SU857783A1 - Автоматический плотномер жидкости - Google Patents

Description

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано дл  измерени  плотности жидкостей, в частности дл  измерени  плотности топлив на борту летательного аппарата.

Известны и примен ютс  плотномеры жидкости , в которых используетс  зависимость собственной частоты колебаний упруго закреплен ноге крутильно колеблющегос  чувствительного элемента, погруженного в контролируемую жидкость, от плотности этой жидкости.

Известный плотномер жидкости содержит крутильно колеблющийс  чувствительный элемент , выполненный в виде цилиндра с лопас т ми, укрепленного на свободном конце консольно закрепленного трубчатого магю$тоупругого стержн , обмотки возбуждени , преобразователь крутильных колебаний чувствительного элемента в периодический электрический сигнал и усилитель. Обмотки возбуждени  установлены взаимноперпендикул рно , причем одна обмотка выполнена тороидальной, проход щей сквозь трубчатый магнитоупругий стержень, а втора  обмотка - коаксиальной и охватывает

стержень. При сложении переменного продольного магнитного пол  в трубчатом стержне, создаваемого током коаксиальной обмотки возбуждени , и посто нного кругового магнитного пол , создаваемого током тороидальной обмотки возбуждени , получаетс  результирующее поле в форме пространственной круговой спирали-геликоиды , периодически измен ющейс  в пространстве и во времени с частотой перемен ного тока коаксиальной обмотки возбуждени .

to

Следствием изменени  этого результирующего пол   вл етс  возникновение упругих сил, вызьюающих крутильные колебани  стержн  и всего чувствительного элемента. Чувствительный элемент,  вл  сь частотнозависимой цепью, вклюIS чен в обратную св зь усилител , в нем поддер живаютс  незатухающие колебани  на собственной частоте, котора  одаозначно определ етс  присоединение массой жидкости, пропорциональной плотности этой жидкости, и  вл етс 

20 мерой плотности контролируемой жидкости И.

Claims (3)

1. Недосхатком этого устройства  вл етс  низка  точность изксерени  плотности в зких жидкостей . Известен также плотномер жидкости, содер жащий крутильне-колеблющийс  элемент с радиальными лопаст ми, электромагнитную систему возбуждени  колебаний, преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегос  элемента в периодический электрический сиг нал индукционного типа (амплитуда его выходного сигнала пропорциональна амплитуде скорости колебаний крутильно колеблющегос  элемента ), соединенный с измерителем частоты и со входом усилител , охваченного автоматической регулировкой усилени . Выход усилител  через фазосдвигающую цепь соединен со входом усилител  мощности, выход которого подключен к обмотке электромагнитной системы возбуждени . Компенсаци  вли ни  в зкости контролируемой среды в этом устройстве достигаетс  разворотом вектора крут щего момента на фиксированный угол 7Г/4 с изменением его по абсолютной велкшне при изменении в зкости, Последнее достигаетс  стабилизацией амплитуды скорости колебаний крутильно колеблющегос  элемента с помощью регулнрова1ш  коэффициента усиле1ш  усилител  по отклоне ш  выходного сигнала преобразовател  мехагшческих колеба1шй при изменении в зкос ти, контролируемой . 2. Недостатком устройств.,, выполненных по схеме автогенератора при включении частотно , зависимой цепи в обратную св зь усилител ,  вл етс  низка  точность и помехоустойчивость измерени  плотности жидкости, обусловлега Ь е нетоаюй фиксацией собсгве шой частоты и малой ама; итудой колебаний. Наиболее близким по техьшческой сущности  вл етс  плотномер жидкости, содержащий кру тильно колеблющийс  элемент в виде консольно закрепленного трубчатого магнитоупругого стержн  с укреплеш1ым на его свободном конце цилиндром с радиальными лопаст ми, взаимноперпенд}1кул рные обмотки возбуждени : коаксиальную и тороидальную, преобразователь мехаш ческих колебаш й в периодический сигнал , а также фазовый детектор, интегратор и управл емый генератор, последовательно соединенные межхсу собой, фазосдвига.ющую цепь и измеритель частоты. Сигнальный -вход фазового детектора подключен к выходу преобразовател  механических колеба1шй чувствительного эле;мента, а опорный вход через фазосдвигающую цепь к выходу управл емого генерттора Кроме того, выход управл емого генератора соединен с коаксиальной обмоткой возбуждени  и измерителем тастоты. Тороидальна  обмотка возбуждени  подключена к источнику .посто нного тока 3. Однако известное устройство имеет недоста точную точность при измерении плотности жидкостей в широком диапазоне изменени  в зкости . С1шжение точности измерений обусловлено движением в в зкой жидкости конструктивной цилиндрической поверхности, на которой укреплены радиальнью лопасти, создающей в жидкости волны сдвига. Возникновение этих волн приводит к увеличению присоеданенкого момента инерции за счет возникновени  дополнительной присоединенной массы и увеличени  демпфировани  чувствительного элемента за счет трени  в в зкой жидкости. Следствием этого  вл етс  изменение частоты собственных колебаний чувствительного элемента и измеиеиие амплитуды его колебаний. Цель изобретени  - повышение точности измерени  плотности жидкостей в широком щлапазоне изменени  в зкости. Поставлею1а  цель достигаетс  тем, что в плотномер жидкости, содержащий крутильно колеблющийс  элемент с укрепленнь ми на нем радиальными лопаст ми, взаимноперпендикул рные обмотки возбуждени , преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегос  элемента в.периодический электрический сигнал , фазовый детектор, интегратор, управл емый генератор, фазосдвигающую цепь и измеритель частоты, дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напр жени , компаратор напр жени  и сумматор, причем выход преобразовател  мехага1ческих колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора , опорный вход Которого через фазосдвигающую цепочку подключен к выходу управл емого генератора, соединенному со входом измерител  частоты и пассивным входом параметрического усилител , а вход управл емого генератора чс|жз интегратор подключен к выходу сумматора, к одному из входов которого подключен выход фазового детектора, а другой вход, соедииеиный с параметрическим входом параметрического усилител , подключен к выходу компаратора напр же ш , один из входов которого соединен с источю1ком опорного напр жени , а второй подключен к выходу детектора , при этом выход параметрического усилите .п  соединен с одной обмоткой возбуждени . Па чертеже представлена схема предлагаемого автоматического плотномера жидкости. Автоматический плотномер жидкости содержит крутильно. колеблющийс  элемент, выполненный в виде щишндра 1 с радиальными лопаст ми 2, укрепленного на свободном конце трубчатого магнитоупругого стержн  3 с помощью ст пицы 4. Другой конец стержн  3 жестко укреплен в основании 5. Обмотка 6 возбуждени  выполнена тороидальной, проход щей сквозь трубчатый стержень 3 и подключена к источнику посто нного тока. Обмотка 7 возбужде1ш  выполнена коаксиально, охватывает стержень 3 и подключена к выходу параметрического усилител  8 тока. Преобразователь 9 механ|1ческих колебаний чувствительного элемента в периодический электрический сигнал подключен к сигнальному входу фазового детектора 1 выход которого подключен к входу сумматора 11. Выход сумматора 11 через интегратор 12 соединен с входом управл емого генератора 13 Выход генератора 13 соединен с пассивным входом параметрического усилител  8 тока, входом фазосдвигаюшей цепи 14 и измерителем 15 частоты. Выход фазосдвигаюшей цепи 1 соединен с опорным входом фазового детектора 10. Вход детектора 16 соединен с сигнальным входом фазового детектора 10, а выход - с входом компаратора 17 напр жени , второй вход которого подключен к источнику 18 опор ного напр жени . Выход компаратора 17 напр жени  соединен с вторым входом сумматора 1 и параметрическим входом параметрического усилител  8 тока. Автоматический плотномер жидкости работает следующим образом. Крутильно колеблющийс  элемент погружен в контролируемую жидкость. При включении управл емого генератора 13 в коаксиальной об мотке 7 возбуждени  протекает переменный ток вызывающий по вление переменного продольного магнитного потока в стержне 3. Помимо магнитного потока в стержне 3 действует посто нный круговой магнитный поток Ф создаваемый посто нным током тороидальной обмотки 6 возбуждени . В результате взаимодействи  кругового и продольного магнитных потоков в стержне 3 создаетс  результирующий геликоидальный магнитный поток и, как следствие, по вл ютс  крутильные колебани , соответствующие частоте управл емо го генератора 13. Величина выходного сигнала преобразовател  9 индуционного типа пропорциональна амплитуде скорости колебаний чувствительного элемента . Тип преобразовател  механических колебаний обусловлен введением компенсации по в зкости: амплитуда выходного сигнала преобразователей по обобщенной скорости на частоте соб ственных ко ебаний чувствительного элемента определ етс  только приложенным крут щим моментом и общим демпфированием систем, составл юща  которого определ етс  величиной в зкости топлива и не зависит ни от частоты, ни от плотности контролируемой жидкости. Характерной точкой фазе-частотной характерисТИКИ выходного сигнала таких преобразователей  вл етс  прохождение ее через ноль при работе чувствительного элемента на собственной частоте . С выхода фазового детектора 10 сигнал в виде напр жени  посто нного тока пропорциональный разности фаз сигналов преобразователи 9 и сдвинутой фазы сигнала генератора 13 на 7Г/2 в фазосдвигающей цепи 14 подаетс  через сумматор 11 на интегратор 12, где интегрируетс  и поступает на управление частотой генератора 13. Сдвиг сигнала в фазосдвшающей цепи 14 на 7г/2 обеспешшает при использовании преобразователь 9 с выходом по обобщенной скорости переходную фазу фазового детектора, равной  /2. В результате действий системы фазовой автоподстройкн частоты в системе устанавливаютс  колебани  на собственной частоте чувствительного элемента, котора   вл етс  мерой плотности и измер етс  измерителем 15 частоты. Причемамплитуда колебаний определ етс  величиной напр жени  источника 18 опорного напр жени . Если посто нное напр жение на выходе детектора 16 пропорциональное сигналу на выходе преобразовател  9, равно напр жению источника 18 опорного напр жени , то сигнал коррекции на выходе компаратора 17 напр жени  равен нулю. При этом напр жение посто нной амплитуды на выходе генератора 13 усиливаетс  параметрическим усилителем 8 тока с начальным расчетным коэффициентом усапени , обеспечивающим необходимую величину крут  щего момента. Если контролируема  среда обладает в зкостными свойствами, то амплитуда колебаний резонатора уменьщаетс , на выходе компаратора 17 напр жени  по вл етс  сигнал коррекции посто нного тока, который, поступа  на второй вход сумматора 11, измен ет частоту управл емого генератора (физически осуществл етс  разворот вектора крут щего момента). Этот сигнал коррекции, поступа  на параметрический вход параметрического усилител  8 тока , измен ет его коэффициент усилени , измен   величину крут щего момента., Предлагаемое изобретение по сравнению с известными обеспечивает повьццение точности измерени  плотности авиационных тошпш в заданном диапазоне в щироком диапазоне изменени  нх в зкости за счет того, что, как величина крут щего момента, так ,  его фазовый сдвиг измен ютс  в соответствии с изменением в зкости. Испытани  предлагаемого устройства на макетном образце псжазало, что дочность измерени  плотности в нормальных услови х при шэменегаш в зкости в диапазоне сСт освысилось с 0,9% до 0,2%j Формула изобретени  Автоматический плотномер жидкости, содержащий крутильно колеблющийс  элемент с укрепленными иа нем радиальными лопаст ми, взаимнсшерпендикул рные обмотки возбуждени , преобразователь механических колебаний крутильно колеблющегос  элемента в периодический электрический сигнал, фазовый детектор, интегратор, управл емый генератор, фазосдвигающую цепь и измеритель частоты, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерени  плотности в зких жидкостей , в него дополнительно введены параметрический усилитель тока, детектор, источник опорного напр жени , компаратор напр жени  и сумматор, причем выход преобразовател  ме ха11ических колебаний соединен со входом детектора и сигнальным входом фазового детектора , опорный вход которого через фаэосдвига ющую цепочку подключен к выходу зшравл емого генератора, соед 1ненному со входом изТЯери38 тел  частоты и пассивным входом параметрического усилител , а вход управл емого генератора через интегратор подключен к выходу сумматора , к одному из входов которого подключён выход фазового детектора, а другой вход, соединенный с параметрическим входом параметрического усилител , подключен к выходу компаратора напр жени , один из входов которого соединен с источником опорного напр женин , а второй подключен к выходу детектора , при зтом выход параметрического усилител  соединен с одной обмоткой возбуждени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 636510, кл. G 01 N 9/10, 1979.
2. 2.Патент ФРГ N 1291138, кл. G 01 N 9/00, кл. 42 е 1/03, 1970.
3. 3. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2628162/18-25, кл. G 01 N 9/Ю, 1978 (прототип ) .