SU960575A1 - Вибрационный плотномер - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к приборам для. точного измерения плотности и массовых расходов жидкостей и газов и может быть использовано в химической, лакокрасочной, * нефтеперерабатывающей, пищевой я других ⁵ отраслях промышленности.

Известны вибрационные плотномеры, принцип действия которых основан на зависимости собственной частоты колебаний ₁₀ упругого элемента (трубки, оболочки или пластины) от плотности контактирующих с ним жидкости иди газа.

Недостаток этих плотномеров состоит в том, что частота колебаний резонато- ₁₅ ра, являющаяся выходным сигналом, зависит а» только от плотности среды, но и от ее температур!ы, изменяющей модуль упругости и линейные размеры резонатора.

Известны также вибрационные плотно- го меры, в которых компенсация температур-, ной погрешности осуществляется с помощью термочувствительного элемента, сигнал которого вычитается из сигнала датчика плотности. Указанный элемент может быть выполнен в виде механического резанатора, располагаемого в плотномере таким образом, чтобы его температура была равна температуре контролируемой среды [1] и [2].

Принцип компенсации температурной погрешности при использовании таких элементов состоит в том; чтобы обеспечить равенство температурных приращений частот колебаний датчика плотности ώί^(ρ) и термочувствительности элемента д £|.(ί) при изменении температуры' среды на величину д-t , т.е.

Д1 (1) . (3) ί где и oLq_ - температурные коэффициенты частоты датчика и термочувствительного элемента.соответственно;

^fJ>

— частота колебаний датчика плотности, соответствующая текущему зна- — чению плотности р среды;

— частота колебаний термочувствительного эле.мента при начальной температуре.

Как видно из выражений (2) и (3) выходной сигнал термочувствительного элемента зависит только от изменения “его температуры, тогда как температурная погрешность датчика плотности зависит от температуры и от частоты £р , т.е. от плотности среды. Поэтому в из- , вестных плотномерах частоту колебаний термочувствительного элемента при его начальной температуре подбирают такой, чтобы обеспечивалось равенство (1) при некоторой начальной плотности р₀ и только в этой точке достигается полная компенсация температурной погрешности датчика плотности.

Наиболее близким по технической сушк изобретению является вибрациплотномер, содержащий два трубвибродатчика с разными жесткосВлбродатчик с меньшей жесткостью больший коэффициент преобразоваto

IS ности онйый чатых тями.

имеет ния, а вибродатчик с большей жесткостью за счет дополнительно установленной на нем постоянной массы имеет меньший _ч коэффициент преобразования. Путем перемещения дополнительной массы добиваются одинаковых частот колебаний трубок в начальной точке диапазона измерения. Поскольку жидкость протекает через оба вибродатчика, то они имеют одинаковую температуру и их температурные девиации частот вычитаются в блоке сравнения Сз].

Недостатком известного плотномера является то, что погрешность полностью компенсируется лишь в начальной точке шкалы, хотя внутри диапазона измерения она меньше, чем в известных устройствах. Полная компенсация температурной погрешности измерения во всех точках шкалы недостижима потому, что чувствительности датчиков к плотности отличаются. Кроме того, уменьшение [температурной погрешности измерения в устройстве происходит за счет снижения общей чувствительности плотномера потому, что в блока сравнения вычитаются и полез50

I

960575 4 ные сигналы вибродатчиков, зависящие от плотности.

Целью изобретения является увеличение точности измерения плотности жидкостей или газов путем полной компенсации температурной погрешности во всех точках шкалы.

Поставленная цель достигается тем, что в плотномер между температурно-частотным преобразователем и блоком сравнения введен умножитель, один вход которого соединен с выходом блока сравнения,, а второй - с выходом темпера·?? турно-частотного преобразователя, при этом выходы умножителя и частотного датчика плотности подключены к входам блока сравнения.

На чертеже изображена схема вибраци^ онного плотномера.

Плотномер содержит вибрационный датчик 1 плотности, температурно-частотный преобразователь 2, блок 3 сравнения, вторичный прибор 4 и умножитель 5.

Вибрационный плотномер работает следующий образом.

Сигнал с вибрационного датчика плотности подается на блок сравнения (например, смеситель). Одновременно выходной сигнал температурно-частотного преобразователя (например, камертонного резонатора, находящегося в тепловом контакте с измеряемой средой, или термометра сопротивления с аналого-частотным преобразователем выходного сигнала) поступает на один вход умножителя (например, управляемого делителя частоты) и далее с выхода умножителя - на блок · · сравнения. С выхода блока сравнения результирующий сигнал подается на второй 40 . вход умножителя и вторичный прибор (например, цифровой частотомер). При изменении температуры контролируемой среды на величину д-t возникает приращение сти частоты вибрационного датчика плотнод£|.(р), определяемое выражением где

- частоты колебаний датчика в [начальной точке диапазона I измерения плотности ;

А - постоянная датчика;

Δ.Ρ - отклонение плотности от начального значения, измеряемое плотнометром.

Одновременно’ изменяется выходной сигнал температурно-частотного преобразователя в соответствии с выражением . 960i (З). Для устранения температурной погрешности, возникающей при изменении плотности на величину др от начального значения, выходной сигнал частотноврёменного преобразователя умножается j нд масштабный коэффициент К, равный

В блоке сравнения происходит вычита- 10 ние частот температурно-частотного пре-’· образователя, умноженной на масштабный коэффициент К, из частоты вибрационного датчика плотности. Результат измерения, получаемый на выходе блока *5 сравнения, пропорционален только плотности контролируемой среды. Этот сигнал используется для управления масштабным коэффициентом и регистрируется вторичным прибором. 20

Использование нового элемента - умноч · жителя, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, повышает точность измерения плотности, по сравнению с известными устройствами, так как без потерь общей чувствительности схемы значительно уменьшаются погрешности измерения, вызванные изме75 6 нениями температуры контролируемой среды.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к взмерктельной технике, в частности, к 1фи6с1рам дл  точного измерени  плотностн   массовых расходов жидкостей и газов в мокет быть использовано в аимической, лакокрасочной нефгеп ерабатываюшей, шоцевсА и отрасл х промышленности. Известны вибрационные плотномеры, 1ФННЦИП действи  которых основан на зависимости собственной частоты колебаний упругого элемвкга (трубки, оболочки или пластины) от плотности коитактирующих с ним жидкости илв газа. Недостаток этих плотномеров состоит в .том, что частота колебаний резонатора ,  вл юща с  выходным сигналом, зависит о только от плотности среды, но и от ее температуру, измен кедей модуль упругости и линейные размеры резонатора. Известны также вибрациокнь1е плотномеры , в которых компенсаци  температур ной погрешности осуществл етс  с помощыо термочувствительного элемента, сигнал которого вычитаетс  вз сигнала датчика плотности. Указанный элемент может быть вьшолнен в виде механичес кого резанатора, располагаемого в плотномере таким образом, чтобы его температура была равна температуре кон1рол1фуемой среды Ct и 2. Принцип компенсации температурной погрешности при использовании таких элементов состоит в том; чтобы обеспечить равенство температурных при ращений частот колебаний датчика плотности ufitp) и термочувствительности . элемента af(t-) при изменё нии температуры среды на величину ut , т.е. Af(p)4f(i) (1) Af(p) (1) ft(t) де cl и oLQ - температурные коэффициенты частоты датчика и термочувствительного элеманта,соответсгвенн6; f-j - частота колебаний датчика плотности, соответ ствующа  текущему ана - чению плотности р среды; - частота колебаний термочувствительного эле .мента гфи начальной температуре. Как видно из Бьфажений (2) и (3) выходной сигнал термочувствительного элемента зависит только от изменени  его температуры, тогда как температурна  погрешность датчика ПЛОТ ЕОСТИ зависит от температуры и от частоты f р , т.е. от плотности среды. Поэтому в известных плотномерах частоту колебаний термочувствительного элемента при его начальной температуре подбирают такой, чтобы обеспечивалось равенство {1) при некоторой начальной плотности рд и только в этой точке достигаетс  полна  компенсаци  температурной погрешности датчика плотности. Наиболее близким по технической суш ноствг к изобретению  вл етс  вибрационный плотномер, содержащий два трубчатых вибродатчика с разными жестКост ми . Вибродатчнк с меньшей жесткостью имеет больший коэ4фициент преобразовани , а вибродатчик с болыдей жесткостью sa счет дополнительно установленной на нем посто нной массы имеет меньший , коэффициент преобразовани . Путем перемещени  дополнительной массы добиваютс  одинаковых частот колебаний трубок в начальной точке диапазона измерешш . Поскольку жидкость протекает через оба вибродатчика, то они имеют один ковую температуру и их температурные девиации частот вшчитаютс  в блоке сра внени  Сз.. Недостатком известного плотномера  вл етс  то, что погрешность полностью компенсируетс  лишь в начальной точке шкалы, хот  внутри диапазона измерени  она меньше, чем в известных устройства Полна  компенсаци  температурной погрешности измерени  во всех точках шкалы недостижима потому, что чувствительности датчиков к плотности отличаютс . Кроме того, уменьшение йремпературной погрешности измерени  и устройстве происходит за счет снижени  общей чувствительности плотномера потому, что в блока сравнени  вычитаютс  и полеэные сигналы вибродатчиков, завис щие от плотности. Целью изобретени   вл етс  увеличение точности измерени  плотности жидкостей или газрв путем полной компенсации температурной погрешности во всех точках шкалы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в плотномер между гоемпературно-частотным преобразователем и блоком сравнени  введен умножитель, один вход которого соединен с выходом блока сравнени ,, а второй - с выходом темперагу турно-частотного преобразовател , при этом Выходы умножител  и частотного датчика плотности подключены к входам блока сравнени . На чертеже изображена схема вибраци ошюго плотномера.. Плотномер содержит вибрационный датчик 1 плотности, температурно-частотный 1феобразователь 2, блок 3 сравнени , вторичный прибор 4 и умножитель 5. Вибрационный плотномер работает следующий образом. Сигнал с вибрационного датчика плотности подаетс  на блок сравнени  (например , смеситель). Одновременно выходной сигнал температурно-частотного пре- образовател  (например, камертонного резонатора, наход щегос  в тепловом контакте с измер емой средой, или термометра сопротивлени  с аналого-частотным преобразователем выходного сигнала) поступает на один вход умножител  (нагфимер , у1фавл емого делител  частоты) и далее с выхода умножител  - на блок сравнени . С выхода блока сравнени  результирующий сигнал подаетс  на второй вход умножител  и вторичный прибор (нахфимер , ци(й)овой частотомер). При изменении температуры контролир гёмой среды на величину ut возникает 1фиращение частоты вибрационного датчика плотности ufi(j)}, определ емое выражением &f(,f где f, -частоты колебаний датчика в начальной точке диапазона измерени  плотности ; -Посто нна  датчика; -отклонение плотности от начального значени , измер емое шгогнометром. Одновременно измен етс  выходной сигнал температурно-частотного преобразовател  в соответствии с вьфажением ( З). Дл  устранени  температурной погрешности , возникающей при изменени  плотности на величину uf от начального значени , выходнсй сигнал Частотн ременного 15)еобрааоватвл  умножаетс  нр масштабный коэффициент К, равный В блоке сравнени  происходит Вычитанив частот температурно-частотного ареобраао&ател , умноженной на масштаб- НЬ1Й коэффшшент К, из частоты вибрационного датчика плотности. Результат измерени , получаемый на выходе блока сравнени , пропорционален только плот ности кгонтролируемой среды. Этот сигнал используетс  дл  управлени  масштабным коэффициентом и регкстргфуетс  BTqpH4ным прибором. Использование нового элемента - умн жител , управл ющий вход которого соединен с выходом блока сравнени , повышает точность измерени  плотности, по сравнению с известными устройствами, так как баз потерь общей чувствительнос ти схемы значительно уменьшаютс  погрешности измерени , вызванные изме9 75 нени ми температуры контролируемой среды. Формула изобретений Ви ационный плотномер, содержащий чдототный датчик плотности, температур- . но-частотный хфеобразо&атель, блок срав нени  и вторичный прибор, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повыше-ни  точности, он дсшопнительно снабжен умножителем, один вход которого соеден нен с выходом блока сравнени , а второйс выходом температурно-частотного преобразовател , при эзюм выходы умножител  блока и частотного датчика-плотное ти подключены к входам блока сра нешш; Источники информации,. прин тые во внимание при експертизе I. Патент Франции М 2О86671, кл. G O1N 1972.
2. 2.Feesovo(evi G. Reicjbrenclszeru ipari 3UrUs qrerze1.eB6-k.Aulomq{:ijd eas . v:.9, № 3, 1976, S.,4-8. -- .I
3. 3. Авторское свидетельство СССР № 269546, кл, Gi OIN 9/lO,,1965.

   - J.