Патент на изобретение №2247964

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

(57) Реферат:

Использование: в химической, лакокрасочной и пищевой промышленностях. Сущность: способ включает в себя помещение контролируемого вещества в измерительную емкость и заполнение ее до заданного давления с расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, причем заполнение измерительной емкости газом осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о плотности. Технический результат – повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности сыпучих, пористых, волокнистых веществ и твердых тел различной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как химическая, лакокрасочная, пищевая и др.

Известен способ измерения плотности по массе и объему вещества, в котором осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем и по их отношению судят о насыпной плотности вещества (Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1947. – С.152).

Недостатком такого способа измерения плотности является невозможность определения пикнометрической плотности вещества.

Известен способ измерения плотности путем измерения массы и объема вещества, позволяющий измерять пикнометрическую плотность вещества (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. – 216 с.). В таком способе осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем, путем погружения в сосуд с жидкостью и фиксации объема вытесненной веществом жидкости. После измерения массы m_в и объема V_в вещества, его плотность _в определяют из отношения

Основной недостаток такого способа состоит в том, что он не может быть применим для измерения плотности сыпучих, пористых, волокнистых веществ и твердых тел различной формы, не допускающих смачивания жидкостью.

Этот недостаток устранен в известном способе измерения плотности (Кивилис С.С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980. – С.156), состоящем в том, что в измерительную емкость помещают контролируемое вещество с известной массой и заполняют газом. О плотности вещества судят по изменению абсолютного давления в измерительной емкости.

Недостатком такого способа является невысокая точность, обусловленная влиянием изменения атмосферного давления на результат измерения.

Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность измерения, обусловленная влиянием изменения температуры на результат измерения.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что заполнение газом измерительной емкости осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о контролируемой величине.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ измерения плотности.

Устройство содержит измерительную емкость 1 с контролируемым веществом, которая подключена к выходу (к камере В₂) пневматического пульсирующего сопротивления 2. Давление Р₃, пропорциональное массе контролируемого материала, с выхода повторителя со сдвигом 3 поступает в камеру Г₂ сопротивления 2. Камера Е₂ соединена с камерой Б₂ сопротивления 2 и подключена к генератору импульсов 4 и счетчику импульсов 5. В камеру А₂ сопротивления 2 подано давление большого подпора P_п1=0,7·Р_пит, где Р_пит=(1,40±0,14)·10⁵ Па, в камеру Д₂ – малого подпора Р_п2=0,3·Р_пит. Давление Р₄ на выходе генератора импульсов не менее 10⁵ Па. К измерительной емкости 1 и к выходу повторителя со сдвигом 3 подключены манометры 6 и 7, соответственно. Камера 8 между соплами 9 и 10 пневматического пульсирующего сопротивления 2 соединена с емкостью 11 постоянного объема. Камера Б₂ соединена через пневмотумблер 12 с атмосферой.

Масса контролируемого вещества m_в, помещенного в измерительную емкость 1, определяется предварительно с помощью весоизмерительного устройства.

Пуск устройства осуществляется отключением камеры Б₂ от атмосферы. В начальный момент времени t₀ на выходе генератора импульсов 4 давление P₄=0 (здесь нулю соответствует давление, равное атмосферному Р_атм) Под действием подпора в камере А₂, мембранный блок нижней части сопротивления 2 занимает положение, при котором сопло 10 закрывается. Под действием подпора в камере Д₂ сопло 9 открыто и емкость 11 оказывается присоединенной через камеру Г₂ к выходу повторителя со сдвигом 3. В это время в измерительную емкость 1 газ с выхода пульсирующего сопротивления 2 не поступает. Происходит заполнение емкости 11 газом, масса М которого

где V₁₁ – объем емкости 11; R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура; Р₃ – давление на выходе повторителя 3.

При поступлении с выхода источника импульсов давления Р₄=1 (единице соответствует давление в пределах 0,08 МПа до 0,14 МПа), сопло 10 открывается, а сопло 9 закрывается. В измерительную емкость 1 из емкости 11 поступит газ с массой

Если каждый из используемых в пульсирующем сопротивлении 2 пневмоконтактов типа “сопло-заслонка” замкнется n раз, то из входной в выходную линию, а следовательно и в измерительную емкость 1, поступит масса газа

где Р₁ – давление в измерительной емкости 1.

Уравнение (3) с учетом того, что Р₃-Р₁=с·m_в, где с – постоянная величина, примет вид

Скорость изменения массы газа, подаваемого в измерительную емкость 1, определим путем дифференцирования равенства (4) по времени в виде

где f – частота следования импульсов от генератора 4; G – массовый расход газа в измерительную емкость 1.

Измерительная емкость 1 и пневматическое пульсирующее сопротивление 2 представляют собой апериодическое звено.

Изменение давления в емкости 1 во времени происходит в результате заполнения ее газом с расходом

где V=V₁-V_в=const.

Приравнивая расходы из (5) и (6), получим

Если изменять давление в емкости 1 до некоторого заданного значения P_1к путем подачи в емкость соответствующего количества доз газа, то последнее будет определять плотность измеряемого вещества _в в виде

Так как и , то уравнение (8) можно записать в виде

В этом случае информация о плотности формируется в числоимпульсной форме.

Достоинством предложенного способа является то, что плотность контролируемого материала измеряется в едином процессе, при этом не требуется запоминания промежуточных результатов, информация о плотности представлена в виде числа импульсов. В предложенном способе исключено влияние изменения температуры и барометрического давления на выходной сигнал.

Формула изобретения

Способ измерения плотности путем помещения контролируемого вещества в измерительную емкость и заполнения ее до заданного давления с расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, отличающийся тем, что заполнение измерительной емкости газом осуществляют дозами, количество газа в которых пропорционально массе вещества, измеряют количество поданных доз газа, по которому судят о плотности.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Извещение опубликовано: 27.10.2006 БИ: 30/2006