным между пьезопреобразователями 7 и 9 и размещенным на том же трубчатом резонаторе 1. Частота колебаний резонатора пропорциональна плотности контролируемой жидкости 11. Эта частота, воспринимаемая пьезопреобразователем 8, измеряется частотомером. The electromagnetic oscillations supplied from the generator 6 are fed to the piezoelectric transducer 4 located on the tubular direct-flow resonator 1 and placed between the piezoelectric transducers 3 and 5. The piezoelectric transducer 4 excites resonant oscillations in the resonator 1. These oscillations are perceived by the piezoelectric transducer 8, placed between the piezoelectric transducers 7 and 9 and placed on the same tubular resonator 1. The oscillation frequency of the resonator is proportional to the density of the liquid under control 11. This frequency, perceived by the piezoelectric transducer 8, is measured by a frequency meter.

Для определения работоспособности датчика была использована нержавеющая труба диаметром 8 мм и толщиной 1 мм, к наружной поверхности которой были приклеены эпоксидной смолой тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 23 мм, внутренний диаметр 10 мм, толщина 5 мм). К средним пьезопреобразователям были приклеены соединительные провода, а пьезопреобразователи без выводов приклеили эпоксидной смолой сбоку от пьезопреобразователей с выводам. Расстояние между возбудителем и приемником ультразвуковых колебаний составляло 140 мм. To determine the operability of the sensor, a stainless steel pipe with a diameter of 8 mm and a thickness of 1 mm was used, toroidal piezoelectric transducers were glued to the outer surface of the epoxy resin (outer diameter 23 mm, inner diameter 10 mm, thickness 5 mm). Connecting wires were glued 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 140 mm.

На средний пьезопреобразователь 4, используемый в качестве возбудителя, подавались колебания резонансной частоты 71006 Гц, причем в это время трубчатый резонатор не был заполнен жидкостью. Затем последовательно в трубчатый резонатор заливались различные жидкости: бензин с плотностью 790 кг/м³, трансформаторное масло с плотностью 887 кг/м³ и вода с плотностью 1000 кг/м³. При этом были зафиксированы следующие частоты 71776, 71893 и 72006 Гц, соответствующие значениям плотностей 770, 887 и 1000 кг/м³. Погрешность измерения, оцененная по результатам 11 измерений на жидкостях с плотностью 770 кг/м³ и 887 кг/м³ не превышала 1 кг/м³, что не хуже погрешности базовых плотномеров фирмы "Солартрон" мол.7830, применяемых на отечественных узлах учета нефти.Oscillations of the resonant frequency 71006 Hz were applied to the middle piezoelectric transducer 4, used as a pathogen, and at that time the tube resonator was not filled with liquid. Then successively various liquids were poured into the tubular resonator: gasoline with a density of 790 kg / m ³ , transformer oil with a density of 887 kg / m ³ and water with a density of 1000 kg / m ³ . The following frequencies were recorded at 71776, 71893 and 72006 Hz, corresponding to densities of 770, 887 and 1000 kg / m ³ . The measurement error estimated by the results of 11 measurements on liquids with a density of 770 kg / m ³ and 887 kg / m ³ did not exceed 1 kg / m ³ , which is not worse than the error of the basic density meters of Solartron company mol. 7830 used at domestic metering stations oil.

Технико-экономическими преимуществами устройства являются упрощение конструкции за счет применения менее сложных возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний, а также упрощение электрической схемы прибора. Technical and economic advantages of the device are simplification of the design due to the use of less complex exciter and receiver of ultrasonic vibrations, as well as simplification of the electrical circuit of the device.

Предлагаемое устройство может найти применение практически во всех отраслях народного хозяйства, где требуются точные лабораторные и поточные измерители плотности. The proposed device can be used in almost all sectors of the economy, which require accurate laboratory and in-line density meters.

Claims

DEVICE FOR MEASURING DENSITY OF A LIQUID, containing a tubular direct-flow resonator mounted in a housing, along the longitudinal axis of which an exciter and an ultrasonic vibrations receiver are mounted at some distance from each other, made in the form of circular piezoelectric plates covering the outer surface of the tubular resonator and connected by leads or with an electric generator pulses, or with a vibration receiver, characterized in that on both sides of the annular piezoelectric plates similar piezoelectric plates are strengthened, how piezoelectric plates are glued together by an end surface and glued to the outer surface of the resonator with their inner cylindrical surfaces.