RU6626U1

RU6626U1 - DENSITY MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: RU6626U1
Application number: RU96124421/20U
Authority: RU
Inventors: И.В. Хавронин
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Нижегородские измерительные системы"
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-05-16

Abstract

Устройство для измерения плотности, содержащее механический резонатор, возбуждающий и приемный преобразователи, фильтр нижних частот или ПИ-регулятор, управляемый генератор, первый фазовращатель, при этом вход управляемого генератора соединен с выходом фильтра нижних частот или ПИ-регулятора, а выход управляемого генератора соединен с входом возбуждающего преобразователя и входом первого фазовращателя, отличающееся тем, что в него введены первый синхронный детектор, второй фазовращатель и схема поиска резонансной частоты, включающая второй синхронный детектор, третий фазовращатель, компаратор, коммутатор и триггер Шмитта, причем вход третьего фазовращателя является первым входом схемы поиска резонансной частоты, а один из входов второго синхронного детектора является вторым входом схемы поиска резонансной частоты, один из входов коммутатора является третьим входом схемы поиска резонансной частоты, а вход триггера Шмитта является четвертым входом схемы поиска резонансной частоты, при этом выход третьего фазовращателя соединен с вторым входом второго синхронного детектора, а выход второго синхронного детектора соединен с другим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, а выход триггера Шмитта соединен с вторым входом коммутатора, при этом вход второго фазовращателя соединен с выходом приемного преобразователя, а выход его соединен с одним из входов первого синхронного детектора и с вторым входом схемы поиска резонансной частоты, второй вход первого синхронного детектора соединен с выходом первого фазовращателя и первым входом схемы поиска резонансной частA density measuring device comprising a mechanical resonator, exciting and receiving converters, a low-pass filter or a PI controller, a controlled oscillator, a first phase shifter, wherein the input of the controlled generator is connected to the output of a low-pass filter or PI controller, and the output of the controlled generator is connected to the input of the exciting Converter and the input of the first phase shifter, characterized in that it introduced the first synchronous detector, the second phase shifter and the resonance frequency search circuit, including a second synchronous detector, a third phase shifter, a comparator, a switch and Schmitt trigger, the input of the third phase shifter being the first input of the resonance frequency search circuit, and one of the inputs of the second synchronous detector is the second input of the resonant frequency search circuit, one of the switch inputs is the third input of the search circuit resonant frequency, and the Schmitt trigger input is the fourth input of the resonance frequency search circuit, while the output of the third phase shifter is connected to the second input of the second synchronous detector, and the output of the second synchronous detector is connected to another input of the comparator, the output of which is connected to the control input of the switch, and the output of the Schmitt trigger is connected to the second input of the switch, while the input of the second phase shifter is connected to the output of the receiving converter, and its output is connected to one of the inputs the first synchronous detector and with the second input of the resonance frequency search circuit, the second input of the first synchronous detector is connected to the output of the first phase shifter and the first input of the resonance frequency search circuit

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИDENSITY MEASUREMENT DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения плотности газообразных и жидких сред в различных отраслях промышленности, в частности в неФтеперерабатывашцей и газоперерабатываюцей промышленности.The present invention relates to the field of instrumentation and can be used to determine the density of gaseous and liquid media in various industries, in particular in the oil refining and gas processing industries.

Известен вибрационный плотномер (1,2), состоящий из устройства возбуждения и сьема сигнала, связанного с контуром Фазовой синхронизации, действующего в качестве электронного усилителя. онтур фазовой синхронизации образован входным Фазовым детектором, подключенным к нему фильтром нижних частот и выходным, управляемым напряжением, генератором. Контур Фазовой синхронизации имеет внутреннюю обратную связь с выхода генератора на вход фазового детектора и внешнюю обратную связь с выхода генератора через колебательную систему с обоими электромеханическими преобразователями на второй вход Фазового детектора, причем в плотномере (2 Фазовращатель с Фазовым сдвигом в одной из двух цепей обратной связи к Фазовому детектору компенсирует Фазовый сдвиг вследствие потерь в электромеханических преобразователях и передатчиках. Частоту генератора регулируют так, что при всех условиях разность Фазовых положений обоих входных снгналов фазового детектора равна требуемому Фазовому состоянию примененного детектора.Known vibration densitometer (1,2), consisting of a device for excitation and signal collection associated with the phase synchronization circuit, acting as an electronic amplifier. The phase synchronization circuit is formed by an input Phase detector, a low-pass filter connected to it, and an output, voltage-controlled, generator. The phase synchronization circuit has internal feedback from the output of the generator to the input of the phase detector and external feedback from the output of the generator through the oscillating system with both electromechanical converters to the second input of the phase detector, and in the densitometer (2 phase shifter with phase shift in one of the two feedback circuits to the Phase detector compensates for the Phase shift due to losses in electromechanical converters and transmitters.The frequency of the generator is regulated so that under all conditions The phase position of both input signals of the phase detector is equal to the required phase state of the applied detector.

Недостатками данных плотномеров является недостаточно высокая помехозащищенность в условиях воздействия вибрации и других влияющих факторов.The disadvantages of these densitometers is not sufficiently high noise immunity under conditions of vibration and other influencing factors.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для измерения плотности газов и жидкостей (2.The closest in technical essence to the claimed device is a device for measuring the density of gases and liquids (2.

НКИо coin 9/00, 9/32 NKio coin 9/00, 9/32

В устройстве для измерения плотиости газов и жидкостей 2) измерение производят путем определения возникажщих при изменении плотности изменений частоты механической колебательной системы.In the device for measuring the density of gases and liquids 2) the measurement is carried out by determining the changes in the frequency of the mechanical oscillatory system that occur when the density changes.

Устройство состоит из датчика, передающего и приемного преобразователя, усилителя, причем выход приемного преобразователя соединен со входом усилителя и цепью возбуждения колебательной системы, а передажздий преобразователь соединен с выходом усилителя для вывода механических колебаний, злектронный усилитель представляет собой контур Фазового регулирования, содержащий на входе Фазовый детектор и соединенный с ним Фильтр нижних частот, а на выходе фильтра управляемым напряжением генератор.The device consists of a sensor, a transmitting and receiving transducer, an amplifier, and the output of the receiving transducer is connected to the input of the amplifier and the excitation circuit of the oscillating system, and the drive is connected to the output of the amplifier to output mechanical vibrations, the electronic amplifier is a Phase control circuit containing a Phase input the detector and the low-pass filter connected to it, and a voltage-controlled generator at the output of the filter.

Контур фазового регулирования имеет внутреннюю цепь обратной связи, замыкающую выход генератора на вход Фазового детектора, второй вход которого служит входом усилителя.The phase control loop has an internal feedback circuit that closes the generator output to the input of the Phase detector, the second input of which serves as the input of the amplifier.

При использовании Фазового детектора теряется информация об амплитуде входного сигнала и напряжение помехи приводит к появлению погрещности установления Фазового сдвига вплоть до полного срыва слежения за сигналом.When using the Phase detector, information about the amplitude of the input signal is lost and the interference voltage leads to the appearance of an error in the establishment of the Phase shift until the signal is completely disrupted.

Целью данного изобретения является повыщение точности в условиях воздействия вибрации и других мешакщих Факторов.The aim of this invention is to increase accuracy under conditions of vibration and other disturbing factors.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее механический резонатор, соединенные с ним возбзпцдающий и приемный преобразователи. Фильтр нижних частот или ПИ-регулятор, управляемый генератор, первый Фазовращатель, при зтом вход управляемого генератора соединен с выходом Фильтра нижних частот или пи-регулятора, а выход управляемого генератора соединен со входом фазовращателя, введены первый синхронный детектор, второй фазовращатель и схема поиска резонансной частоты, включающая второй синхронный детектор, третий Фазовращатель, компаратор.This goal is achieved by the fact that in a device containing a mechanical resonator, excitation and receiving transducers connected to it. A low-pass filter or a PI controller, a controlled oscillator, a first phase shifter, with this input of a controlled generator is connected to the output of a low-pass filter or a pi-regulator, and the output of a controlled generator is connected to the input of a phase shifter, a first synchronous detector, a second phase shifter, and a resonance search circuit are introduced frequency, including a second synchronous detector, a third phase shifter, a comparator.

- 2 коммутатор и триггер Шмитта, причем вход третьего Фазовращателя является первым входом схемы поиска резонаисной частоты, а один из входов второго синхроиного детектора является вторым входом схемы поиска §июоиаисиой частоты, один из входов коммутатора является третьим входом схемы поиска резонансной частоты, а вход триггера Шмитта является четвертым входом схемы поиска резонансной частоты, при зтом выход третьего Фазовращателя соединен с вторым входом второго синхронного детектора, а выход второго синхронного детектора соединен с другим входом компаратора выход которого соединен с управлякмцим входом коммутатора, а выход триггера Шмитта соединен со вторым входом коммутатора, при этом вход второго Фазовращателя соединен с выходом приемного преобразователя, а выход его соединен с одним из входов первого синхронного детектора и с вторым входом схемы поиска резонансной частоты, второй вход первого синхронного детектора соединен с выходом первого Фазовращателя и первым входом схемы поиска резонансной частоты, а выход первого синхронного детектора соединен с третьим входом схемы поиска резонансной частоты, выход схемы поиска резонансной частоты соединен с входом Фильтра нижних частот или ПИ-регулятора, а выход фильтра нижних частот или ПИ-регулятора соединен с четвертым входом схемы поиска резонансной частоты.- 2 Schmitt switch and trigger, the input of the third Phaser being the first input of the resonance frequency search circuit, and one of the inputs of the second synchro detector is the second input of the frequency search circuit, one of the switch inputs is the third input of the resonance frequency search circuit, and the trigger input Schmitt is the fourth input of the resonance frequency search circuit, while the output of the third phase shifter is connected to the second input of the second synchronous detector, and the output of the second synchronous detector is connected to the other input of the comparator whose output is connected to the control input of the switch, and the output of the Schmitt trigger is connected to the second input of the switch, while the input of the second phase shifter is connected to the output of the receiving transducer, and its output is connected to one of the inputs of the first synchronous detector and to the second input of the resonance search circuit frequency, the second input of the first synchronous detector is connected to the output of the first phase shifter and the first input of the resonance frequency search circuit, and the output of the first synchronous detector is connected to a third th input resonant frequency search circuit output resonant frequency search circuit is connected to an input of a lowpass filter or a PI controller, and the output of the low pass filter or PI-regulator is connected to a fourth input of the search circuit resonant frequency.

Существенным и новым в предполагаемом изобретении является введение синхронного детектора и схемы поиска резонансной частоты. Наличие синхронного детектора позволяет повысить точность измерения в условиях воздействия на механический резонатор вибрации и акустического из-за того, что при синхронном детектировании не теряется информация об амплитуде принимаемого сигнала.Essential and new in the proposed invention is the introduction of a synchronous detector and a resonant frequency search circuit. The presence of a synchronous detector makes it possible to increase the accuracy of measurements under the influence of vibration and acoustic on the mechanical resonator due to the fact that information on the amplitude of the received signal is not lost during synchronous detection.

м/m /

- 3 Схема поиска резонансной частоты контролирует наличие сжгнала с приемного преобразователя и обеспечивает изменение частоты управляемого генератора от минимального до максимального значения при отсутствии вышеуказанного сигнала. Применение схемы поиска резонансной частоты позволяет производить автоматический поиск резонансной частоты механического резонатора.- 3 The resonant frequency search circuit monitors the presence of the signal from the receiving transducer and provides a change in the frequency of the controlled oscillator from minimum to maximum value in the absence of the above signal. The use of a resonant frequency search circuit allows automatic search for the resonant frequency of a mechanical resonator.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показана Функциональная схема реализации полезной модели, а на фиг. 2 пример практического исполнения данного устройства.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a functional diagram of the implementation of the utility model, and in FIG. 2 example of the practical implementation of this device.

Устройство для измерения плотности содерасит механический резонатор 1 с приемным 2 и возбуждакщим 3 преобразователями, фазовращатель 4. Фазовращатель 5. синхронный детектор 6. пи-регулятор 7. управляемый генератор 8, схема поиска резонансной частоты 9 (фиг. 1). при этом выход управляемого генератора 8 соединен с входом возбуждакщего преобразователя 3 и входом фазовращателя 4. вход Фазовращателя 5 соединен с выходом приемного преобразователя 2. а выход его соединен с одним из входов синхронного детектора бис вторым входом схемы поиска резонансной частоты 9. второй вход синхронного детектора б соединен с выходом Фазовращателя 4 и первым входом схемы поиска резонансной частоты 9. а выход синхронного детектора соединен с третьим входом схемы поиска резонансной частоты 9, выход схемы поиска резонансной частоты соединен со входом ПИ-регулятора 7. а выход его соединен с четвертым входом схемы поиска резонансной частоты 9.A device for measuring density contains a mechanical resonator 1 with a receiving 2 and exciting 3 converters, a phase shifter 4. A phase shifter 5. synchronous detector 6. pi-regulator 7. controlled generator 8, the resonance frequency search circuit 9 (Fig. 1). wherein the output of the controlled generator 8 is connected to the input of the exciting transducer 3 and the input of the phase shifter 4. the input of the phase shifter 5 is connected to the output of the receiving transducer 2. and its output is connected to one of the inputs of the synchronous detector bis by the second input of the resonance frequency search circuit 9. second input of the synchronous detector b is connected to the output of the Phaser 4 and the first input of the resonance frequency search circuit 9. and the output of the synchronous detector is connected to the third input of the resonance frequency search circuit 9, the output of the resonance search circuit frequency connected to the input of the PI controller 7 and its output connected to a fourth input of the resonant frequency search circuit 9.

Схема поиска резонансной частоты 9 состоит из синхронного детектора 10, Фазовращателя 11. компаратора 12. коммутатора 13 и трнггв Шмитта 14. причем вход Фазовращателя 11 является первымThe resonant frequency search circuit 9 consists of a synchronous detector 10, a phase shifter 11. a comparator 12. switch 13, and Schmitt threaded waveguide 14. wherein the input of the phase shifter 11 is the first

- 4 ВХОДОМ схемы поиска резонансной частоты 9, а один из входов синхронного детектора 10 является вторым входом схемы поиска резонансной частоты 9, один из входов коммутатора 13 является третьим входом схемы поиска резонансной частоты 9, а вход триггера п&штта 13 является четвертым входом схемы поиска резонансной частоты 9. при этом выход Фазовращателя 11 соединен с вторым входом синхронного детектора 10. а выход синхронного детектора 10 соединен с другим входом компаратора 12. Выход компаратора 12 соединен с управляющим входом коммутатора 13, а выход триггера Шмитта соединен со вторым входом коммутатора 13. Устройство для измерения плотности работает следующим образом.При включении питания, с выхода управляемого генератора 8 на вобз яедающий преобразователь 3 поступает синусоидальное напряжение частотой от 3,8 до 5,3 кГц. В начальный момент частота управляемого генератора 8 не совпадает с резонансной частотой механического резонатора 1, позтому амплитуда сигнала, поступаищая с выхода приемного преобразователя через Фазовращатель 5, синхронный детектор 10 на компаратор 12, не превышает порогового уровня Uo. Упра1вля1щее напряжение с выхода компаратора 12 включает режим поиска. В режиме поиска на ПИ-регулятор 7 через коммутатор 13 поступает напряжение с выхода триггера ШМитта 14, равное нулю или напряжению питания. При нулевом напряжении на выходе триггера Шмитта 14 выходное напряжение на ПИ-регуляторе 7 будет линейно возрастать до максимального положительного напряжения, при котором триггер ПЫитта опрокидывается и напряжение на его выходе становится равным напряжению питания. При максимальном положительном напряжении на выходе пи-регулятора 7 частота управляемого генератора 8 ма ксимальна и заведомо больше резонансной частоты- 4 INPUT of the resonance frequency search circuit 9, and one of the inputs of the synchronous detector 10 is the second input of the resonance frequency search circuit 9, one of the inputs of the switch 13 is the third input of the resonance frequency search circuit 9, and the trigger input 13 is the fourth input of the resonance search circuit frequency 9. the output of the phase shifter 11 is connected to the second input of the synchronous detector 10. and the output of the synchronous detector 10 is connected to another input of the comparator 12. The output of the comparator 12 is connected to the control input of the switch 13, and the output Schmitt trigger is connected to the second input of the switch 13. The device for measuring the density works as follows. When the power is turned on, a sinusoidal voltage from 3.8 to 5.3 kHz is supplied from the output of the controlled generator 8 to the drive converter 3. At the initial moment, the frequency of the controlled oscillator 8 does not coincide with the resonant frequency of the mechanical resonator 1, therefore, the amplitude of the signal arriving from the output of the receiving transducer through the phase shifter 5, the synchronous detector 10 to the comparator 12, does not exceed the threshold level Uo. The control voltage from the output of the comparator 12 includes a search mode. In search mode, the PI controller 7 through the switch 13 receives the voltage from the output of the Schmitt trigger 14, equal to zero or the supply voltage. At zero voltage at the output of the Schmitt trigger 14, the output voltage at the PI controller 7 will increase linearly to the maximum positive voltage at which the PIitt trigger will overturn and the voltage at its output becomes equal to the supply voltage. At the maximum positive voltage at the output of the pi-controller 7, the frequency of the controlled oscillator 8 is maximum and obviously higher than the resonant frequency

;,;,

- 5 механического резонатора 1. При появлении на выходе триггера Шмитта 14 напряжения питания выходное напряжение ПИ-регулятора 7 начинает линейно уменьшаться, частота управляемого генератора 8 приближается к резонансной частоте механического резонатора 1, напряжение с выхода приемного преобразователя поступажщее через фазовращатель 5 и синхронный детектор 10 на компар атор 12 превысит пороговое напряжение Uo и коммутатор подключит на вход пи-регулятора 7 выход синхронного детектора 6. Петля Фазовой автоподстройки замыкается и выходное напряжение управляемого генератора 8 изменяется таким образом, чтобы постоянная составляющая выходного напряжения синхронного детектора 6 стремилась к нулю, что соответствует Фазовому сдвигу между напряжениями с выхода фазовращателя 5 и Фазовращателя 4 равному 90 . При этом частота управляемого генератора становится такой, чтобы Фазовый сдвиг между напряжением возбз ждения, подаваемым на возбуждающий преобразователь, и током с приемного преобразователя был равен 45 , что обеспечивается соответствующей настройкой Фазовращателей 4 и 5. При случайном увеличении (уменьшении) частоты управляемого генератора 8 напряжение на выходе синхронного детектора б уменьшится (увеличится). что приведет к уменьшению (увеличению) частоты управляемого генератора до установившегося значения. Благодаря наличию Фазовращателя 11, Фазовый сдвиг между напряжением на входе синхронного детектора 10 в рабочем режиме будет отличаться на 90 от Фазового сдвига между напряжениями на входах синхронного детектора б и автоматически поддерживаться в около нулевого значения. Выходное напряжение синхронного детектора 10 при зтом близко к максимальной величине и превьшает пороговое напряжение Uo, что соответствует рабочему режиму устройства для измерения плотности.- 5 of the mechanical resonator 1. When the supply voltage appears at the output of the Schmitt trigger 14, the output voltage of the PI controller 7 begins to decrease linearly, the frequency of the controlled oscillator 8 approaches the resonant frequency of the mechanical resonator 1, the voltage from the output of the receiving transducer arriving through the phase shifter 5 and a synchronous detector 10 the comparator 12 will exceed the threshold voltage Uo and the switch will connect the output of the synchronous detector 6 to the input of the pi controller 7. The phase locked loop closes and the output voltage voltage controlled oscillator 8 is changed so that the dc component of the output voltage of the synchronous detector 6 tends to zero, which corresponds to the phase shift between voltages output from the phase shifter of the phase shifter 5 and 4 to 90. In this case, the frequency of the controlled oscillator becomes such that the phase shift between the excitation voltage supplied to the exciting transducer and the current from the receiving transducer is equal to 45, which is ensured by the corresponding adjustment of the phase shifters 4 and 5. When the frequency of the controlled generator 8 is randomly increased (decreased) at the output of the synchronous detector, b will decrease (increase). which will lead to a decrease (increase) in the frequency of the controlled generator to a steady value. Due to the presence of the phase shifter 11, the phase shift between the voltage at the input of the synchronous detector 10 in the operating mode will differ by 90 from the phase shift between the voltages at the inputs of the synchronous detector b and will be automatically maintained at about zero. The output voltage of the synchronous detector 10 is thus close to the maximum value and exceeds the threshold voltage Uo, which corresponds to the operating mode of the density measuring device.

- 6 Применение данной схемы устроЯства для измерения плотности позволяет расширить диапазон измерения плотности и повысить точность измерения.- 6 The use of this arrangement for measuring density allows you to expand the range of density measurement and improve the accuracy of measurement.

Литература: 1. Заявка ФРГ 3601085 G01N9/00 2. Заявка ФРГ 3807375 601N9/32Literature: 1. Application of Germany 3601085 G01N9 / 00 2. Application of Germany 3807375 601N9 / 32

Автор: {/ И. В. ХавронийAuthor: {/ I.V. Khavroniy

- 7 Формула- 7 Formula

Claims

A density measuring device comprising a mechanical resonator, exciting and receiving converters, a low-pass filter or a PI controller, a controlled oscillator, a first phase shifter, wherein the input of the controlled generator is connected to the output of a low-pass filter or PI controller, and the output of the controlled generator is connected to the input of the exciting Converter and the input of the first phase shifter, characterized in that it introduced the first synchronous detector, the second phase shifter and the resonance frequency search circuit, including a second synchronous detector, a third phase shifter, a comparator, a switch and Schmitt trigger, the input of the third phase shifter being the first input of the resonance frequency search circuit, and one of the inputs of the second synchronous detector is the second input of the resonant frequency search circuit, one of the switch inputs is the third input of the search circuit resonant frequency, and the Schmitt trigger input is the fourth input of the resonance frequency search circuit, while the output of the third phase shifter is connected to the second input of the second synchronous detector, and the output of the second synchronous detector is connected to another input of the comparator, the output of which is connected to the control input of the switch, and the output of the Schmitt trigger is connected to the second input of the switch, while the input of the second phase shifter is connected to the output of the receiving converter, and its output is connected to one of the inputs the first synchronous detector and with the second input of the resonance frequency search circuit, the second input of the first synchronous detector is connected to the output of the first phase shifter and the first input of the resonance frequency search circuit from, and the output of the first synchronous detector is connected to the third input of the resonance frequency search circuit, the output of the resonance frequency search circuit is connected to the input of a low-pass filter or PI controller, and the output of the low-pass filter or PI controller is connected to the fourth input of the resonant frequency search circuit.