RU4610U1

RU4610U1 - GAS VIBRATION DENSITY METER

Info

Publication number: RU4610U1
Application number: RU96106357/20U
Authority: RU
Inventors: В.И. Клюев; Ю.П. Жуков
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-07-16

Abstract

1. Вибрационный плотномер для газов, содержащий корпус, в котором размещены резонатор в виде пустотелой оболочки с жесткими элементами, отходящими от торцев оболочки симметрично относительно ее продольной оси и сходящимися в центре масс колебательной системы, и система возбуждения и съема колебаний, включающая возбудитель, приемник и усилитель, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно размещены резонатор в виде камертона и система возбуждения и съема колебаний, возбудитель и приемник которой смонтированы на держателе, связанном с центром масс дополнительной колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс дополнительной колебательной системы.2. Плотномер по п.1, отличающийся тем, что возбудитель и приемник системы возбуждения и съема колебаний резонатора в виде пустотелой оболочки смонтированы на держателе, связанном с центром масс этой колебательной системы жестко, а с корусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс этой колебательной системы.1. Vibration densitometer for gases, comprising a housing in which the resonator is placed in the form of a hollow shell with rigid elements extending symmetrically from the ends of the shell relative to its longitudinal axis and converging in the center of mass of the oscillatory system, and an excitation and vibration removal system including an exciter, a receiver and an amplifier, characterized in that the housing additionally contains a resonator in the form of a tuning fork and a system of excitation and removal of vibrations, the exciter and receiver of which are mounted on a holder associated with Centralized additional mass vibrating system rigidly and to the housing - by means of a flexible suspension, wherein the center of gravity of the holder is in the center of mass of the additional oscillatory sistemy.2. The densitometer according to claim 1, characterized in that the exciter and receiver of the resonator excitation and oscillation system in the form of a hollow shell are mounted rigidly on the holder connected to the center of mass of this oscillatory system, and with the suspension on the core, while the center of gravity of the holder is in the center of mass of this oscillatory system.

Description

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для измерения параметров газов и газовых смесей с целью определения состава или в системах учета.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to measure the parameters of gases and gas mixtures in order to determine the composition or in accounting systems.

Известен плотномер, содержащий резонатор, выполненный в виде пустотелой оболочки, установленный в контролируемом потоке, корпус, систему возбуждения и съема колебаний, в котором для выравнивания давлений контролируемой среды внутри и снаружи пустотелой оболочки через отверстия в фланцах, жестко связанных с торцами оболочки и корпусом, обеспечивается проток жидкости в полость между корпусом и наружной поверхностью оболочки (патент Великобритании N 1175586, кл. 00IN 9/00, 1969 г).Known densitometer containing a resonator made in the form of a hollow shell installed in a controlled flow, a housing, a system of excitation and removal of vibrations, in which to equalize the pressure of the controlled medium inside and outside the hollow shell through holes in the flanges, rigidly connected to the ends of the shell and the housing, provides a flow of fluid into the cavity between the housing and the outer surface of the shell (UK patent N 1175586, CL 00IN 9/00, 1969 g).

Недостатком такого плотномера является существование потерь колебательной энергии через внешний технологический трубопровод, что снижает добротность колебательной системы и, следовательно, точность измерений, лIXThe disadvantage of such a densitometer is the existence of losses of vibrational energy through an external process pipeline, which reduces the quality factor of the vibrational system and, consequently, the measurement accuracy, lIX

Наиболее близким к предлагаемому является вибрационный плотномер, содержащий корпус, в котором размещены резонатор в виде пустотелой оболочки с жесткими элементами, отходящими от торцев оболочки симметрично относительно ее продольной оси и сходящимися в центре масс колебательной системы и система возбуждения и съема колебаний, включающая возбудитель, приемник и усилитель (А.с. СССР N 800817 кл. G01N 9/00, Б.И. N4, 30.01.81 г.).Closest to the proposed one is a vibration densitometer containing a housing in which a resonator is placed in the form of a hollow shell with rigid elements extending symmetrically from the ends of the shell relative to its longitudinal axis and converging in the center of mass of the oscillating system and a system of excitation and removal of vibrations, including an exciter, a receiver and amplifier (A.S. USSR N 800817 class G01N 9/00, B.I. N4, 01/30/81.).

Недостатком этого устройства является то, что вибрации технологического трубопровода через жесткое фланцевое соединение передаются на корпус плотномера, в котором смонтированы элементы системы возбуждения и съема колебаний резонатора. Накладываясь на основную частоту резонатора эти вибрации могут существенно исказить полезный частотный сигнал, что приводит к снижению точности измерений.The disadvantage of this device is that the vibrations of the process pipeline through a rigid flange connection are transmitted to the housing of the densitometer, in which the elements of the excitation and vibration oscillation removal system are mounted. Superimposed on the fundamental frequency of the resonator, these vibrations can significantly distort the useful frequency signal, which leads to a decrease in the measurement accuracy.

Кроме того общим недостатком рассмотренных выше плотномеров является влияние температуры контролируемого газа и окружающей среды на физико-механические параметры резонатора, что также приводит к снижению точности измерений.In addition, a common drawback of the densitometers discussed above is the effect of the temperature of the gas and the environment on the physicomechanical parameters of the resonator, which also leads to a decrease in the measurement accuracy.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью «является повышение точности измерений.The problem solved by the proposed utility model “is to increase the accuracy of measurements.

система возбуждения и съема колебаний, включающая возбудитель, приемник и усилитель. В корпусе дополнительно размещены резонатор в виде камертона и система возбуждения и съема колебаний, возбудитель и приёмник которой смонтированы на держателе, связанном с центром масс дополнительной колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс дополнительной колебательной системы.a system of excitation and removal of vibrations, including the pathogen, receiver and amplifier. A resonator in the form of a tuning fork and an oscillation excitation and removal system, the exciter and receiver of which are mounted rigidly on the holder connected to the center of mass of the additional oscillatory system, are additionally placed in the housing, and the flexible suspension is mounted on the holder, while the center of gravity of the holder is located in the center of mass of the additional vibrational system.

Возбудитель и приемник системы возбуждения и съема колебаний резонатора в виде пустотелой оболочки могут быть смонтированы на держателе, который связан с центром масс этой колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс этой колебательной системы.The causative agent and receiver of the resonator excitation and vibration system in the form of a hollow shell can be mounted on a holder that is rigidly connected to the center of mass of this oscillatory system, and with a flexible suspension, with the center of gravity of the holder located at the center of mass of this oscillatory system.

Отличиями предлагаемого плотномера от прототипа является то, что в корпусе дополнительно размещены резонатор в виде камертона и система возбуждения и съема колебании, возбудитель и приемник которой смонтированы на держателе, связанном с центром масс дополнительной колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс дополнительной колебательной системы, а также возможность монтажа возбудителя и приемника системы возбуждения и съема колебаний резонатора в виде пустотелой оболочки на держателе, связанном с центром масс этой колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс этой колебательной системы. В результате использования новой конструкции формируется дополнительный частотный ситная, зависящий от температуры контролируемой среды, проходящей через плотномер, который используется для автоматической коррекции сигнала основного резонатора, что позволяет существенно повысить точность измерений. Кроме того вибрации технологического оборудования не искажают выходной частотный сигнал плотномера, что также ведет к повышению точности измерений.The differences between the proposed densitometer and the prototype are that a resonator in the form of a tuning fork and an oscillation excitation and removal system are additionally placed in the housing, the exciter and receiver of which are mounted rigidly on the holder connected to the center of mass of the additional oscillatory system, and with the housing, using a flexible suspension, In this case, the center of gravity of the holder is located in the center of mass of the additional oscillatory system, as well as the possibility of mounting the exciter and receiver of the excitation system and taking the resonator vibrations in de hollow shell on the support associated with the mass of the vibrating system center hard, and with the housing - via a flexible suspension, wherein the center of gravity of the holder is in the center of mass of the oscillatory system. As a result of using the new design, an additional frequency sieve is formed, depending on the temperature of the controlled medium passing through the densitometer, which is used to automatically correct the signal of the main resonator, which can significantly increase the accuracy of measurements. In addition, the vibrations of technological equipment do not distort the output frequency signal of the density meter, which also leads to increased measurement accuracy.

На фиг. 1 представлена предлагаемая полезная модель в разрезе.In FIG. 1 presents the proposed utility model in the context.

Корпус плотномера состоит из основания 1 и двух крышек 2 и 3, соединенных с основанием фланцами 4. Основание 1 снабжено патрубками (на фиг. не показаны) для подвода и отвода контролируемой среды. Внутренняя полость основания и крышек образует измерительную камеру, в которой размещены основная и дополнительная колебательные системы.The housing of the densitometer consists of a base 1 and two covers 2 and 3 connected to the base by flanges 4. The base 1 is equipped with nozzles (not shown in FIG.) For supplying and discharging a controlled medium. The internal cavity of the base and covers forms a measuring chamber in which the main and additional oscillatory systems are placed.

p p

проходящему через ось продольной симметрии последней в точке, находящейся в центре масс этой колебательной системы. Концы осевого стержняpassing through the axis of longitudinal symmetry of the latter at a point located in the center of mass of this oscillatory system. Axial Rod Ends

7жестко зафиксированы в держателе 8 в точках, проходящих через ось продольной симметрии последнего на равных расстояниях от центра масс.7 are firmly fixed in the holder 8 at points passing through the axis of longitudinal symmetry of the latter at equal distances from the center of mass.

8противоположных стенках держателя 8 выполнены два отверстия центры которых находятся на оси, проходящей через центр масс перпендикулярно оси продольной симметрии оболочки. В отверстиях установлены герметичные немагнитные обоймы возбудителя 9 и приемника 10 колебаний. Держатель 8 подвешен на кронштейне 11 при помощи гибких элементов 12, например, цилиндрических винтовых пружин, причем точки подвеса находятся на оси продольной симметрии оболочки. Кронштейн 11 жестко смонтирован на фланце основания корпуса 1.8 opposite the walls of the holder 8 there are two holes whose centers are on the axis passing through the center of mass perpendicular to the axis of longitudinal symmetry of the shell. The holes are sealed non-magnetic clips of the pathogen 9 and the receiver 10 of the oscillations. The holder 8 is suspended on the bracket 11 by means of flexible elements 12, for example, coil springs, the suspension points being on the axis of longitudinal symmetry of the shell. The bracket 11 is rigidly mounted on the flange of the base of the housing 1.

Дополнительная колебательная система содержит резонатор в виде замкнутого стержневого камертона 13, жестко монтируемого при помощи ножки 14, отходящей от центра тяжести камертона 13 к держатели 15, вAn additional oscillatory system contains a resonator in the form of a closed rod tuning fork 13, rigidly mounted with the help of the legs 14, extending from the center of gravity of the tuning fork 13 to the holders 15,

противоположных стенках которого выполнены два отверстия с центрами, находящимися на оси, перпендикулярной продольной оси симметрии камертона и проходящей через его центр тяжести. В отверстиях установлены герметичные немагнитные обоймы возбудителя 16 и приемника 17 колебаний. Держатель 15 подвешен на кронштейне 18 при помощи гибких элементов 19, например, цилиндрических винтовых пружин, причем точки подвеса находятся на оси продольной симметрии камертона. Кронштейн 18 жестко смонтирован на фланце основания корпуса 1.the opposite walls of which are two holes with centers located on an axis perpendicular to the longitudinal axis of symmetry of the tuning fork and passing through its center of gravity. The holes are sealed non-magnetic clips of the pathogen 16 and the receiver 17 of the oscillations. The holder 15 is suspended on the bracket 18 by means of flexible elements 19, for example, coil springs, the suspension points being on the axis of longitudinal symmetry of the tuning fork. The bracket 18 is rigidly mounted on the flange of the base of the housing 1.

Возбудители и приемники обеих колебательных систем при помощи проводов 20, проходящих через гермоввод 21 подключены к усилителям 22 и 23, размещенным в кожухе 24, смонтированном на основании корпуса 1. Усилители 22 и 23 связаны с блоком питания и промежуточным измерительным преобразователем (на рис. не показаны) через штепсельный разъем 25.The causative agents and receivers of both oscillatory systems are connected to the amplifiers 22 and 23 located in the casing 24 mounted on the base of the housing 1 using the wires 20 passing through the pressure lead 21. The amplifiers 22 and 23 are connected to the power supply and an intermediate transducer (in Fig. shown) through plug 25.

Вибрационный плотномер работает следующим образом.Vibration densitometer works as follows.

Контролируемая газовая смесь поступает через патрубок в измерительную камеру, обтекает внутреннюю и наружную поверхности пустотелой оболочки 1, поверхность замкнутого стержневого камертона 13 и выходит из плотномера через второй патрубок. Системы возбуждения и съема колебаний, включающие возбудители 9 и 16, приемники 10 и 17 и усилители 22 и 23, построенные как элементы положительной обратной связи с ограничением амплитуды выходного сигнала, обеспечивают автоколебательные режимы работы пустотелой оболочки 5 и стержневого камертона 13 на собственных резонансных частотах, зависящих от плотности контролируемойThe controlled gas mixture enters through the pipe into the measuring chamber, flows around the inner and outer surfaces of the hollow shell 1, the surface of the closed rod tuning fork 13 and leaves the densitometer through the second pipe. The systems of excitation and removal of oscillations, including exciters 9 and 16, receivers 10 and 17 and amplifiers 22 and 23, constructed as elements of positive feedback with limiting the amplitude of the output signal, provide self-oscillating modes of operation of the hollow shell 5 and the rod tuning fork 13 at natural resonant frequencies, density dependent controlled

среды. Однако вследствие того, что собственная распределенная масса пустотелой оболочки значительно меньше, чем у стержневого камертона, чувствительность последнего к изменение плотности газа пренебрежимо мала.Wednesday. However, due to the fact that the intrinsic distributed mass of the hollow shell is much smaller than that of the rod tuning fork, the sensitivity of the latter to a change in gas density is negligible.

Оболочка и камертон находятся при одинаковой температуре, зависящей от температуры контролируемой и окружающей плотномер среды. Изменение этой температуры вызывает изменение физико-механических характеристик обоих резонаторов, что приводит к изменению частот их колебаний. Действие температуры на основной резонатор приводит к появлению температурной погрешности, для компенсации которой используется сигнал дополнительного резонатора.The shell and tuning fork are at the same temperature, depending on the temperature of the controlled and surrounding densitometer environment. A change in this temperature causes a change in the physicomechanical characteristics of both resonators, which leads to a change in the frequencies of their oscillations. The effect of temperature on the main resonator leads to the appearance of a temperature error, to compensate for which the signal of the additional resonator is used.

Корпус плотномера подвергается вибрационному воздействию со стороны технологического оборудования, имеющему весьма широкий частотный спектр. Низкочастотная часть спектра отфильтровывается резонаторами, представляющими собой высокодобротнце узкополосные фильтры, а высокочастотная составляющая отфильтровывается гибкими элементами , на которых подвешены держатели резонаторов. Таким образом вибрации технологического оборудования не искажают выходной частотный сигнал датчика плотностиThe housing of the densitometer is exposed to vibration from the technological equipment, which has a very wide frequency spectrum. The low-frequency part of the spectrum is filtered out by resonators, which are high-quality narrow-band filters, and the high-frequency component is filtered out by flexible elements on which the holders of the resonators are suspended. Thus, the vibration of the process equipment does not distort the output frequency signal of the density sensor

- 4 ФОРМУЛА- 4 FORMULAS

Claims

1. Vibration densitometer for gases, comprising a housing in which the resonator is placed in the form of a hollow shell with rigid elements extending symmetrically from the ends of the shell relative to its longitudinal axis and converging in the center of mass of the oscillatory system, and an excitation and vibration removal system including an exciter, a receiver and an amplifier, characterized in that the housing additionally contains a resonator in the form of a tuning fork and a system of excitation and removal of vibrations, the exciter and receiver of which are mounted on a holder associated with Centralized additional mass vibrating system rigidly and to the housing - by means of a flexible suspension, wherein the center of gravity of the holder is in the center of mass of the additional oscillatory system.

2. The densitometer according to claim 1, characterized in that the exciter and receiver of the resonator excitation and removal system in the form of a hollow shell are mounted rigidly on the holder connected to the center of mass of this oscillation system, and with the corus via a flexible suspension, with the center of gravity the holder is located in the center of mass of this oscillatory system.