Вибрационный плотномер

Ю. К. Тараненко (72) Автор изобретения

Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф. E. Дзержинского (71) Заявитель (54) ВИБРАБИОННЫЙ П1ЮТНОМЕР

Изобретение относится к обпасти приборостроения и может найти применение в химической и нефтехимической промышпенности дпя измерения плотности жидких сред, например нефтепродуктов.

Известен погружной вибрацнонный ппот- номер, в котором с целью повышения добротности датчик выполнен в виде не менее двух попых дисков, симметрично распопоженных относительно точки их эакреп10 пения, являющейся центром масс колебательной системы, причем в дисках расположен возбудитель и приемник копебаний. Поверхность одного из дисков под действием электромагнитной системы воз15 буждения совершает изгибные колебания, которые через полую сеть, соединяющую диски, передаются второму диску, при этом второй диск копебпется в противофазе первому, чем и достигается неподвижность точки закрепления, а спедовательно, повышенная добротность (1).

Недостатками устройства явпяется влияние давления гилростатического стопба контролируемой жидкости на частоту копебаний дисков, так как это давление вызывает изгибаюшие напряжения колебпюшихся поверхностей дисков. Указанные напряжения меняются с изменением уровня исследуемой жидкости, что вносит погрешйости в измерения. Другим недостатком устройства ппотномера является то, что колебания от первого диска ко второму передаются через попую соединяющую ось, при этом амплитуды колебаний дисков различны, что IlpHBopHT к изгибным коле баниям устройства крепления и снижает добротность. Кроме указанных недостатков, плотномер содержит электромагнитную систему возбуждения колебаний, которая сдвигает фазу колебаний и приводит к измене нию частоты за счет изменения свойств постоянных магнитов.

Влияние изменения уровни жидкости и погрешности, связанные с электромагнит- ной системой возбуждения колебаний, установлены в погружном вибрационном плотномере, основанном на крутипьных коле8901 баниях магнитоупругого стержня с чувствительным элементом в продольном и круговом электромагнитных полях. Этот плот номер является наиболее близким техническим решением, он содержит крутильно-колебательный элемент, например тон-, костенный цилиндр с лопастями, концентрично закрепленный к магнитоупругой трубке, через сквозное осевое отверстие которой проходит одна обмотка возбужде- 10 ния, расположенная тороидально, а другая обмотка возбуждения установлена перпендикулярно первой, охватывает трубку и расположена коаксиально, преобразователь крутильных колебаний, усилительную си стему. При подключении тороидадьной обмотки к источнику постоянного тока, а ,коаксиальной к kIGTO IIIBIDj переменного тока, в трубке, выполненной из магнитоупругого материала, возникает результиру

20 юший переменный геликоидальный направленный магнитный поток, вызывающий крутильные колебания трубки и установ лепного на ней чувствительного элемента Г2).

Недостатком пдотномера является рас сеивание энергии крутидьных колебаний в местах закрепления трубки из магнитоупругого материала к несущему плотномер основанию или конструкцию, с помо30 шью которой осушествляют погружение плотномера в измеряемую среду. Рассеивание энергии колебаний ведет к снижению добротности колебательной системы плотномера и, как сдедствие, снижение чувствительности и точности измерений.

Бель изобретения состоит в повышении добротности колебательной системы.

Бель достигается тем, что в известном вибрационном плотномере, содержашем крутильно»колебательный элемент, концентрически закрепленный на конце полого магнитоупругого стержня, внутри которого проходит тороидально одна, а снаружи охватывает коаксиально другая об- 4 мотки возбуждения, преобразователь крутильных колебаний, усилительную систему и частотомер, магнитоупругий стержень в центре разделен упругим немагнитным соединителем, по обе стороны от которого размешены коаксиально обмотки возбуждения, создающие противоположно направленные магнитные потоки, а на другом конце стержня расположен второй крутильно-колебательный элемент, причем SS устройство крепления плотномера располо жено в узле крутильных колебаний в центре упругого немагнитного соединителя.

Такое выподнение плотномера позволяет за счет противоположно направленных, скручиваюших части стержня по обе стороны от упругого немагнитного соединителя, моментов сиды получить в центре соединителя узловую линию, которая являет ся неподвижной при колебаниях и по которой можно без снижения добротности установить устройство крепления плотномера.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого вибрационного плотномера, Магнитоупругий стержень, упругим немагнитным соединителем 1 разделен на две части 2 и 3 соответственно, на концах которых размешены симметрично от- . носительно соединителя, осянаковые крутильно-колебательные элементы 4 и 5, выполненные, например, в виде тонкостенных цилиндров с лопастями, а в середине частей магнитоупругого стержня коаксиально и перпендикулярно тороидальной обмотке 6, проходяшей через весь магнитоупругий стержень, установлены обмотки возбуждения 7 и 8 соответственно, которые сфазированы так, что создают противоположно направленные продольные магнитные потоки (например, включены встречно) и подключены параллельно на выход усилительного устройства 9, на вход которого подключен преобразователь крутильных колебаний 10. Плотномер закреплен с помошью стоек 11, приваренных в центре упругого немагнитного соединителя вдоль узловой линии колебаний.

Работа вибрационного плотномера осу шествляется следуюшим образом.

Крутильно-колебательные элементы плотномера 4 и 5 погружены в контролируемую жидкость. При включении электрон ного усилительного устройства 9 в обмотках 7 и 8 возникает импульс тока, вызы- ваюший противоположно направленные про дольные магнитные потокиф „в части 2 магнитоупругого стержня и в час— ти 3 магнитоупругого с гержня. Помимо т ы поТоКоа Фпро*1 " @проди час тях 2 и 3 стержня действуют круговые магнитные потокифкр и ф р, вызываемые током тороидальной обмотки б, подключенной к источнику постоянного тоха. В результате взаимодействия круговых и продольных магнитных потоков в частях 2 и

3 стержня возникают результируюшие геликоидальные магнитные потоки, направденные встречно, и .как следствие, появ дяются встречные крутильные колебания частей 2 и 3 стержня, а вместе с ними и элементов 4 и 5; при этом в упругом

890140 (1) (2) (3) +11 .= 4)Iq гдето ф - угловые ускорения элементов

1> 2

4, 5 соответственно; — круговая частота колебаний;

- время;

Q - начапьная фаза;

Q и ц - амплитуды угловых перемеше

2. ний элементов 4 и 5 соответ» И ственно;

1 и 1 - моменты инерции относительно

Д оси колебаний элементов 4 и .з.

Г

Обозначим расстояние от уэпа копебаний до элементов 4 и 5 через Ь и Q, а 40 длину стержня через 6 и с учетом выражения (4), знак минус в котором означает, что откпонение элементов происходит в разные стороны, можно получить

I< 45 (6) 50

Как уже указывапось ранее I =I2 =Т и выражения (5) и (6) перепишутся в виде (8) 55 немагнитном соединителе 1 образуется узловая пиния, которая остается неподвижной в процессе колебаний. Части стержня

2 и 3 вместе с чувствитепьными эпемен- тами 4 и 5 будут совершать крутипьные копебания с собственной частотой (направпение крутипьных колебаний в каждые -поппериода указано стрепками).

Так как моменты инерции крутильнокопебатепьных эпементов 4 и 5 относитепьно оси колебаний равны (крутильнокопебатепьные эпементы выполнены ocmиаковыми и погружены в одну жидкость, то есть равны присоединенные массы), то попожение уэпа колебаний уэповой линии определится из равенства нулю в любое мгновение суммы моментов сип инерции эпементов 4 и 5 согласно соотношений: с учетом (2) и (3) выражение (1) перепишется в виде:

Приведенные выражения (7) и (8) подтверждают, что при равенстве момен36

35 тов инерции элементов 4 и 5 узловая ци» ния (как показано на чертеже) находится в центре упругого немагнитного соедини тепя 1, относительно которого симметрич но установлены эпементы и к которому в центре по уэповой пинии приварены неподвижные при колебаниях стойки 11.

Преобразователь 10 преобразует крутипьные копебания эпементов 4 в периодический эпектрический сигнал, поступающий на вход эпектроиного устройства 9, питаюшего обмотки 7 и 8 и, тем самым поддерживаюшего незатухаюшие колебания частей 2 и 3 магнитоупругого стержня с ьпементами 4 и 5, частота которых опредепяется вели жной присоединенных масс, т.е. плотностью контролируемой среды.

Изобретение выгодно отпичается от известного так, как позволяет при сохранении его преимушеств, состояших в чувствитепьности копебатепьной системы и ее помехоустойчивости получить бопее высокую добротность колебательной систе» мы за счет эакреппения ппотномера в узловой линии.

Ф ормупа изобретения

Вибрационный ппотномер, содержаший крутильно-копебатепьный эпемент, концентрично эакреппенный на конце полого магнитоупругого стержня, внутри которого проходит тороидапьно одна, а снаружи охватывает коаксиапьно вторая обмотки возбуждения, преобразователь крутипьных ко пебаний, усилительную систему и частото» мер, о т п и ч а ю ш и и с я тем, что, с цепью повьппения добротности копебатепьной- системы, магнитоупругий стер» жень в центре раздепен упругим немаг нитным соединителем, по обе стороны от которого размешены коаксиапьно обмотки возбуждения, создаюшие противопопожно направпенные продольные магнитные потоки, а на другом конце стержня рас положен второй крутипьно-коле батепьный элемент, причем устройство креппения ппотномера расположено в узпе крутипьных копебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР № 523332, кп. G 01 Й .9/34, 1975, 2. Авторское свидетельство СССР № 3 56526, кп. Я 01 N 9/10, 1970 (прототип).

890140

Составитель В, Ермаков

Редактор С. Запесочный Техред А. Ач Корректор О. Билак

Закаэ 10954/66 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,.Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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