RU4611U1

RU4611U1 - GAS VIBRATION DENSITY METER

Info

Publication number: RU4611U1
Application number: RU96106358/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Жуков; В.И. Клюев
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 торцов 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 торцы оболочки жестко соединены двумя стержнями, расположенными в плоскости установки жестких элементов, а в корпусе размещена дополнительная система возбуждения и съема колебаний, причем возбудитель и приемник одной системы расположены в плоскости установки стержней, а другой - в перпендикулярной плоскости, и все они смонтированы на держателе, который связан с центром масс колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс колебательных систем.2. Плотномер по п.1, отличающийся тем, что его корпус состоит из основания и крышки, при этом резонаторы, возбудители и приемники колебаний, смонтированные на держателе, размещены в крышке, а усилители - в основании.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 and a receiver and an amplifier, characterized in that the ends of the shell are rigidly connected by two rods located in the plane of installation of the rigid elements, and in the housing there is an additional system of excitation and removal to oscillations, moreover, the pathogen and receiver of one system are located in the plane of installation of the rods and the other in the perpendicular plane, and they are all mounted on a holder that is rigidly connected to the center of mass of the oscillating system, and to the body through a flexible suspension, while the center of gravity of the holder located in the center of mass of the oscillatory systems. 2. The densitometer according to claim 1, characterized in that its housing consists of a base and a cover, while the resonators, pathogens and vibration detectors mounted on the holder are located in the cover, and the amplifiers are in the base.

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, кд. 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, cd. 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.The 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, therefore, the accuracy of the measurements.

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. Q01N 9/00, Б.И. N4, 30.01.81 г.).Closest to the proposed is a vibration densitometer; containing a housing in which the resonator is placed in the form of a hollow shell with rigid elements extending symmetrically from its ends along the longitudinal axis of the shell and converging in the center of mass of the oscillating system and a system of excitation and removal of vibrations, including an exciter, receiver and amplifier (A.S. USSR N 800817 C. Q01N 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. Накладывался 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 main resonator frequency, 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.

Предлагается 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 иA vibration densitometer for gases is proposed, comprising 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

система возбуждения и съема колебании, включающая возбудитель, приемник и усилитель. Торцы оболочки жестко соединены двумя стержнями, расположенными в плоскости расположения жестких элементов. В корпусе плотномера размещена дополнительная система возбуждения и съема колебаний, причем возбудитель и приемник одной системы расположены в плоскости расположения стержней, а другой - в перпендикулярной плоскости, и все они смонтированы на держателе, который связан с центром масс колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс колебательных систем.a system of excitation and removal of vibration, including the pathogen, receiver and amplifier. The ends of the shell are rigidly connected by two rods located in the plane of the arrangement of the rigid elements. An additional system of excitation and removal of vibrations is placed in the housing of the densitometer, the pathogen and the receiver of one system located in the plane of the rods, and the other in the perpendicular plane, and they are all mounted on a holder that is rigidly connected to the center of mass of the oscillating system, and with the body - through flexible suspension, while the center of gravity of the holder is located in the center of mass of the oscillatory systems.

Корпус плотномера может состоять из основания и крышки, при этом резонаторы, возбудители и приемники колебаний, смонтированные на держателе, размещены в крышке, а усилители - в основании.The housing of the densitometer can consist of a base and a cover, while resonators, pathogens and vibration detectors mounted on the holder are located in the cover, and amplifiers are in the base.

Отличия предлагаемого плотномера от прототипа состоят в следующем: 1) торцы оболочки жестко соединены л.вумя стержнями, расположенными в плоскости расположения жестких элементов; 2) в корпусе размещена дополнительная система возбуждения и съема- колебаний, причем возбудитель и приемник одной системы расположены в плоскости расположения стержней, а другой - в перпендикулярной плоскости, и все они смонтированы на держателе, который связан с центром масс колебательной системы жестко, а с корпусом - посредством гибкой подвески, при этом центр тяжести держателя находится в центре масс колебательных систем; 3) корпус плотномера может состоять из основания и крышки, при этом резонаторы, возбудители и приемники колебаний размещены в крышке, а усилители - в основании.The differences of the proposed densitometer from the prototype are as follows: 1) the ends of the shell are rigidly connected with two rods located in the plane of the arrangement of the rigid elements; 2) an additional system of excitation and removal of oscillations is placed in the housing, the exciter and the receiver of one system located in the plane of the rods and the other in the perpendicular plane, and they are all mounted on a holder that is rigidly connected to the center of mass of the oscillatory system, and with housing - through a flexible suspension, while the center of gravity of the holder is located in the center of mass of the oscillatory systems; 3) the housing of the densitometer can consist of a base and a cover, while resonators, pathogens and vibration detectors are located in the cover, and amplifiers are located in the base.

В результате использования новой конструкции формируется дополнительный частотный сигнал, 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.As a result of using the new design, an additional frequency signal 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.

Вибрационный плотномер газа содержит корпус, состоящий из основания 1 и крышки 2, соединенных фланцами 3 и 4. Внутренняя полость разделена глухим фланцем 4 с гермовводом 5 на две камеры. Патрубки 6 и 7 предназначены для подвода контролируемой газовой смеси в измерительную камеру, образованную между крышкой 2 и глухим фланцем 4 и вывода этойThe vibrating gas densitometer contains a housing consisting of a base 1 and a cover 2 connected by flanges 3 and 4. The internal cavity is divided by a blank flange 4 with a pressure inlet 5 into two chambers. Pipes 6 and 7 are designed for supplying a controlled gas mixture into the measuring chamber formed between the cover 2 and the blind flange 4 and the output of this

смеси. В измерительной камере размещены основная и дополнительная колебательные системы.mixtures. The primary and secondary oscillatory systems are placed in the measuring chamber.

Основная колебательная система содержит резонатор в виде пустотелой оболочки 8, жестко монтируемой при помощи элементов 9 к стержню 10, проходящему через ось продольной симметрии последней в точке, находящейся в центре масс колебательной системы. Концы осевого стержня 10 жестко зафиксированы в держателе 11 в точках, проходящих через ось продольной симметрии последнего на равных расстояниях от центра масс. Герметичные немагнитные обоймы возбудителя 12 и приемника 13 системы возбуждения и съема колебаний основного резонатора установлены в отверстиях, выполненных в противоположных стенках держателя 11 таким образом, что их центры находятся на оси, проходящей через центр масс перпендикулярно плоскости расположения жестких элементов 9.The main oscillatory system contains a resonator in the form of a hollow shell 8, rigidly mounted by means of elements 9 to the rod 10 passing through the axis of longitudinal symmetry of the latter at a point located in the center of mass of the oscillating system. The ends of the axial rod 10 are rigidly fixed in the holder 11 at points passing through the axis of longitudinal symmetry of the latter at equal distances from the center of mass. Sealed non-magnetic clips of the exciter 12 and the receiver 13 of the excitation and vibration system of the main resonator are installed in holes made in the opposite walls of the holder 11 so that their centers are on the axis passing through the center of mass perpendicular to the plane of arrangement of the rigid elements 9.

Держатель 11 подвешен на кронштейне 17 при помощи гибких элементов 18, например, цилиндрических винтовых пружин, причем точки подвеса находятся на оси продольной симметрии оболочки.- Кронштейн 17 жестко смонтирован на перегородке 4 корпуса.The holder 11 is suspended on the bracket 17 using flexible elements 18, for example, coil springs, and the suspension points are located on the axis of longitudinal symmetry of the shell. - The bracket 17 is rigidly mounted on the partition 4 of the housing.

Дополнительная колебательная система содержит резонатор в виде замкнутого стержневого камертона, образованного двумя стержнями 14, соединяющими торцы оболочки, и жесткими элементами 9, лежащими в одной плоскости. Герметичные немагнитные обоймы возбудителя 15 и приемника 16 колебаний системы возбуждения и съема колебаний дополнительного резонатора установлены в отверстиях, выполненных в противоположных стенках держателя 11 таким образом, что их центры находятся на оси, проходящей через центр масс колебательной системы в плоскости расположения жестких элементов 9.An additional oscillatory system contains a resonator in the form of a closed rod tuning fork formed by two rods 14 connecting the ends of the shell and rigid elements 9 lying in the same plane. Sealed non-magnetic clips of the exciter 15 and the receiver 16 of the oscillations of the excitation system and the removal of oscillations of the additional resonator are installed in the holes made in the opposite walls of the holder 11 so that their centers are on the axis passing through the center of mass of the oscillating system in the plane of the arrangement of the rigid elements 9.

Возбудители и приемники обеих колебательных систем при помощи проводов 19, проходящих через гермоввод 5 подключены к усилителям 20 и 21, размещенным внутри основания 1 корпуса, связанным с блоком питания и промежуточным измерительным преобразователем (на фиг. не показаны) через штепсельный разъем 22.The causative agents and receivers of both oscillatory systems using wires 19 passing through the pressure seal 5 are connected to amplifiers 20 and 21, located inside the base 1 of the housing, connected to the power supply and an intermediate measuring transducer (not shown in Fig.) Through the plug connector 22.

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

Контролируемая газовая смесь поступает через патрубок б в измерительную камеру, обтекает внутреннюю и наружную поверхности пустотелой оболочки 8, поверхность замкнутого стержневого камертона 14 и выходит из плотномера через патрубок 7. Системы возбуждения и съема колебаний включающие возбудители 12 и 15, приемники 13 и 16 и усилители 20 и 21, построенные как элементы положительной обратной связи с ограничениемThe controlled gas mixture enters through the pipe b into the measuring chamber, flows around the inner and outer surfaces of the hollow shell 8, the surface of the closed rod tuning fork 14 and leaves the densitometer through the pipe 7. Excitation and vibration removal systems including exciters 12 and 15, receivers 13 and 16 and amplifiers 20 and 21 constructed as positive feedback elements with a constraint

амплитуды выходного сигнала, обеспечивают автоколебательные режимы работы пустотелой оболочки 8 и стержневого камертона 14 на собственных резонансных частотах, зависящих от плотности контролируемой среды. Однако вследствие того, что собственная распределенная масса пустотелой оболочки значительно меньше, чем у стержневого камертона, чувствительность последнего к изменению плотности газа пренебрежимо мала.the amplitudes of the output signal, provide self-oscillating modes of operation of the hollow shell 8 and the rod tuning fork 14 at natural resonant frequencies, depending on the density of the controlled medium. 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 высокодобротные 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 body 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

°J° j

- 4 -- 4 -

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 and a receiver and an amplifier, characterized in that the ends of the shell are rigidly connected by two rods located in the plane of installation of the rigid elements, and in the housing there is an additional system of excitation and removal to oscillations, moreover, the pathogen and receiver of one system are located in the plane of installation of the rods and the other in the perpendicular plane, and they are all mounted on a holder that is rigidly connected to the center of mass of the oscillating system, and to the body through a flexible suspension, while the center of gravity of the holder located in the center of mass of oscillatory systems.

2. The densitometer according to claim 1, characterized in that its housing consists of a base and a cover, while the resonators, pathogens and vibration detectors mounted on the holder are located in the cover, and the amplifiers are in the base.