Устройство для определения параметров спиртосодержащей жидкости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для определения объема, концентрации и температуры жидкой среды, и может быть использовано в спиртовой и водочной промышленности для определения количества абсолютного ("безводного") спирта в потоке спиртосодержащей жидкости. Устройство содержит расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из внутреннего приемного цилиндра со входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками. Устройство также содержит входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя. Устройство включает узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары и пластинчатого обтюратора, закрепленного на оси барабана, плоскость обтюратора перпендикулярна оси барабана, причем излучатель и фотоприемный элемент оптоэлектронной пары расположены по обе стороны плоскости обтюратора и подключены соответственно к дополнительному выходу и входу преобразователя. Изобретение позволяет повысить точность определения параметров спиртосодержащей жидкости. 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно - к комбинированным приборам, определяющим объем, концентрацию и температуру жидкой среды, и может быть использовано в спиртовой и водочной промышленности для определения количества абсолютного ("безводного", т.е. 100%-ного) спирта в потоке спиртосодержащей жидкости.

Известны "контрольный снаряд" КС-35 [1] для учета спирта и аппарат спиртоизмеряющий контрольный ВКА-2М [2], содержащие платформу, на которой установлены приемный цилиндр, связанный через соединительную трубку с внутренним цилиндром барабана, разделенного на три секции. Барабан расположен в полуцилиндрическом корпусе, в нижней части которого размещена отводная трубка, в приемном цилиндре расположен сферический поплавок, связанный с механизмом учета и корректировки крепости анализируемой спиртосодержащей жидкости, спиртометрическая шкала с указательной стрелкой и механический счетчик количества абсолютного спирта.

Непрерывный поток спиртосодержащей жидкости, проходящей через аппараты, приводит во вращение трехсекционный измерительный барабан цилиндрической формы, вместимостью 15 л (5 л х 3). Вращение барабана передается на счетчик спирта, который учитывает количество пятилитровых выливаний из секций барабана и тем самым производит подсчет количества спиртосодержащей жидкости, прошедшей через барабан.

Текущее значение крепости (концентрации) спиртосодержащей жидкости показывает указательная стрелка на спиртометрической шкале.

Положение указательной стрелки определяется положением поплавка в приемном цилиндре аппарата, степень погружения которого зависит от концентрации находящейся в приемном цилиндре спиртосодержащей жидкости.

Количество безводного спирта, содержащегося в прошедшей через аппарат спиртосодержащей жидкости, учитывается счетчиком безводного спирта, на который передается не только количество колебаний спиртометрической шкалы, соответствующее количеству пятилитровых выливаний из секций барабана, но и длина дуги, пройденной спиртометрической шкалой. Рабочий профиль спиртометрической шкалы составляет некоторую функцию плотности спиртосодержащей жидкости и построен так, что угловое перемещение шкалы до встречи с указательной стрелкой при разной концентрации спиртосодержащей жидкости пропорционально содержанию в нем безводного спирта.

Таким образом, счетчик безводного спирта будет учитывать только количество безводного спирта, содержащегося в спиртосодержащей жидкости.

Конструкция этих аппаратов основана на достижениях точной механики XIX века. Принцип их работы и конструкция разработаны еще в 1886 году и по существу не претерпели принципиальных изменений до настоящего времени.

Недостатком таких аппаратов является их сложность и дороговизна, обусловленная наличием большого количества механических деталей и узлов, требующих высокой технологии производства.

В настоящее время имеются прецизионные датчики и микроминиатюрные электронные средства вычислительной техники, на базе которых созданы устройства для определения количества безводного спирта в спиртосодержащей жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для определения параметров потока спиртосодержащей жидкости [4] , содержащее расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из внутреннего приемного цилиндра с входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя.

Такому устройству также присущи отмеченные выше недостатки - сложность конструкции и недостаточная точность определения объема безводного спирта в потоке спиртосодержащей жидкости.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, достигается в устройстве для определения параметров потока спиртосодержащей жидкости, содержащем расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из внутреннего приемного цилиндра с входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя, тем, что оно содержит также узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары и пластинчатого обтюратора, закрепленного на оси барабана, плоскость обтюратора перпендикулярна оси барабана, причем излучатель и фотоприемный элемент оптоэлектронной пары расположены по обе стороны плоскости обтюратора и подключены соответственно к дополнительному выходу и входу преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: - на фиг. 1 показана конструкция устройства (а - вид спереди со снятым кожухом; б - вид сверху со снятым кожухом; в - барабан в разрезе по А-А; г - взаимодействие опорных элементов с платформой, на которой установлены механические узлы и элементы устройства); - на фиг. 2 приведена функциональная схема устройства; - на фиг. 3 показано подключение преобразователя к механической части устройства, содержащей измерительный барабан и датчики.

Устройство (фиг. 1) содержит расходомер, выполненный в виде барабана 1, состоящего из приемного цилиндра 2, секторов 3 и вала 4 с подшипниками 5.

На боковой поверхности цилиндра 2 расположены входные щели 6, связанные с секторами 3, сливные каналы 7 которых расположены на внешней боковой поверхности барабана 1 (фиг. 1в).

Устройство содержит также входной штуцер 8, промежуточный трубопровод 9, конец которого расположен в приемном цилиндре 2, накопительную емкость 10, в которой расположены датчик 11 плотности и датчик температуры (не показан), сливную емкость 12 с выходным штуцером 13.

Кроме того, устройство содержит электронный преобразователь 14, блок 15 вычислений и блок 16 индикации, соединенный с выходом блока 15 вычислений, вход которого подключен к выходу электронного преобразователя 14, с одним из входов которого соединен выход датчика 11 плотности (фиг. 2).

Устройство содержит также узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов 17, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана 1, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары 18 и пластинчатого обтюратора 19, закрепленного на оси барабана 1.

При этом плоскость обтюратора 19 перпендикулярна оси барабана 1, причем излучатель 20 и фотоприемный элемент 21 оптоэлектронной пары 18 расположены по обе стороны плоскости обтюратора 19.

Механические детали и узлы закреплены на платформе 22, расположенной на трех опорных элементах 23 и 24 (на фиг. 1а,г показаны только два элемента). Два опорных элемента 24 выполнены в виде винтов для обеспечения возможности регулировки платформы 22 и установки ее в строго горизонтальное положение. Для контроля за горизонтальностью установки платформы 22 служит индикатор 25, выполненный в виде прозрачной камеры с воздушным пузырьком.

Устройство заключено в защитный кожух 26.

Электронная часть устройства (фиг. 2) состоит из электронного преобразователя 14, блока 15 вычислений, блока 16 индикации и упомянутой выше оптоэлектронной пары 18, состоящей из излучателя 20 и фотоприемного элемента 21, относящихся вместе с обтюратором 19 к датчику 27 угла поворота.

Датчик 11 плотности и датчик 28 температуры подключены соответственно к первому и второму входам электронного преобразователя 14.

Излучатель 20 и фотоприемный элемент 21 соединены соответственно с дополнительным выходом и входом преобразователя 14.

Электронный преобразователь 14 предназначен для преобразования аналоговых сигналов, поступающих от датчика 11 плотности и датчика 28 температуры, в цифровую форму, а также для запитки излучателя 20 необходимым рабочим напряжением и подсчета импульсов, поступающих от фотоприемного элемента 21 и соответствующих количеству заполняемых секторов 3 барабана 1.

Конструктивно большинство электронных узлов и элементов объединенo в электронный блок 29, на передней панели которого имеется табло 30 для отображения информации (фиг. 3).

Электронный блок 29 подключен к источнику электропитания (не показан) посредством электрокабеля 31 и связан с датчиками 11, 27 и 28, расположенными в кожухе 26 посредством информационных кабелей 32.

Для удобства эксплуатации кожух 26 снабжен опорными элементами и петлями 33, что позволяет устанавливать механическую часть устройства на горизонтальную поверхность или повесить на стенку.

Выходной штуцер 13 через гибкий шланг 34 связан с выходной накопительной емкостью (не показана).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии платформа 22 посредством регулировочных опорных элементов 24 выставляется строго в горизонтальное положение. Контроль за горизонтальностью платформы 24 осуществляется по индикатору 25, воздушный пузырек которого должен находиться в центре.

Центр тяжести барабана 1 сбалансирован с помощью балансировочных элементов 17 на специальном стенде (не показан).

Перед началом работы барабан 1 находится в произвольном состоянии, электронный блок 29 подключен к источнику электропитания, на электронном табло 30 - нулевые показания.

При поступлении спиртосодержащей жидкости во входной штуцер 13 вначале заполняется накопительная емкость 10, в которой расположены датчик 11 плотности поплавкового типа и датчик 28 температуры (например, полупроводникового типа).

На выходах этих датчиков формируются информационные сигналы, соответствующие плотности и температуре t спиртосодержащей жидкости, которые по информационным кабелям передаются в электронный блок 29 на соответствующие входы электронного преобразователя 14.

При переполнении накопительной емкости 10 спиртосодержащая жидкость через промежуточный трубопровод 9 поступает в приемный цилиндр 2 барабана 1, который заполняется, и спиртосодержащая жидкость через входную щель 6, занимающую самое нижнее положение по отношению к другим щелям 6, перетекает в один из секторов 3, связанный с данной входной щелью 6.

По мере заполнения сектора 3 спиртосодержащей жидкостью барабан 1 начинает плавно поворачиваться. Как только сектор 3 окажется максимально заполненным спиртосодержащей жидкостью, центр тяжести барабана смещается, и он вновь продолжает поворачиваться в том же направлении, при этом спиртосодержащая жидкость начинает выливаться из заполненного сектора 3 через сливной канал 7 в сливную емкость 12.

Поскольку с барабаном 1 на одном валу 4 закреплен обтюратор 18 (пластина, выполненная в форме правильного треугольника), то он перекрывает оптический канал между излучателем 20 и фотоприемником 21, в результате чего оптоэлектронной парой 18 формируется одиночный импульс, поступающий на дополнительный вход электронного преобразователя 14.

Один счетный импульс с оптоэлектронной пары 18 соответствует прохождению объема спиртосодержащей жидкости, равному объему сектора 3 барабана 1.

Объемы всех трех секторов 3 барабана 1 являются одинаковыми с учетом величины технологической погрешности изготовления данного механического узла (барабана).

В памяти электронного преобразователя 14 в цифровом виде на этапе калибровки предварительно записана константа V^норм, соответствующая объему одного сектора 3 при нормальной температуре (t = 20^oC).

Поскольку спиртосодержащая жидкость поступает во входной штуцер 13 непрерывно, то аналогичным образом из цилиндра 2 будет заполняться следующий сектор 3 через соответствующую входную щель 6, а из предыдущего сектора 3 спиртосодержащая жидкость будет продолжать выливаться в сливную емкость 12 и удаляться из нее через выходной штуцер 8.

При этом от электронной пары 18 будут непрерывно поступать счетные импульсы, по количеству которых можно сулить об объеме прошедшей через барабан 1 спиртосодержащей жидкости.

Счетные импульсы непрерывно подсчитываются в электронном преобразователе 14 и пeредаются в блок 15 вычислений.

Одновременно с этим в блок 15 вычислений поступают данные в цифровом виде о плотности и температуре спиртосодержащей жидкости.

Блок 15 вычислений по определенному алгоритму вычисляет количество безводного (100%-ного) спирта, содержащегося в прошедшей спиртосодержащей жидкости.

В вычислительном блоке 15 реализуется алгоритм определения количества безводного спирта с учетом следующих функциональных зависимостей: V^безв(t,) = c^изм(t)V^изм(t,). (1) где V^безв(t,) - реальный объем безводного спирта (вычисляемый в блоке 15) в спиртосодержащей жидкости, приведенный к нормальным условиям (t = 20^oC); с^изм (t) - концентрация этилового спирта в спиртосодержащей жидкости при температуре t (определяемой с помощью датчика 28 температуры); V^изм(t,) - измеренный объем спиртосодержащей жидкости при температуре t и плотности (определяемой с помощью датчика 27 угла поворота); Концентрация с^изм (t) спирта связана с измеренной при температуре t плотностью ^изм(t) спиртосодержащей жидкости (определенной датчиком 11 плотности) следующей зависимостью: c^изм(t) = K_c^изм(t); (2)
где K_с - коэффициент пропорциональности.

Плотность спиртосодержащей жидкости зависит от ее температуры
^изм(t) = ^изм_норм[1+K(t-t_н)], (3)
где ^изм_норм - значение измеренной плотности при нормальной температуре t_н = 20^oC;
K - коэффициент пропорциональности.

При этом объем V^изм(t) емкостей секторов 3 барабана 1 в зависимости от температуры t окружающей среды также будет изменяться по линейной зависимости
V^изм(t,) = V^норм[1+K(t-t_н)], (4)
где K - коэффициент пропорциональности;
V^норм - объем емкостей секторов 3 барабана 1 при нормальной температуре.

Из выражений (1)-(4) имеем окончательное выражение для определения количества безводного спирта, приведенного к нормальным условиям, реализуемое в блоке 15 вычислений

При этом необходимо отметить, что наряду с константой V^норм, о которой было сказано выше, в памяти электронного преобразователя 14 в цифровом виде на этапе калибровки предварительно записаны константы K_с, K и K.

Полученные результаты (вычисленный объем безводного спирта, содержащегося в спиртосодержащей жидкости, и измеренные значения плотности и температуры) отображаются на табло 30 электронного блока.

Механические узлы устройства, контактирующие со спиртосодержащей жидкостью, изготовлены из нержавеющей стали.

Электронная часть устройства реализована на современных элементах аналоговой и цифровой вычислительной техники с использованием микропроцессоров.

Опытный образец устройства прошел промышленные испытания и показал надежную работу и достаточную точность определения параметров спиртосодержащей жидкости.

Источники информации
1. Гавалов И.В. Контрольный снаряд для учета спирта.- М.: Пищевая промышленность, 1952.

2. Аппарат спиртоизмеряющий контрольный ВКА-2М (проспект ТОО "Бюро Комплекс"), 141080, Московская обл., г. Юбилейный.

3. Siemens. Тrommelzahler und Mengenme gerate fur Alkogol. Katalog MP 13. Teil 7, 1989.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров спиртосодержащей жидкости, содержащее расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из приемного цилиндра со входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя, отличающееся тем, что оно содержит узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары и пластинчатого обтюратора, закрепленного на оси барабана, плоскость обтюратора перпендикулярна оси барабана, причем излучатель и фотоприемный элемент оптоэлектронной пары расположены по обе стороны плоскости обтюратора и подключены соответственно к дополнительному выходу и входу преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3