179536. lajstromszámú szabadalom • Készülék folyadék sűrűségének rezgőrendszerű mérőérzékelők alkalmazásával történő folyamatos mérésére
3 179536 4 külső és belső felülete mentén áramlik. Szennyezett folyadékok mérésére az előzőek szerint nem alkalmas. Ma már az ipari műszerekkel szemben is fokozottabb pontossági és üzembiztonsági követelményeket támasztanak. Az igények már megközelítik a laboratóriumi pontosságot nehéz ipari körülmények között. Nagymennyiségű, jelentős értékű termék elszámolásánál (pl. olajipar) jelentkező legkisebb relatív hiba is abszolút értékben sokat jelent. A pontosság fokozásának legnagyobb akadályai a mostoha ipari körülmények és a mérendő közeg szennyezettsége. Az olajiparban például 10-20 at. üzemi nyomásingadozás és ±20°C hőmérsékletingadozás normál üzemi körülménynek számít. A sűrűségmérés pontossága attól függ, hogy milyen mértékben sikerül az említett paraméterek ingadozásaiból adódó járulékos hibákat lecsökkenteni. A találmány célkitűzése olyan folyadéksűrűségmérő kidolgozása, mely az ismert érzékelők hibáitól mentes és nehéz ipari körülmények között is a nyomás és hőmérsékletingadozások okozta járulékos hibái a gyakorlatban már elhanyagolhatóak. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy egy új kompenzációs eljárással a járulékos hibák a gyakorlat számára megszüntethetőek. A találmány szerinti érzékelő két rezgőhengert tartalmaz és ezek a hangvillás oszcillátor elve a'apján rezonanciafrekvenciájukon hajlítási rezgésmódban rezegnek. Az érzékelő egyik rezgő hengere, melynek mindkét vége mereven befogott, érintkezik a mérendő közeggel és annak csak a belsejében áramlik. Rezonanciafrekvenciája megváltozik a közeg sűrűségváltozása hatására. Az érzékelő második rezgőhengere, melynek mindkét vége mereven befogott és geometriailag azonos az első rezgőhengerrel, nem érintkezik a mérendő közeggel, csak a belsejébe zárt referencia folyadékkal, a nyomásváltozás okozta járulékos hiba kompenzációját szolgálja. A mérés folyamán a referencia rezgőhenger a mérendő közeg sűrűségváltozása hatására nem változtatja meg a rezonanciafrekvenciáját. A referencia rezgőhenger belsejébe zárt folyadék a mérendő közeggel rugalmas elemen, vagy alkalmas nyomásközvetítő elemen keresztül van kapcsolatban, így az üzemi nyomás a két rezgőhenger belsejében azonos. A mérendő közeg nyomásváltozása mindkét henger rezonanciafrekvenciáját gyakorlatilag azonos mértékben változtatja meg. Ily módon a két henger rezonanciafrekvenciájának különbsége már gyakorlatilag nem függ az üzemi nyomástól, tehát a nyomásváltozás okozta járulékos hiba kompenzálódik. A referencia henger belsejében ellenálláshőmérő van elhelyezve, melynek a jelével a hőmérsékletváltozás okozta járulékos hiba kompenzálható. A találmány szerinti érzékelő egyik példaképpeni kiviteli alakját az ábrák alapján mutatjuk meg. Ettől eltérően a találmány szerinti érzékelő más megvalósítási módja is lehetséges. Az 1. ábra a találmány szerinti érzékelő elvi felépítését ábrázolja. A 2. ábra szerinti blokkvázlat az érzékelőben alkalmazott kompenzációk villamos elvét ábrázolja. A 3. ábra az érzékelő villamos működési elvét szemlélteti. Az 1. ábra az 1 mérőházat, a 2 mérő rezgőhengert, a 3 kompenzáló rezgőhengert, a 4, 5 gerjesztő egységeket, a 6, 7 detektáló egységeket, a 8 rugalmas nyomásközvetítő elemet és a 9 hőérzékelőt tartalmazza. A 2. ábrán az fm mérő frekvencia és fr referencia frekvencia bemenő jelek az A frekvenciakülönbségképző áramkörre jutnak. A hőérzékelőről célszerűen ellenálláshőmérőről az R jel a B hőmérséklet-feszültség átalakítóra jut, melynek kimenő jele az U hőmérsékleti kimenő feszültség. A C hőmérsékleti kompenzációs egység bemenetére jut az fr-fm különbségi frekvenciajel és az U hőmérsékleti kimenő feszültség. Kimenő jele az fki hőmérséklet és nyomáskompenzált frekvenciajel, mint a készülék kimenőjele. A 3. ábra az 1. és 2. ábra összevont ábrázolása kiegészítve a 10, 11 erősítőkkel, melyek a működéshez szükségesek. A találmány szerinti érzékelő működésének részletes ismertetését az 1. 2. 3. ábrák segítségével végezzük. Az érzékelő működése az 1. ábrának megfelelően az alábbi: Az 1 mérőházban egymástól és a mérendő közeg szempontjából elkülönítve, mindkét végén mereven, - például hegesztéssel - befogva helyezkedik el a 2 mérő rezgőhenger és a vele geometriailag azonos 3 kompenzáló rezgőhenger. A mérendő közeg csak a 2 mérő rezgőhenger belsejében áramlik, külseje levegőben van, igy akusztikailag vastagfalú nem bemerített rezgőhéjnak tekinthető. A 3 kompenzáló rezgőhenger belsejét a referencia folyadék teljesen kitölti, külseje levegőben van, így ugyancsak vastagfalú nem bemerített rezgő héjnak tekinthető. Ilyen akusztikai megoldás mellett a két rezgőhenger mechanikus jóságtényezője nagy, rezgési amplitúdók-nagyok, sűrűségérzékenysége jó a bemerített héjhoz viszonyítva. Ezeknek méréstechnikailag döntő jelentőségére a bevezető részben rámutattunk. A mindkét végén merev (behegesztett) befogás hajlítási rezgésmódot és kiváló ismétlőképességet eredményez. A két rezgőhengert a 4 és 5 gerjesztő egységek állandó rezgésben tartják. A 6 és 7 detektáló egységek az elmozdulásoknak megfelelő villamos jeleket szolgáltatnak. A mérendő közeg az üzemi nyomáson a 2 mérő rezgőhenger belsejében áramlik keresztül és a sűrűségváltozás megváltoztatja a rezonancia frekvenciáját. A 3 kompenzáló rezgőhenger belsejébe zárt referencia közeg a 8 rugalmas nyomásközvetítő elemen keresztül felveszi a mérendő közeg üzemi nyomását. Ezáltal a 3 kompenzáló rezgőhenger nyomásváltozás okozta frekvenciaváltozása azonos a 2 mérő rezgőhenger nyomásváltozás okozta frekvencia változásával. Így a két rezonanciafrekvencia különbsége gyakorlatilag nem függ az üzemi nyomásváltozástól. Védőtokban nyer elhelyezést a 9 hőérzékelő pl. ellenálláshőmérő a 3 kompenzáló rezgőhenger referencia folyadékkal töltött belsejébe merülve és a hőmérsékleti hiba kompenzálását szolgálja. A 2. ábra szerinti tömbvázlat segítségével követhető, hogy a 2 mérő rezgőhenger és a 3 kompenzáló rezgőhenger fm mérő frekvencia és fr referencia frekvencia jeléből, valamint az ellenálláshőmérő R jelének értékéből hogyan képez az érzékelő elektronikus egysége nyomástól és hőmérséklettől gyakorlatilag független fki hőmérséklet és nyomáskompenzált frekvenciajelet, mely az érzékelő kimenőjele. Ez a kimenőjel 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
