Дифференциальный вибрационный плотномер

 

ДИФФЕРЕ1ЩШ ЛЫ1ЬЙ ВИБРА1ДИОННЬЙ ПЛОТНОМЕР, содержащий два трубчатых резонатора, имеющих равныеплощади проходных сечений я снабженных устройством подвода контролируемой среды к обоим резонаторам, системы возбуждения и съема поперечных колебаний резонаторов, подключенных соответственно к выходам И входам усилителей, и блок вычитания частот резонаторов, к выходу которого подключен частотомер, о тличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности согласования с системам автоматического управления процессами производства путем линеаризации функции преобразования, резонаторы вьтолнены одинаковой длины с различными толщинами стенок и статическими моментами Инерции сечений, соотношение которых выбрано из следующего уравнения: 3 1 где J , J. статические моменты инерции сечений резонаторов относительно О в осей колебаний , А., В (Л постоянные резонаторов, равные отношению погонс ных масс ш., m сг2 стенок к площади F проходного сечения-. m СТ1 р П1СТ2 , А -п (ЭО начальное значение кон--I тролируемой плотности, около которого ос тцествляется линеаризация.

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (I 91 (1() (5()4 G 01 N 9 00 уравнения: ходного сечения;

А ш . В и

F F

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3690225/24-25 (22) 31.10.83 (46) 23.10.85. Бюл. (- 39 (72) !0.К. Тарененко (53) 532.14 (088.8) (56) Авторское свиде гельство СССР ((269546, кл. С 01 И 9/00.1970.

Фельдблом П.П., Е.А.

Анализ виброчастотного метода измерения плотности. — Труды ВНИИКАнеф.

1егаз. Вып.2., Недра, 1968, с. 246. (54) (57) ДИ(ФЕРЕ(ЩИАг(Ы(ЬП(ВИБРАЦИОННЬ(Й ПЛОТНО((ЕР, содержащий два трубчатых резонатора, имеющих равные площади проходных сечений и снабженных устройством подвода контролируемой среды к обоим резонаторам, системы возбуждения и съема поперечных колебаний резонаторов, подключенных соответственно к выходам и входам усилителей, и блок вычитания частот резонаторов, к выходу которого подключен частотомер, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности согласования с система и автоматического управления процессами производства путем линеаризации функции преобразования, резонаторы выполнены одинаковой длины с различными толщинами стенок и статическими моментами Инерции сечений, соотношение которых выбрано иэ следующего где J„, J — статические моменты инерции сечений резонаторов относительно осей колебаний;

А .,  — постоянные резонаторов, равные отношению погонш ст2 стенок к площади Г проначальное значение кон1Н тролируемой плотности, около которого осуществляется линеаризация.

1187014 ((3(;бр(зтени(1 0TIIoси гся к яналити .-!(с«01(у приб((ростроеш(ю и пред»азня=(е»с;1(1я автоматического пзмере—

t:.tIÿ » 10 r;iocTII жидких сред в потоке

ripi! сблягопр итнь(х условия эксплуат:L!JHH — колеба»иях температуры, да Вле(»1я, !зязкос ги ко:(Tðîëèðóåì»rx сред.

Целью пзосретения является обеспечеш(е Возможности согласования с системами автоматического упрявле!шя процессами производства путем л(гнеаризации +ykttcltktt; 17реобрязовяния.

)!я фиг. 1 !1plt!3eден Один из Вари ан гов в»t(IOJlttettHH. датчика предла:"аемо! о ди(Яерс гц11яльнсго плоrttOMepr1 »а фиг.2 — сечение датчика, Вы-!

".Олнek!kieгo пз кругл»1х трубок, на фпг. 3 — cxelta It!!I!to tet!HI! датчика

11ЛО Г!! 01!С ОI! . г!; 74г(соле()жз(г !Ва тсубчаг»г< ир i..->то-, (ы. резон:7,cpа и 2, ж(=сткс закре! л=»tit,rx o»ù7"tii г; опорах 3 и 4.

Дат -гпк 1!!О.г»01(cp(t снабже11 устройствами по (»сдя 3 и отво (а 6 контролируемой среды из обоих резонаторов.

Труб : »сзс )аторов имеют одт(аковые 1(7ГЩ.Д вЂ”;.1 Г. 1."(P ((ЯЛО J, 1!O Р,gЗ,г(11» 1»1.." (((,(;1(»1 С, 0».З(. О, и 2 ..00—

t!e ri(." ., С.аги (вский коме»т инерции .Т --; )во-гс ре30.!Ilгора соответст:;ует

=-1(к.. :аг"Iй 020., (Я мсме»1 H»(рц(зи

В горо« ре "=,ош тора;:.Оств(етствует сс! «Сгле ба:".=,й 0, 0,.,7(:я обе с:ечеппя к(лаба:":,;. . От»ос -",гельнс указа»н*.г< осей »горой резонатор снабжен вэзбу—

Л11тел:"::"i 7 10;!С(1»иком 8 „. усилителем

9, - 1:е)з(31.1Г(— пр1гсм»иком 10„во збу;,:.,Тел:.. (I 1, ус.tl!)толем 12 вклю:!еннымп r!0;- м= явтсгенератора. Усилитее,(! 1 110(д1:лк(1е н»1 к О. 101() 1 3 В»1чит я

»ия ча стст ре зо:(аторов который чере (!! !(зк 0 !rtcт0т»ы;"1 фильтр 1 4 подкг-г((ч(»;г ((я; тстс.,tepy 1 > .

7(с((е;(т 1(»ерц1н) 3 сечения пе.рвол г0 пе"-0(штора ВС21е(!С)вие орие»тяции оси се 1е:гия может быть обеспече.1 больягп! моме»7ом, чем момент инерции сече»ивЂ,Т, второго резонатора, При

«ыборс - - cr мсж»о обеcile »1ть зыпот((зепи(ус.)Опия з»1неаризяции.

При р;боте 1»OTktottepa контролиРуС МЯЯ С(ЗЕДЯ r!PH r:ÎМОЩИ УСТРО!".:С гВ

5 и " --10; ускается k»itóòpH трубчатых ре".(Оняторов 1 и ":. Peзонатор 1 имею. (гий б; -1ь.()ий С7»1Т!!ческий момент инер101п с с 4:е tttii7 .) и бс:1ь((ую на -Iяльную

Г(,, KolieблетсH таль»ой плОскОсти при НОМОщн rlpH емшп;а 10, усилителя 12 и Возбудителя 11 колеба1гий с частотой f б шзкой к ег0 резо»а»с»ой частoTc пpH заполнении контрОлирусмсй жид— костью. Второй резонатор ко.(еблет— ся в вертикальной плоскости при г.смощи приемник - 8, усилите.1я 9, Возбудителя 7 с частотой

Разность частот резонаторов выделяется в блок 13 вычитания частот резонаторов и низкочастотном фильтре 14 линейно, вследствие выполне»ия условия линеаризации, за I5 висит от плотности контрслируемой среды и измеряется частотомером 15.

В случае, если резонатор:.,t -,иффере1гцияльного плотномеря имеют

20 круглое сечение, момент инерции

cewek»tkI «e зави" èò от напра»ле»ня кслебаш1й и при сди»акош!х

11»утреншзх диаметрах к резонаторов больший момент инеpIIHti сече!»1я

25 имеют резонаторы с бол1.1(1ей1 толщиной степки.

При этом

7-. — „7(Д щ ь1

)3 74 .

4.(2 4 2( (i1)2

У) (2 7 (, (.! 1, 1

pe30tI 1ТороВ круглсгО сечения сле дует также„ что при "гз ) г Л и Выполне He линеаризации легко обеспечить.

В указанном датчике ссуществл1(ется линеясизяция функl!ии пвеобря- снаt Hkt

lглотнссти В разность Й НЯстст Вибо раторов. (",ля этого рас:-:,"(адывяют ..радуировочнь1е функпии f„ t p) и f-(р! двух резонаторов В ряды Тейлора в окрестностях точки 1 =р,, и,сграничиВяясь дсстатoU!10H д:1я инжснерн1(х

РаСЧЕтОВ тОч»ОСтЬЮ вЂ” ТРЕМЯ ЧЛЕНаМИ ряда, получаем

g I, p)=T«)„)Е„ I,)ZIk 4О 5> „ p„1ар

1,, О)=12, р,.1 „,р „!аГ-С, г, . „ 4Ь2 (1, 4!.д(у --51 -y; Р— it;v! а!üíîå 3(ta !(.ние

35 где D, и D > — вели пгна диаметра ) езоняторов Ы;и d2 толщины их стенок, у — п.1отность материала рез;(ато;-.ов ()з приведенных ссотнсш -::-зй для

1187014

30

Таким образом, )

1KTfz I ш Щх

27tg 2 г

2Г Р2

Е3 2=

21) Е2 (В+Р) 50 д2

1(Н) 2 где

; («j плотности, около которого осуществляется линеаризация.

Вычитая из первого соотношения второе, получаем разложение функции преобразования рассматриваемого дифференциального датчика: (!Рн) hl ê)1 p (Р ) 1(РнЦ

"(" (l " i) h )) r

Из полученного соотношения следует, что первый его член является начальной частотой датчика f которая путем перемещения дополнительного груза может быть обращена в ноль вследствие равенства (pн)=4(p ) . () Второй член разложения f опреде1 ляет абсолютную чувствительность датчика и равен разности абсолютных чувствительностей S u S составляющих его вибраторов: S = S„— S2. г

<1 df 2 (4) ,) г

Для обеспечения высокой результирующей чувствительности датчика чувствительности Б и Б должны раз2. личаться: где n — положительное числое, целое или дробное.

Третий член разложения Е . определяет погрешность линейности функции преобразования, которая обращается в ноль при условии

qt еТ . в)

le 4 Ill + ГП ст постоянная, зависящая от способа крепления концов гибраторов;

EJ — изгибная жесткость вибраторов ш,, m — погонные плотности стенки вибратора и

5 жидкости соответственно;

m — распределенная масса груза;

Х вЂ” расстояние от опоры

10 второго вибратора до центра тяжести дополнительного груза с массой М; и 1 — длины вибраторов.

15 Подставляя выражения (7) — (8) в соотношение (3), (5) и (6) с учетом того, что в начальной точке диапазона измерения т . = m„, получаем

1 = )1+ Ф . (1Ц

Выполнение резонаторов датчика с различными толщинами стенки и с одинаковыми длинами позволяет обес-. печить различные частоты f (р н

35 f2 (pz), а следовательно, абсолютные чувствительности к плотности. Это позволяет обеспечить высокую чувствительность датчика в начальной точке диапазона измерений. Условие, 40 накладываемое на соотношение J /J г обеспечивает выполнение соотношения (6) и линеаризованную функцию преобразования плотности в частоту f . Преобразовав (7) и (8) с

45 учетом 3,= 82 =P, m, =О, т,; шстг FB K my ш» Fp»

Определяя первые и вторые производные от f f по -у в точке

1187014

Приравнивая выражения (17) и (18), получаем условие линеаризат1 F(A+() Фиг. 2

Составитель В. Крутин

ТехредЛ.Мартяшова 1<орректор О. Луговая

Редактор О. Черниченко

Заказ 6539/47

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Ej2 (2

2 (Ун) 8)7И

А"-р„

1 Рк г ч)

+1н)