SU754259A1 - Плотномер жидкости - Google Patents

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для измерения плотности различных жидкостей и контроля состава про- дуктов по значению их плотности наг ^э пример, при технологическом контроле процесса брожения виноградного сусла.

Известно устройство для измерения плотности жидкостей, принцип действия которого основан на измерении гидростатического давления столба жидкости, пропорционального значению плотности последней [1] .

Недостатками его является низкая 15 точность, необходимость в дополнительных устройствах компенсирующих баластное давление,изменение характеристик в процессе эксплуатации,вызванное из-_ менением геометрии выходных отверстий <0 пнезмометрических трубок,обусловленное появлением различного рода отношений, а также нестабильностью расходных характеристик питающих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому

по технической сущности является плотномер колокольного типа,- состоящий из колокола, помещенного в контролируемую жидкость на определенную глубину, и измеритель давления 1.2] . 30

25

Недостатком устройства является значительная погрешность измерения плотности жидкости, вызванная колебаниями уровня жидкости под колоколом.

Цель изобретения - повышение точности измерения плотности жидкости.

Это достигается тем, что плотномер снабжен двумя цилиндрическими конденсаторами, один из которых установлен коаксиально в колоколе, а второй жест ко укреплен в сосуде на границе раздела жидкость-воздух, последовательно соединенными с блоком измерения разности емкостей, электропневмопреобразователем’ и регулятором давления,при этом оба конденсатора подключены к бдоку измерения разности емкостей,выход электропкевмопреобразователя соединен со входом "Задание" регулятора давления, вход которого подключен к измерителю давления,- а его выход подключен к линии питания сжатым воздухом.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез коаксиального цилиндрического конденсатора; иа фиг. 3 - схема блока измерения разности емкостей.

Устройство содержит колокол 1, внутри которого установлен коаксиаль754259

ный цилиндрический конденсатор 2,дру* гой конденсатор 3 установлен на границе раздела жидкость-воздух. Оба конденсатора подключены посредством Коаксиальных кабелей 4 и 5 ко входу блока 6 измерения разности емкостей, выход которого соединен с электропнев- 5 мопреобразователем 7. Регулятор 8 давления воздуха подключен к выходу измерителя 9 давления, выход преобразователя 7 соединен со входом "Задания" регулятора 8,а его выход подключен к 'θ линии питания колокола 1 сжатым воздухом, на которой установлен показывающий прибор 10.

Коаксиальные цилиндрические конденсаторы имеют идентичные характе- 15 ристики и конструкцию, показанную на фиг. 2.

Электродами' конденсатора являются цилиндрический корпус 11 и пустоте- 20 лый цилиндр 12, зажатый с двух сторон через изолирующие втулки 13 и .14 охранными электродами 15 и 16,укрепляемыми внутри корпуса 11 с помощью радиально расположенных винтов 25 17 и 18. К внутреннему электроду 12 конденсатора подключена центральная жила коаксиального кабеля 5, проходящего через центральное отверстие верхнего охранного электрода 15 и уплотненного в отверстии с помощью сальника 19 и нажимной гайки 20. Наружная* оплетка кабеля 5 подключена к охранному электроду 15.

Блок 6 измерения разности емкостей $$ может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг. 3.

Схема· содержит уравновешенный мост переменного тока, в нижние плечи которого включены конденса- 40

торы 2 и 3, а в верхние - постоянные резисторы 21 и 22, между которыми включен переменный резистор 23. К диагонали питания моста подключен симметричный выход генератора переменно- 45 го напряжения 24. Измерительная диагональ моста подключена ко входу усилителя переменного тока 25, на выходе которого включен детектирующий каскад 26.. ₅₀

Устройство работает следующим образом.

. Давление сжатого воздуха под колоколом 2 равно

Р=КТ, (1) 55

где Р - давление}

Н - расстояние от границы раздела жидкость-воздух до уровня жидкости в конденсаторе 2} · 60

φ - плотность контролируемой , Исйдкости.

Для определенности положим, что плотность "' жидкости меняется в пределах от до р,тогда диапазон 65

изменения плотности дг определяется как ,,

δΡ--Ηδ£. _ (2)

Для случая постоянного уровня контролируемой жидкости в некотором резервуаре изменение давления под колоколом 2 при условииН =соп51 соответствует изменению плотности контролируемой жидкости, т. е. ΔΡ = ΗΔ'3, (δ)

ΔΡ

откуда АуЗависимость (4)

лежит также в основе работы.известных плотномеров колокольного типа.

Однако, при изменении уровня жидкости меняется величина Н, что приводит к появлению погрешности измерения. В предлагаемом устройстве эта погрешность устранена благодаря тому, что конденсатор 3, установленный на границе раздела жидкость-воздух погружен в жидкость на глубину,равную расстоянию от нижнего.среза до уровня жидкости в датчике 2.

Известно, что емкость коаксильного цилиндрического конденсатора определяется выражением 0,2416?

где С_о-воздушная емкость конденсатора;

£ -длина центрального электрода; -диаметры внутреннего и наружного электродов, соответ-* ственно;

С_п-погонная емкость.

При частичном заполнении конденсатора его ёмкость равна сумме емкостей участка, заполненного жидкостью, и участка, заполненного воздухом.

С = С_И (« -К)+Е_х С-Ь = СДе + Ь(Е_м-1)], (6) где Ь -величина уровня жидкости в конденсаторе, отсчитываемая от его нижнего среза.

При изменении уровня контролируемой жидкости в резервуаре на некоторую величину при Р=сопзб (поскольку плотность жидкости не меняется) изменение уровней жидкости в конденсаторах 2 и 3 будет точно таким же,и их емкость изменяется на' одинаковую величину.

В блоке измерения разности емкостей 6 производится следующая операция С₂ -С, = [ £_г+Ь_г( Е_Х- Г)] +Ь,( Е_ж-1)] 7)

где индексы 1 и 2 относятся к датчикам 2 и 3.

При идентичных геометрических параметрах конденсаторов 2 и 3, т. е.

£57^1 ; Сгп= Сц<^-,

и одинаковой длине коаксиальных кабелей 4 и 5 имеем

Ч =(Ь₄-Ь_Ч) (Е^-1 ) , (8)

а при К, =Ь_Ч получаем

(9)

То есть, при изменении уровня жидкости в резервуаре выходной сигнал блока измерения разности емкостей 6 имеет нулевой уровень, задание регулятору давления воздуха 8 не изменится и давление Р под колоколом 2 оста5

754259

6

детея на прежнем уровне, следовательно, показания прибора 10 соответствуют определенному значению плотносги контролируемой жидкости.

При изменении плотности контролируемой жидкости изменяется уровень последней в конденсаторе 2, что приводит к изменению емкости последнего. 8 этом случае нарушается равновесие мостовой схемы, в плечи которой включены датчики 2 и 3, сигнал разбаланса усиливается усилителем 25, детектируется каскадом 26, преобразовывается в пневматический сигнал посредством преобразователя 7 и поступает в регулятор 8.

Регулятор 8 в этом случае вырабатывает сигнал, поступающий в линию питания колокола 2 сжатым воздухом, таким образом, чтобы восстановить' равенство уровней жидкости в конденсато рах 2 и 3. При этом изменяются показания прибора 10 и соответствуют новому значению плотности контролируемой жидкости.

Применение двух коаксильных цилиндрических конденсаторов в устройстве позволяет, кроме независимости показа ний прибора от изменения уровня, полу чить систему, инвариантную по отношению к изменению электрофизических свойств жидкости, таких как удельная электропроводность и диэлектрическая проницаемость.

30

10

15

20

25

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Плотномер жидкости, содержащий колокол, помещенный в. сосуд с контролируемой жидкостью на определенную глубину и соединенный с линией питания сжатым воздухом,и измеритель давления отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения плотномер снабжен двумя цилиндрическими конденсаторами, один из которых установлен коаксиально в колоколе, а второй жестко укреплен в сосуде на границе раздела жидкость-воздух, последовательно соединенными с блоком измерения разности емкостей, электропневмопреобразователем и регулятором давления,при этом,оба конденсатора подключены к блоку измерения разности емкостей,выход электропневмопреобраэователя соединен со входом "задание" регулятора давления,вход которого под ключей к измерителю давления,а его выход подключен к линии питания сжатым воздухом.