устройство для определения параметров спиртосодержащей жидкости

Формула изобретения

Устройство для определения параметров спиртосодержащей жидкости, содержащее расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из приемного цилиндра со входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя, отличающееся тем, что оно содержит узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары и пластинчатого обтюратора, закрепленного на оси барабана, плоскость обтюратора перпендикулярна оси барабана, причем излучатель и фотоприемный элемент оптоэлектронной пары расположены по обе стороны плоскости обтюратора и подключены соответственно к дополнительному выходу и входу преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно - к комбинированным приборам, определяющим объем, концентрацию и температуру жидкой среды, и может быть использовано в спиртовой и водочной промышленности для определения количества абсолютного ("безводного", т.е. 100%-ного) спирта в потоке спиртосодержащей жидкости.

Известны "контрольный снаряд" КС-35 [1] для учета спирта и аппарат спиртоизмеряющий контрольный ВКА-2М [2], содержащие платформу, на которой установлены приемный цилиндр, связанный через соединительную трубку с внутренним цилиндром барабана, разделенного на три секции. Барабан расположен в полуцилиндрическом корпусе, в нижней части которого размещена отводная трубка, в приемном цилиндре расположен сферический поплавок, связанный с механизмом учета и корректировки крепости анализируемой спиртосодержащей жидкости, спиртометрическая шкала с указательной стрелкой и механический счетчик количества абсолютного спирта.

Непрерывный поток спиртосодержащей жидкости, проходящей через аппараты, приводит во вращение трехсекционный измерительный барабан цилиндрической формы, вместимостью 15 л (5 л х 3). Вращение барабана передается на счетчик спирта, который учитывает количество пятилитровых выливаний из секций барабана и тем самым производит подсчет количества спиртосодержащей жидкости, прошедшей через барабан.

Текущее значение крепости (концентрации) спиртосодержащей жидкости показывает указательная стрелка на спиртометрической шкале.

Положение указательной стрелки определяется положением поплавка в приемном цилиндре аппарата, степень погружения которого зависит от концентрации находящейся в приемном цилиндре спиртосодержащей жидкости.

Количество безводного спирта, содержащегося в прошедшей через аппарат спиртосодержащей жидкости, учитывается счетчиком безводного спирта, на который передается не только количество колебаний спиртометрической шкалы, соответствующее количеству пятилитровых выливаний из секций барабана, но и длина дуги, пройденной спиртометрической шкалой. Рабочий профиль спиртометрической шкалы составляет некоторую функцию плотности спиртосодержащей жидкости и построен так, что угловое перемещение шкалы до встречи с указательной стрелкой при разной концентрации спиртосодержащей жидкости пропорционально содержанию в нем безводного спирта.

Таким образом, счетчик безводного спирта будет учитывать только количество безводного спирта, содержащегося в спиртосодержащей жидкости.

Конструкция этих аппаратов основана на достижениях точной механики XIX века. Принцип их работы и конструкция разработаны еще в 1886 году и по существу не претерпели принципиальных изменений до настоящего времени.

Недостатком таких аппаратов является их сложность и дороговизна, обусловленная наличием большого количества механических деталей и узлов, требующих высокой технологии производства.

В настоящее время имеются прецизионные датчики и микроминиатюрные электронные средства вычислительной техники, на базе которых созданы устройства для определения количества безводного спирта в спиртосодержащей жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для определения параметров потока спиртосодержащей жидкости [4] , содержащее расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из внутреннего приемного цилиндра с входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя.

Такому устройству также присущи отмеченные выше недостатки - сложность конструкции и недостаточная точность определения объема безводного спирта в потоке спиртосодержащей жидкости.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, достигается в устройстве для определения параметров потока спиртосодержащей жидкости, содержащем расходомер, выполненный в виде барабана, состоящего из внутреннего приемного цилиндра с входными щелями на его боковой поверхности и секторов с выходными сливными каналами, расположенными на внешней боковой поверхности барабана, и вала с подшипниками, входной штуцер, промежуточный трубопровод, конец которого расположен в приемном цилиндре, сливную емкость с выходным штуцером, датчик-плотномер и датчик температуры, расположенные в промежуточной накопительной емкости и подключенные к первому и второму входам преобразователя, и блок индикации, соединенный с выходом блока вычислений, вход которого подключен к выходу преобразователя, тем, что оно содержит также узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары и пластинчатого обтюратора, закрепленного на оси барабана, плоскость обтюратора перпендикулярна оси барабана, причем излучатель и фотоприемный элемент оптоэлектронной пары расположены по обе стороны плоскости обтюратора и подключены соответственно к дополнительному выходу и входу преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 показана конструкция устройства (а - вид спереди со снятым кожухом; б - вид сверху со снятым кожухом; в - барабан в разрезе по А-А; г - взаимодействие опорных элементов с платформой, на которой установлены механические узлы и элементы устройства);

- на фиг. 2 приведена функциональная схема устройства;

- на фиг. 3 показано подключение преобразователя к механической части устройства, содержащей измерительный барабан и датчики.

Устройство (фиг. 1) содержит расходомер, выполненный в виде барабана 1, состоящего из приемного цилиндра 2, секторов 3 и вала 4 с подшипниками 5.

На боковой поверхности цилиндра 2 расположены входные щели 6, связанные с секторами 3, сливные каналы 7 которых расположены на внешней боковой поверхности барабана 1 (фиг. 1в).

Устройство содержит также входной штуцер 8, промежуточный трубопровод 9, конец которого расположен в приемном цилиндре 2, накопительную емкость 10, в которой расположены датчик 11 плотности и датчик температуры (не показан), сливную емкость 12 с выходным штуцером 13.

Кроме того, устройство содержит электронный преобразователь 14, блок 15 вычислений и блок 16 индикации, соединенный с выходом блока 15 вычислений, вход которого подключен к выходу электронного преобразователя 14, с одним из входов которого соединен выход датчика 11 плотности (фиг. 2).

Устройство содержит также узел балансировки барабана, состоящий из балансировочных элементов 17, оси которых расположены симметрично в одной плоскости и перпендикулярно оси барабана 1, и датчик угла поворота, выполненный в виде оптоэлектронной пары 18 и пластинчатого обтюратора 19, закрепленного на оси барабана 1.

При этом плоскость обтюратора 19 перпендикулярна оси барабана 1, причем излучатель 20 и фотоприемный элемент 21 оптоэлектронной пары 18 расположены по обе стороны плоскости обтюратора 19.

Механические детали и узлы закреплены на платформе 22, расположенной на трех опорных элементах 23 и 24 (на фиг. 1а,г показаны только два элемента). Два опорных элемента 24 выполнены в виде винтов для обеспечения возможности регулировки платформы 22 и установки ее в строго горизонтальное положение. Для контроля за горизонтальностью установки платформы 22 служит индикатор 25, выполненный в виде прозрачной камеры с воздушным пузырьком.

Устройство заключено в защитный кожух 26.

Электронная часть устройства (фиг. 2) состоит из электронного преобразователя 14, блока 15 вычислений, блока 16 индикации и упомянутой выше оптоэлектронной пары 18, состоящей из излучателя 20 и фотоприемного элемента 21, относящихся вместе с обтюратором 19 к датчику 27 угла поворота.

Датчик 11 плотности и датчик 28 температуры подключены соответственно к первому и второму входам электронного преобразователя 14.

Излучатель 20 и фотоприемный элемент 21 соединены соответственно с дополнительным выходом и входом преобразователя 14.

Электронный преобразователь 14 предназначен для преобразования аналоговых сигналов, поступающих от датчика 11 плотности и датчика 28 температуры, в цифровую форму, а также для запитки излучателя 20 необходимым рабочим напряжением и подсчета импульсов, поступающих от фотоприемного элемента 21 и соответствующих количеству заполняемых секторов 3 барабана 1.

Конструктивно большинство электронных узлов и элементов объединенo в электронный блок 29, на передней панели которого имеется табло 30 для отображения информации (фиг. 3).

Электронный блок 29 подключен к источнику электропитания (не показан) посредством электрокабеля 31 и связан с датчиками 11, 27 и 28, расположенными в кожухе 26 посредством информационных кабелей 32.

Для удобства эксплуатации кожух 26 снабжен опорными элементами и петлями 33, что позволяет устанавливать механическую часть устройства на горизонтальную поверхность или повесить на стенку.

Выходной штуцер 13 через гибкий шланг 34 связан с выходной накопительной емкостью (не показана).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии платформа 22 посредством регулировочных опорных элементов 24 выставляется строго в горизонтальное положение. Контроль за горизонтальностью платформы 24 осуществляется по индикатору 25, воздушный пузырек которого должен находиться в центре.

Центр тяжести барабана 1 сбалансирован с помощью балансировочных элементов 17 на специальном стенде (не показан).

Перед началом работы барабан 1 находится в произвольном состоянии, электронный блок 29 подключен к источнику электропитания, на электронном табло 30 - нулевые показания.

При поступлении спиртосодержащей жидкости во входной штуцер 13 вначале заполняется накопительная емкость 10, в которой расположены датчик 11 плотности поплавкового типа и датчик 28 температуры (например, полупроводникового типа).

На выходах этих датчиков формируются информационные сигналы, соответствующие плотности и температуре t спиртосодержащей жидкости, которые по информационным кабелям передаются в электронный блок 29 на соответствующие входы электронного преобразователя 14.

При переполнении накопительной емкости 10 спиртосодержащая жидкость через промежуточный трубопровод 9 поступает в приемный цилиндр 2 барабана 1, который заполняется, и спиртосодержащая жидкость через входную щель 6, занимающую самое нижнее положение по отношению к другим щелям 6, перетекает в один из секторов 3, связанный с данной входной щелью 6.

По мере заполнения сектора 3 спиртосодержащей жидкостью барабан 1 начинает плавно поворачиваться. Как только сектор 3 окажется максимально заполненным спиртосодержащей жидкостью, центр тяжести барабана смещается, и он вновь продолжает поворачиваться в том же направлении, при этом спиртосодержащая жидкость начинает выливаться из заполненного сектора 3 через сливной канал 7 в сливную емкость 12.

Поскольку с барабаном 1 на одном валу 4 закреплен обтюратор 18 (пластина, выполненная в форме правильного треугольника), то он перекрывает оптический канал между излучателем 20 и фотоприемником 21, в результате чего оптоэлектронной парой 18 формируется одиночный импульс, поступающий на дополнительный вход электронного преобразователя 14.

Один счетный импульс с оптоэлектронной пары 18 соответствует прохождению объема спиртосодержащей жидкости, равному объему сектора 3 барабана 1.

Объемы всех трех секторов 3 барабана 1 являются одинаковыми с учетом величины технологической погрешности изготовления данного механического узла (барабана).

В памяти электронного преобразователя 14 в цифровом виде на этапе калибровки предварительно записана константа V^норм, соответствующая объему одного сектора 3 при нормальной температуре (t = 20^oC).

Поскольку спиртосодержащая жидкость поступает во входной штуцер 13 непрерывно, то аналогичным образом из цилиндра 2 будет заполняться следующий сектор 3 через соответствующую входную щель 6, а из предыдущего сектора 3 спиртосодержащая жидкость будет продолжать выливаться в сливную емкость 12 и удаляться из нее через выходной штуцер 8.

При этом от электронной пары 18 будут непрерывно поступать счетные импульсы, по количеству которых можно сулить об объеме прошедшей через барабан 1 спиртосодержащей жидкости.

Счетные импульсы непрерывно подсчитываются в электронном преобразователе 14 и пeредаются в блок 15 вычислений.

Одновременно с этим в блок 15 вычислений поступают данные в цифровом виде о плотности и температуре спиртосодержащей жидкости.

Блок 15 вычислений по определенному алгоритму вычисляет количество безводного (100%-ного) спирта, содержащегося в прошедшей спиртосодержащей жидкости.

В вычислительном блоке 15 реализуется алгоритм определения количества безводного спирта с учетом следующих функциональных зависимостей:

V^безв(t,) = c^изм(t)V^изм(t,). (1)

где V^безв(t,) - реальный объем безводного спирта (вычисляемый в блоке 15) в спиртосодержащей жидкости, приведенный к нормальным условиям (t = 20^oC);

с^изм (t) - концентрация этилового спирта в спиртосодержащей жидкости при температуре t (определяемой с помощью датчика 28 температуры);

V^изм(t,) - измеренный объем спиртосодержащей жидкости при температуре t и плотности (определяемой с помощью датчика 27 угла поворота);

Концентрация с^изм (t) спирта связана с измеренной при температуре t плотностью ^изм(t) спиртосодержащей жидкости (определенной датчиком 11 плотности) следующей зависимостью:

c^изм(t) = K_c^изм(t); (2)

где K_с - коэффициент пропорциональности.

Плотность спиртосодержащей жидкости зависит от ее температуры

^изм(t) = ^изм_норм[1+K(t-t_н)], (3)

где ^изм_норм - значение измеренной плотности при нормальной температуре t_н = 20^oC;

K - коэффициент пропорциональности.

При этом объем V^изм(t) емкостей секторов 3 барабана 1 в зависимости от температуры t окружающей среды также будет изменяться по линейной зависимости

V^изм(t,) = V^норм[1+K(t-t_н)], (4)

где K - коэффициент пропорциональности;

V^норм - объем емкостей секторов 3 барабана 1 при нормальной температуре.

Из выражений (1)-(4) имеем окончательное выражение для определения количества безводного спирта, приведенного к нормальным условиям, реализуемое в блоке 15 вычислений



При этом необходимо отметить, что наряду с константой V^норм, о которой было сказано выше, в памяти электронного преобразователя 14 в цифровом виде на этапе калибровки предварительно записаны константы K_с, K и K.

Полученные результаты (вычисленный объем безводного спирта, содержащегося в спиртосодержащей жидкости, и измеренные значения плотности и температуры) отображаются на табло 30 электронного блока.

Механические узлы устройства, контактирующие со спиртосодержащей жидкостью, изготовлены из нержавеющей стали.

Электронная часть устройства реализована на современных элементах аналоговой и цифровой вычислительной техники с использованием микропроцессоров.

Опытный образец устройства прошел промышленные испытания и показал надежную работу и достаточную точность определения параметров спиртосодержащей жидкости.

Источники информации

1. Гавалов И.В. Контрольный снаряд для учета спирта.- М.: Пищевая промышленность, 1952.

2. Аппарат спиртоизмеряющий контрольный ВКА-2М (проспект ТОО "Бюро Комплекс"), 141080, Московская обл., г. Юбилейный.

3. Siemens. Тrommelzahler und Mengenme gerate fur Alkogol. Katalog MP 13. Teil 7, 1989.