1. Датчик дпв - этк- 113
При контроля химико-технологических процессов, связанных с производством нефтяных масел и различных нефтепродуктов используют весовые плотномеры, чувствительным элементом которых служит U образная трубка (Рис. 1).
U - отравную трубку заполняет жидкость при рабочей температуре. В процессе измерения определяется температура жидкости и вводится поправка к сигналу плотномера. Для этого в устройстве плотномера введена система температурной компенсации, основными элементами которой являются термобаллоны, основной и дополнительный сильсины.
Термобаллоны, соединённые между собой капиллярами, так же соединенные с основным сильфоном образуют газовый манометрический термометр. Один из термобаллонов омывается контролируемой жидкостью на входе датчика, другой на выходе. Внутренний объем манометрической системы заполнен азотом под избыточным давлением 4,9*105 Па. Изменение давления газа в системе манометрического газового термометра пропорциональны изменениям температуры контролируемой жидкости. С увеличением температуры плотность уменьшается, одновременно усилие, развиваемое основным сильфоном передается подвижной части системы (U-образной трубке ) и изменяют условие ее равновесия.
Абсолютная величина усилия, которое развивает основной сильфон, определяется начальным давлением газа в манометрической системе, температурой окружающего воздуха и барометрическим давлением. Абсолютное давление газа в термометрической системе, Па
(1.1)
где Р0 - абсолютное давление газа в термостатической системе при температуре, 0 С;
V1 - объем газа в термобаллонах, м3;
V2 - объем газа в капиллярах и в основном сильфоне, м3;
Т1 - абсолютная температура в термобаллонах (температура контролируемой жидкости), С;
Т2 - абсолютная температура газа в капиллярах и в основном сильфоне (температура окружающей среды), С;
Усилие F1(Н), развиваемое основным сильфоном пропорционально разности между внутренним и наружным давлением.
(1,2)
где S1эф - эффективная площадь основного сильфона, м2;
Ра - барометрическое давление, Н/м2.
При изменении температуры окружающей среды Т2 на величину Т2 и барометрического давления на величину Р2 усилие основного сильфона изменяется на величину F1.
Изменение усилия F1 компенсируется дополнительным сильфоном, который имеет одинаковую с основным сильфоном характеристику.
Дополнительный сильфон заполнен азотом под некоторым давлением Рк, и запаян. Если абсолютная величина давления азота в дополнительном сильфоне при температуре 0 С:
(1.3)
то усилие, развиваемое этим сильфоном с изменением температуры окружающей среды и барометрического давления изменяется на величину:
(1.4)
где S2эф - эффективная площадь дополнительного сильфона, м2;
При S1эф = S2эф (сильфоны основной и дополнительный одинаковые) F1 =F2 и направлены навстречу друг другу.
Величина температурной поправки реализуется переналадкой прибора.
На рис.1 приведена принципиальная схема весового плотномера с U-обравнои трубкой и электрическим преобразователем.
Трубка 1 имеет два гибких сильфонных перехода для подвода и отвода жидкости.
Перемещение центра тяжести трубы (точка К), вызванное изменением плотности жидкости, поступающей в петлеобразную трубку, индикатор рассогласования 5 (Рис.1), преобразует в электрический сигнал, который в свою очередь преобразуется в компенсационное усилие обратной связи 00, приложенное к рычагу 8. 8 точке Х действует сила
F - Gт + Gж + G - Gгg/n (1.6)
где Gt - сила тяжести пустой трубы, Н;
Gж - сила тяжести в трубке при минимальной плотности, Н;
G - изменение силы тяжести контролируемой жидкости в трубе,Н;
Gгg/n - сила тяжести груза, приведенная к точке Х.
Условие равновесия системы относительно положения опорной призмы (точка X1) без учета упругих элементов определяется выражением;
Fx - RO
где
-
сила
F,
приведенная к точке
X1;
или
(1.7)
где а – расстояние от опоры 7 до точки Х1 (центра вертикальной оси призмы), м;
b – расстояние от центра силовой катушки электрического силового преобразователя до центра опоры 7, м;
G0 – компенсационное усилие, создаваемое преобразоваелем, Н.
При настройке начала шкалыусловие равновесия примет вид:
(1.8)
Обозначим
Где G – сила тяжести трубки, заполненной жидкостью, Н.
Тогда получим:
При поступлении в трубку жидкости с плотностью отличной от плотности жидкости, заполняющей трубку, сила тяжести петлеобразной трубки изменяется:
G = mg
где m – изменение массы жидкости, связанное с изменением ее плотности при постоянном объеме, кг.
m = VТ = VТ (-0) (1.9)
где Vt - объем петлеобразной трубки, м3;
0 - начальное значение плотности, кг/ м3:
- текущее значение плотности, кг/ м3;
или
(1.10)
где d - внутренний диаметр петлеобразной трубки, м;
Rи - радиус изгиба трубки, м;
RB - внутренний радиус петлеобразной трубки, м.
Тогда изменение силы тяжести петлеобразной трубки, заполненной контролируемой жидкостью, можно записать:
(1.11)
В результате изменения силы тяжести G, возникает усилие R0, воздействующее на опорную призму, которое преобразуется индикатором рассогласования в электрический сигнал. Электрический сигнал усиливается и преобразуется в ток Iвых, мA, подаваемый на вход элемента магнитоэлектрического преобразователя. При протекании Iвых по катушке магнитоэлектрического преобразователя формируется сила (компенсационное усилие)
(1.12)
где Dcp - средний диаметр подвижной катушки преобразователя, м;
В - магнитная индукция в воздушном зазоре преобразователя, Тл;
Iвых - сила выходного тока катушки, A;
n - число витков катушки;
G0 - компенсационное усилие, создаваемое преобразователем, H.
Из (1.11) получаем следующую зависимость:
(1.13)
Выходной ток Iвых создает на постоянном резисторе падение напряжения, пропорциональное измеряемой плотности жидкости и регистрируемое вторичным прибором.
UВЫХ =IВЫХ R (1.14)
Покажем, что Ubыx, регистрируемое вторичным прибором пропорционально измеряемой плотности, т.е.
Uвых = f() (1.15)
Для этого рассмотрим уравнение равновесия (1.8) и выразим из него компенсационное усилие, создаваемое преобразователем
(1.16)
Подставляя уравнение (1.16) в (1.8) получим:
(1.17)
Откуда величина Iвых определяется следующим образом:
(1.18)
(1.19)
где 
М – масса трубки, заполненной жидкостью, кг;
MТР - масса пустой трубки, кг;
Vt - объем трубки, м3;
g - ускорение свободного падения, м/c2;
- плотность контролируемой жидкости, кг/м3.
Получим
(1.20)