автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Вибрационный датчик плотности газа

МОСКОВСКИ» ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНII ИНСТИТУТ ХИЛШЧЕСКОГО Л1ЛШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ФЛЕГОНТОВ АНДРЕЙ ИГОРЕВИЧ

ВИБРАЦИОННЫЙ ДАТЧИК ПЛОТНОСТИ ГАЗА

05.11.13 — Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КУЛАКОВ М. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КАРДАШЕВ Г. А.; кандидат технических наук СА-ГАТЕЛЯН О. А.

Ведущая организация — НПО «Химавтоматнка», г. Моск-

да в /^час. &0 млн. в аудитории В-13 на заседании специализированного совета Д063.44.0Й в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения по адресу: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. К. Маркса, д. 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » г.

Ученый секретарь специализированного совет ^

кандидат технических -нау 1. Д. шишов

ва.

Защита диссертации состоится

ОВШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная промышленность производит потребляет обширную номенклатуру жидкостей и газов, обладающих мши разнообразными свойствами. Одним из основных параметров, фактеризукщих качество сырья, промежуточных и конечных продук-)в, а такке ход технологических процессов, является плотность, тому исследование и разработка приборов, предназначенных для шрернвного автоматического контроля плотности газа в пршыш-шных условиях, относится к числу важнейшие направлений анали-[ческого приборостроения. Решение проблем энерго- и ресурсосбережения также требует создания средств автоматического измерения ютности, используемых с пелью организации учета количества раз-1ЧНЫХ веществ и продуктов (в первую очередь, природного газа) единицах массы.

Опыт зарубежного приборостроения свидетельствует о перспек-шности применения для контроля плотности газов в промышленных зловиях приборов, основанных на вибрашонно-частотном методе из-зрения. По сравнению с плотномерами других типов, они обладают злее высокими метрологическими и эксплуатационными характерис-яками. Однако, до настоящего времени плотномеры газа в нашей гране серийно не выпускаются, а теоретическая разработка и обо-яование вибрационных датчиков плотности практически отсутству-г, что ставит задачу проведения научных исследований в данной Зласти в ряд первоочередных.

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование ибрашонного датчика плотности (ВДП) газа и создаете на его ос-ове конструкции ВДП, предназначенного для автоматического конт-едя плотности з промышленных условиях.

Задачи работы. Яля достижения поставленной пели потребова-ось решить следующие задачи:

1. Разработать конструкцию колебательной системы ВДП, об-адающую высокой чувствительностью к плотности контролируемого аза к высокой добротностью.

2. Разработать математическую модель пропесса колебаний еханического резонатора ВДП в измеряемом газе и получить урав-ение градуировочной характеристики прибора.

3. Исследовать влияние различных факторов, в первую оче-едь, температуры и скорости распространения звука в контроли-

руеыой среде, на выходной сигнал ВДП и разработать методы авто матической компенсации возникающих дополнительных погрешностей измерения плотности.

4. Создать методику рационального выбора основных конструктивных параметров ВДП газа.

Научная новизна. На основании общего подхода к созданию высокодобротного чувствительного элемента ВДП, заключающегося в закреплении механического резонатора в центре масс колебател ной системы, произведен синтез оптимальной конструкции ВДП газ обладающей также высокой чувствительностью к контролируемому п раметру. Конструкция датчика защищена авторским свидетельством

Разработана математическая модель колебательного движения цилиндрического резонатора в контролируемом газе и на ее осноь получены уравнения градировочной характеристики и чувствитель ности ВДП. Произведена экспериментальная проверка адекватности математической модели.

Осуществлен анализ влияния неинформативных параметров кои тестируемой среды (температуры, скорости распространения звука и т.д.) на период колебаний резонатора. Разработаны способы компенсации дополнительных погрешностей измерения плотности, обусловленных действием этих факторов, а также методика калибровки ВДЛ газа. •

Разработана методика расчета и рационального выбора осно! ных конструктивных параметров ВДП газа.

На основании проведенных теоретических и экспериментален исследовании создан новый ВДП газа с цилиндрическим резонаторе закрепленным в центре масс колебательно": системы.

Практическая ценность. Результаты исследований, изложеннь в диссертационной работе, могут быть использованы при разрабо! и проектировании серхйных образцов 331 газа.

Предложенная конструкция ЗДЛ с цилиндрическим резонатороь позволяет обеспечить высокие эксплуатационные и метрологически характеристики плотномеров в садах неблагоприятных производст! ных условиях.

Реализация в промыгшенности. Результаты диссертационной I боты к разработанный экспериментальны;! образец вибрационного датчика плотности газа использованы в КШГГеплоприборе (г.Москз в качестве основы разработки промышленного образца плотномера

а, работающего в комплекте с турбинным расходомером.

Основные положения диссертационной работы использованы в ¡ШММАШе (г.Сергиев Посад) при создания экспериментального об-ца БДП широких фракций легких углеводородов (ШФЛУ), входяще-в состав испытательного стенда для проведения поверки систем зрения массового расхода ИЩУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы тадавались и обсуждались на П Всесоюзной научно-технической $ереншш молодых ученых и специалистов с международным учас-л "Контроль, управление и автоматизация в современном произ-зтве" (г.Минск, 1950 г.), П Всесоюзном совещании молодых уче-и специалистов "Датчики и преобразователи информации систем зрения, контроля и управления" (Гурзуф, 1990 г.), Всесоюзном шо-практическом семинаре "Автоматизация технологических про-:об в химической промышленности" (г.Челябинск, 1990 г.), а Ее на научно-технической конференции преподавателей и сотруд-)в МИХМа (г.Москва, 1991 г.).

Публикации. Основные результаты теоретических и экспериментах исследований изложены з 7 публикациях, включая положи->ное решение о выдаче 'авторского свидетельства.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, >дов и списка литературы, изложенных на 162 страницах машино-[ого текста, иллюстрируется 32 рисунками, содержит Г1 таблиц приложений. Список литературы включает 89 работ отечествен-и зарубежных авторов.

Научным консультантом работы является к.т.н., доцент кафед-Техническая кибернетика" Ярославского политехнического инс-

•та ШС03 К).П.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены различные способы измерения плоти газа и показано, что вибрационный метод является наиболее гтективным для осуществления автоматического контроля плоти в промышленных условиях. Вибрационные плотномеры характе-югся высокой точностью и повторяемостью показаний, малым ритныш размерами, работоспособностью в вгароких диапазонах нения температуры и давления контролируемой среды, высокой хоусгойчивостью и простотой дальнейшей обработки выходного ала.

Обоснована актуальность диссертационной работы, сформулир( ваны пель и задачи исследования, приведены основные результаты, которые выносятся автором на защиту.

В первой главе на основании литературных источников даете; обзор существующих конструкций датчиков вибрационных плотномер! газа.

Датчик является важнейшим узлом вибрационного плотномера, значительной степени определяющим его метрологические и эксплуг тахионные показатели. Поэтому в данной главе обобщен разрозненный материал по вибрационным датчикам плотности (БДИ) газа и п> Еедена классификация последних, позволившие выявить характерны-преимущества и недостатки каждого типа ВДП.

Б качестве чувствительного элемента (механического резона' тора) в ВДП используется колебательная система с изменяющейся под действием контролируемого газа собственной частотой. По ей, резонатора эти датчики подразделяются на стержневые, пластинны и оболочковые (цилиндрические).

Одним из основных параметров ВДП, в зшчительной мере опр делящим их точность измерения, является добротность колебател но]': системы. Как показал проведенный анализ, в качестве чувств тельного элемента целесообразно использовать цилиндрическую об лочку, закрепленную в пентре масс колебательной системы. Такая конструкция, сохраняя основное достоинство цилиндрического рез натора - высокую чувствительность к плотности газа, позволяет пслучить внеокодобротную колебательную систему.

Неотъемлемой частью ВДП газа является также система возбу дешгт и сьема колебаний (С5СК) механического резонатора, по ти которой их можно подразделить на устройства с пьезоэлектрическ электромагнитной и комбинированной СВСК. Как показал анализ, в бор типа СВСК должен производиться исходя из конструктивных ос бенностей используемого чувствительного элемента и свойств кон ролиоуемой среды. Однако, если условия эксплуатации плотномера позволяют изготавливать его резонатор из металлов, обладающих магнитными свойствами, то предпочтительным является применение электромагнитной СВСК.

Проведенный обзор существующих ВДП газа позволил выделит! основные направления их развития, заключающиеся в совершенстве ваи:т конструкции механического резонатора и СВСК с гелью повь

1ения чувствительности к плотности и помехоустойчивости выходно-7о сигнала датчика, а также в автоматической компенсации допол-штельных погрешностей измерения путем получения информации о ¡начениях влияющих параметров контролируемой среды и создания соответствующих алгоритмов обработки полученных сигналов в мик-юпроцессорном блоке плотномера.

Сравнительный анализ подтвердил перспективность разработки Щ1 газа с цилиндрическим резонатором и электромагнитной СВСК.

Во второй главе приводятся результаты исследований ВДП газа : цилиндрическим резонатором, описывается математическая модель солебательного движения чувствительного элемента и окружающего зго газа.

Анализ различных типов ВДП газа, а также опыт разработки I эксплуатации вибрационных плотномеров жидких сред позволили ¡формулировать ряд основных требований к конструкции ВДП газа:

- датчик должен обеспечивать высокую чувствительность к иотности контролируемой среды;

- механический резонатор, используемый в ВДП, должен образовывать высокодобротную колебательную систему;

- конструкция чувствительного элемента должна быть проста 5 технологична в изготовлении, а также надежна в эксплуатации;

- датчик должен обладать низкой чувствительностью к изме-*енню неинформативных параметров контролируемой среды либо обес-течивать возможность компенсации возникающих дополнительных по-грешостеЯ измерения плотности.

Указанным требованиям наиболее полно удовлетворяет разработанная конструкция ВДП газа с цилиндрическим резонатором, схематично представленная на рисЛа. Закрепление чувствительного элемента в центре масс колебательной системы позволяет, как показа-то проведенные эксперименты, достичь знэчршя добротности 2000...4СОО, что значительно превышает аналогичный показатель :уществующих конструкций ВДП с пластинными и цилиндрическим резонаторами.

Поскольку цилиндрическая оболочка имеет множество собственных частот и форм колебаний, проведены пкгпрримрнтальные исследования влияния частоты (и формы) колебаний резонатора на значение добротности колебательное системы. Как показали эксперименты, для измерения плотности газа следует использовать режим ко-

Конструктивная и расчетная схемы вибрационного датчика плотности газа с цилиндрическим резонатором

I- основание; 2- цилиндрический резонатор; 3, 4- электромагнитные возбудитель и приемник колебаний; 5- корпус датчика; 6-

упругие элементы.

ЯШ 1

2

<?777Л

и

¡л

РисЛ

лебаний чувствительного элемента на первой собственной <*орме, позволяющий достичь максимального значения добротности.

Для описания колебательного движения цилиндрического резонатора и окружающего его газа, а также вывода градуировочной характеристики ВДД используется расчетная схема, приведенная на рисЛ< Пунктирными линиями на схеме показана условная жесткая цилиндрическая стенка, не позволяющая газу перемещаться через торцы оболочки с одной ее поверхности на другую. Допущения, принятые при

остроении модели, следующие: I - газ однородный; 2 - режим ра-оты резонатора изотермический; 3 - формы колебаний чувствитель-ого элемента в вакууме и измеряемой среде идентичны; 4 - воз-ействие газа на собственную частоту колебаний резонатора подоб-о действию некоторой присоединенной массы, добавляемой к собст-енной массе чувствительного элемента; 5 - внутренним трением процессом распространения упругих волн в материале резонатора окно пренебречь. При выводе градуировочной характеристики дат-ика использовались также гипотезы Кирхгофа-Лява.

Если пренебречь тангенциальными силами инерции, то после ведения функции усилий N уравнение свободного движения цилин-рической оболочки можно представить в виде:

„ ■ -гч \ 1«лт

< -L.

(n

■де D= E he/4 2'0~9г) - цилиндрическая жесткость; E - модуль гпругости материала оболочки; tf - коа№игиент Пуассона; Vй -шератор Лапласа в координатах г , S ; Wr - радиальное переметете точек поверхности оболочки; F (z,S ) - распределенная по иощади поверхности возбуждающая нагрузка; т - время; ю - кру-•овая частота; fi0 и г0 - толщина стенки и радиус срединной по-юрхности оболочки.

Для решения системы (I) используются граничные условия :вободного опирания торцев оболочки (при г = 0 и г = £ ):

^ Знг + v 3sz дгг ds2 ~ . (2)

В этом случае системе (I) для первой собственной Формы комбанки резонатора удовлетворяют решения вида:

:де А и В - амплитудные значения соответствующих функций.

Распределенная нагрузка q.r в первом уравнении системы СП

♦ - „ а^

включает в себя + + С^ +■ , где = ~ то'■

интенсивность сил инерши; т0-90-К0 - масса оболочки, приходящаяся на единицу площади ее поверхности; д0 - плотность материала оболочки; ~ обобщенная сила трения, приходящаяся на единицу площади поверхности; Ц - коэффициент трения; и Яз - распределенные нагрузки, действующие со стороны контролируемой среды на наружную и внутреннюю поверхности цилиндра соответственно.

В условиях малости амплитуды колебаний цилиндра по сравнению с его размерами слагаемое с^ распределенной нагрузки можн* представить в виде:

Л 6Ф I » , 32ФI Чъ'Яж TFlr.ro >

где Ф - потенциал течения; _)ц - динамичная вязкость; 9 - пло кость газа.

В первом приближении для нахождения потенциала течения ф воспользуемся волновым уравнением:

где с - скорость распространения звука в среде.

Применительно к принятой расчетной схеме потенциал течени должен удовлетворять граничным условиям:

\<3г/г=г< \дг/ г=Гг\д?] \д2/г=[+Ьг * ^

/дФ\ ■ _ §уУг ъх '

отражающим наличие стенок-Отражателей, а также условие совмест ности движения упругой стенки цилиндра и соприкасающегося с не газа.

В результате решения системы (I) в виде (2) с учетом урав нения (4) г граничных условий (3), (5") методом разделения пере менных получено уравнение градулровочной характеристики датчик плотности:

Т-Т0-\/^ а0 9 , (61

це Т - период колебаний резонатора; - началь-

ый период колебания резонатора (в вакууме); ao=r0*(Kg ^K^/fPe'^" остоянная датчика; К^ и Кф - относительная толщина "присоеди-енного слоя" газа снаружи и внутри резонатора;

С<_ 2Jf V (ЛГ } hKx'+Akfy > ■

Разработаны алгоритм и программа расчета собственной час-оты колебаний резонатора и относительной толщины "присоединен-ого слоя" газа на основании математической модрли.

С учетом выражения (6) получено уравнение шкалы вибрацион-ого плотномера:

9=С0^С1Т2, (7>

де С = - —- и Ст = —~ калибровочные коэффициенты,

и Qo J Оо То

пределяемые экспериментально.

В результате теоретического к якспериментального исглетсога-

ий зависимости Kq (Т) предложено в качестве уравнения шкалы

спользовать выражение вида:

де С0, Cj, С2 - калибровочные коэффициенты, также определяемые кспериментально.

Для проведения лабораторных испытаний ВДП газа с целью про-ерки адекватности математической модели и анализа влияния раз-ичных параметров контролируемой среды на его выходной сигнал азработана экспериментальная установка. Произведена оценка ре-ультарутацей относительной погрешности определения дейетвитель-ого значения плотности контролируемого газа, полученного на ос-овании измерения температуры и давления, а также линейной ин-ерполяции табличных значений коэффициента сжимаемости. В диа-азонах изменения температуры (0. ..65)°С и избыточного давления 0. ..I) fila она составила (С,15. ..0,30^ для аргона и (0,22... ..0,61)$ для гелия.

Проведенные испытания макетного образца ВДП газа с резсна-ором из элинварного сплава на вышеуказанных газах показали довлетворительное совпадение опытных и расчетных данных. Макги-

мальное расхождение результатов расчета на ЭВМ по математической модели и значений частоты колебаний резонатора ВДП, полученных экспериментально, составило для аргона 4,55$, а для гелия 3,96$.

Расчеты измеренного значения плотности газа по формулам (7) и (8) показали, что более высокую точность измерения обеспечивает использование уравнения шкалы вида (8).

В третьей главе приводятся результаты исследования влияния неинформативных параметров контролируемой среда на выходной сигнал ВДП газа и методов коррекции возникающих погрешностей.

На основании проведенного анализа составлена классификация погрешностей измерения плотности газа вибрационным датчиком.

Предложены и оценены конструктивные и методологические способы снижения погрешностей ВДП газа, связанных с изменениями условий измерения и амплитуды колебаний резонатора, а также с фазовыми сдвигами в СВСК чувствительного элемента.

Исследованы наиболее существенные источники погрешностей ВДП - изменения температуры контролируемой среды и различия значений скорости распространения звука в измеряемом и калибровочном газах при одинаковой плотности последних.

Отклонения температуры контролируемой среды от номинального значения (10= 20 °С) приводят к изменению геометрических размеров, модуля упругости и плотности д0 материала резонатора, а также значения скорости распространения звука в газе. Последнее вызывает изменение значения относительной толщины "присоединение го слоя" газа К9 . Анализ зависимости параметра Кд от температуры t для макетного образца ВДП показал, что ее можно считать близкой к линейной в рабочем интервале температур и описывать уравнением вида:

где с1 - постоянный коэффициент.

В результате подстановки выражений температурных зависимостей вышеуказанных параметров в формулу,(6) получено уравнение шкалы ВДП газа в неизотермическом режиме работы:

где с3 = ~ +,<е) и с4 = ао* ~ гетеРатУ]

ные коэффициенты, определяемые экспериментально; о(с и оСь - кояф-

$ициенты термоупругосги и теплового линейного расширения материала резонатора; а0 - значение постоянной резонатора при температуре ; ^ - плотность газа, определенная без учета действия температуры по формуле (7) или (8>.

Как показали проведенные эксперименты, использование уравнения шкалы вида (9) позволяет существенно снизить температурную погрешность измерения плотности газа.

Оценено влияние изменений различных параметров, входящих в формулы коэффициентов С3 и С^ уравнения (9\ на ветчину температурной погрешности.

Приведены рекомендации по рациональному выбору материала резонатора, обеспечивающие минимальное значение температурной погрешности.

Разработана методика экспериментального определения значений калибровочных коэффициентов в уравнениях шкалы (7)...(9).

С целью получения дополнительной информации о температуре контролируемой среды, необходимой для осуществления коррекции выходного сигнала датчика плотности, предложено использовать вспомогательный механический резонатор, отличающийся высокой чувствительностью к температуре. Разработаны два варианта конструкции вспомогательного резонатора в скорме замкнутого стержневого камертона, добротность колебательной системы которого составила 3500...5000, что позволяет обеспечить высокие метрологические характеристики датчика по каналу измерения температуры.

Проведен анализ методов компенсации температурной погрешности измерения плотности, основанных на использовании различных вариантов совместной обработки частотных сигналов основного (цилиндрического) и вспомогательного "резонаторов, и выработаны рекомендации по их практическому применению.

Получено уравнение шкалы вспомогательного резонатора для случая его размещения в герметичной камере, отделенной от контролируемого газа теппопроводящими стенками:

' 2 г 2

где Сс = %0- ,. и С г = . , - калибровочные ко-

с».Е-<*1 о ( (

эффишенты, определяемые экспериментально; оСЕ и - коэффициенты термоупругости и теплового линейного расширения материала вспомогательного резонатора; Т'и Т^ - период колебаний вспомогатель-

9

ного резонатора при значениях температуры t и t0 (обычно, t0 = 20 соответственно.

Если термочувствительный резонатор находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, рекомендовано использовать уравнение шкалы датчика плотности вида:

где Cg, С^, Сд, - температурные коэффициенты основного и вспомогательного резонаторов; 9 и 9' - значения плотности газг определенные с помощью основного и вспомогательного резонатороз согласно уравнению (8) без учета действия температуры.

Поскольку при калибровке ВДП устанавливается только зависимость между плотностью газа и периодом колебаний резонатора, то различие значений скорости распространения звука с в контролируемом и калибровочном газах (при одинаковой плотности после, них) приводит к изменению значения относительной толщины "присоединенного слоя" газа К д в уравнении (6), а следовательно, к появлении дополнительной погрешности измерения плотности. Проведенный анализ показал, что ее значение мажет достигать не скольких процентов.

В результате расчетов на ЭВМ по математической модели получен график зависимости K<j (р ) дня реально возможных предел изменения параметра р =ы/с. Как показали проведенные исследо! ния, зависимость Кд (р ) можно считать близкой к квадратичной и записать в виде:

где р - постоянный коэффициент; Kg (£с) - значение отноеител; ной тмщины "присоединенного слоя" газа в начальной точке pea ного диапазона изменения параметра р.

Тогда уравнение шкалы ЦЩ с учетом коррекции по скорости распространения звука в среде имеет вид:

n-fr <»C5-(¿-Ce) (I0>

«♦Cs-(tf-Cb)'

2

где Cg = p/K g (p>0) и Cg = p»o - постоянные коэффициенты; he = w/cK ; w /си! си и ск ~ значения скорости распрос

- ТЗ -

гения звука в измеряемом и калибровочном газах; ¡р - плотность ["аза, определенная без учета значения скорости распространения звука по Формуле (9).

Если принять р0 = О, т.е. использовать в качестве начальной сочки значение К^ (р ) в несжимаемой жидкости, то уравнение (КЛ ложет бнть преобразовано к виду:

9 9 ^Св-Ри*

ЦП

Лля нахождения значений скорости распространения звука в контролируемом и калибровочном газах целесообразно использовать приближенные уравнения в виде полиномов, в которые входят значения плотности, температуры и относительной плотности гача. Возникающая при этом погрешность определения значения скорости распространения звука не превышает - 1$, что вызывает появление дополнительной относительной погрешности измерения плотности газа (с использованием уравнения-шкалы (II)) не более - 0,Р4<. Это значительно меньше Ееличинк других соетатщ.ттчт' результирующей погрешности, в частности, погрешности измерения действительного значения плотности газа при градуировке датчика.

Четвертая глава посвящена вопросам разработки впбпягионного плотномера газа, предназначенного .для автоматического контроля плотности в промышленных условиях, на основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследовании.

Получено выражение для чувствительности выходного сигнала ВДП к плотности газа и предложена г,гтодика расчета п рационального выбора конструктивист параметров датчика, обеспечивающая достижение максимального значения Зд.

Разработаны два варианта конструтит ВДП г использованием вспомогательного механического резонатора, а также схема установки датчика на технологическом трубопроводе. Грсдло^генг таа варианта принципиальной электрической схемы усилителя возбуждения НЛП, позвояяюешо значительно снизить дополнительна погрешиостк измерения плотности, обусловленные фазовыми сдвигами в усилителе н изменениями аг/ттлитудн колебаний ргяоиятопа.

Выработаны требования к иикрспропессорному блоку, входящему в комплект плотномера, к предложены возмокнне танкой?!» фукк-гиопалькоГ; схрмн последнего, один из которых приводе;: на рис.

- 14 -

Зункциональная схема вибрационного плотномера газа

СВЯЗЬ С ЭВМ ПЕЧАТАЮЩЕЕ ВЕРХНЕГО УСТРОЙСТВО, САМОПИСЕЦ

Ш - модуль процессора; МПИ - модуль памяти и интерфейсов; МАЦ - модуль ввода-вывода аналоговых сигналов; Ш - модуль индккашш; 1ТВЧ - модуль ввода частогно-импульенкх сигналов; 1ЛИЭ - модуль искрозащиты; ИРПС - последовательный интерфейс; 11Р11Р - параллельный интерфейс

Рис.2

Проведенный сравнительный анализ предложенной и существующих конструкций ВДП газа показал, что по основным характеристикам (чувствительность к плотности, добротность колебательной системы, технологичность изготовления и т.д.) она не уступает лучшим зарубежным аналогам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведены сравнительный анализ и систематизация конструкций вибрационных датчиков плотности (ВДП) газа, выявлены основные тенденции их развития.

2. Разработана конструкция ВДП газа, обладающая высокими значениями добротности колебательной системы и чувствительности к плотности.

3. На основании разработанной математической модели колебательного движения механического резонатора плотномера в контролируемом газе получено уравнение градуирозючкой характеристики ВДП и выражение для определения его чувствительности.

4. Проведен анализ влияния неинФормативных параметров на выходной сигнал ВДП и разработаны методы компенсагии возникающих пополнительных погрешностей измерения плотности. Получены уравнения шкалы ВДП, позволяющие вводить корректно по температуре

з скорости распространения звука в среде.

5. Проведены исследования способов термокомпенсагии с ис-тользованием вспомогательного (термочувствительного) резонатора

I на их основе выработаны рекомендаши по практическому примене-шю различных вариантов температурной коррекции выходного сиг-1ала ВДП.

6. Осуществлена экспериментальная проверка полученных ана-штических зависимостей, удовлетворительно подтвердившая адек-шность математической модели и правильность теоретических ек-юдов.

7. Предложена методика расчета и рационального выбора ос-[овных конструктивных параметров ВДП газа с цилиндрическим резо-[атором.

8. Разработаны и изготовлены макетные образцы ВДП газа. !тносительная погрешность датчика в диапазоне плотностей

О,2...II,2) кг/м не превышает - 0,43$.

9. Проведенный анализ погрешности определения действительно значения плотности газа на использованной экспериментальной становке и характеристик разработанного датчика плотности поз-

воляет сделать вывод о возможности достижения более высоких метрологических показателей последнего в случае повышения точности его калибровки.

10. Основные положения диссертационной работы могут быть использованы при разработке и проектировании серийных образцов вибрационных плотномеров газа.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах

1. Вибрационный плотномер /Ю.П.Жуков, А.И.Флегонтов, В.В.На вротский и др. - Положительное решение от 24.06.91 по заявке

4869958/25.

2. Некоторые вопросы применения вибрационных плотномеров в системах измерения массового расхода газа /Ю.П.Жуков, М.В.Кулаке А.И.Флегонтов, II. Р.Янбухтин // Вопр. надежности и метролог, обес печения приборов контроля теплоэнергет. параметров: Сб. науч. т{ Гос. НИИ теплоэнергет.^приборостроения. -М., 1990. - С.68-76.

3. Флегонтов А.И., Жуков Ю.П. Теоретические аспекты проект! рования датчика вибрационного плотномера газа / Яросл. политехн, ин-т. - Ярославль, 1991'. - 18 с. - Дегг. в ИНФОРМПРИБОРе 03.02.9; )' 5051-пр.92.

4. Флегонтов А.И. Особенности построения вабрашюнно-часто' ного датчика плотности газа // П Всесоюз. совещ. молодых ученых специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измер ния, контроля и управления" (Гурзуф, 14-21 мая 1990 г.): Тез. докл. - М., 1990, - С. 17.

5. Флегонтов А.И., Жуков Ю.П. Вибрационный измеритель плот ности газообразных сред // П Всесоюз. научно-техн. конференция молодых ученых и специалистов с международным участием "Контро управление и автоматизация в современ. пр-ве" / г.Минск, 15-19 тября 1990 г.): Тез. докл. - М.: НПО "Магистр", 1990. - С.6.

6. Плотномер газа с частотным датчиком / А.И.Флегонтов, Ю.П.Куков, М.В.Кулаков, В.И.Клюев // Автоматизация технол. прог сов в хим. пром-сги: Гез. докл. науч.-практ. семинара. - Челябинск, 1990. - С.51-52.

7. Разработка вибрационного датчика плотности сжиженных ге Отчет о НИР (заключит.) / Яросл. политехн. ин-т; Руководитель Ю.П.Еуков. - Р ТР 0191.0055369. - Ярославль, 1991. - 73 с. - О: исполн. В.И.Клюев, А.И.Флегонгов, В.В.Навротский.