CN2315563Y - 振动式在线粘度变送器 - Google Patents

Abstract

一种振动式在线粘度变送器,由机械部件和电器控制部件组成。机械部件包括由固定在法兰盘5上的防爆壳2形成的腔体,及固定在腔体内支架11上的振动体、驱动电磁体15和测量电磁体4,振动体中的钢性驱动联杆穿过法兰盘,上部固定非导磁水平横梁9,下部同轴地套有弹性外筒7,底端固定球形探头8,其中驱动电磁体15和测量电磁体4中的电圈分接电器控制部件中可控增益放大器18的输出、输入端,可控增益放大器18输出的信号经放大后与参考电压比较,差值反馈给可控增益放大器18,其增加的输出信号即代表流体粘度。

Description

振动式在线粘度变送器

本实用新型为一种振动式在线粘度变送器。

在石油化工的聚合工艺中，及时检测聚合物的粘度是迫切需要解决的问题，目前，国内广泛使用的测定粘度的方法是稀释法，即将聚合物稀释后，用乌氏粘度计测定粘度，该方法测定一次样品需用2个小时，很难满足生产的需要。于是人们迫切需要在线粘度测量仪表，此类仪表主要有两类，一类是在线旋转粘度计，被测液体流经同轴内外的两个圆筒的夹缝中，外筒被电动机扭转，由于剪切力的作用，内筒将因扭矩而偏转一定角度，与内筒相连的扭矩传感器测出扭矩的大小代表被测液体的粘度值。此类仪器的量程范围小，无法测量粘弹性物质的粘度。

另一类仪器是振动式在线粘度计，原理是通过振动体在被测液体中所产生的振幅变化来测定液体的粘度。USP5,317,908公开了一种振动式在线粘度变送器，可用于测定高温高压下高粘度流体的瞬时粘度，该粘度变送器主要包括一个外壳及从外壳延伸出的空心体，该空心***于壳体的内部，空心体上远离壳体的一端为带传感器的外套，外套内同心地套有一根穿过空心体的轴，轴的末端与外套的末端固定在一起，壳体中还设置有固定在轴上的横臂，电磁驱动器在传感器和轴的扭动振动的同时产生磁场，检测器线圈测出固定在轴上的横臂的振幅变化，所述检测器和驱动器电磁线圈彼此垂直放置，以减小串扰和变送器尺寸。该仪器中***液体内的传感器带有测温热电偶，外壳是屏磁的，电子控制单元包括有流速和液体压力所产生作用的补偿设施。显然，该粘度计的结构较为复杂。

本实用新型的目的是提供一种结构简单，能测定高粘度流体瞬时粘度值，且量程范围宽的振动式在线粘度变送器。

本实用新型是根据电磁谐振原理设计的，其工作原理是驱动电磁体、测量电磁体、振动体和可控增益放大器构成“音叉式”振荡***，空载时，振动体保持等幅振荡，当振动体中的球形探头浸入被测流体后，由于受到流体粘性阻力的作用，使振荡幅度下降，于是测量电磁体的输出信号下降，这时由于反馈作用，可控增益放大器即增加驱动信号的输出，使振动体回到原来的振荡幅度，此时仪表检测出增加的输出功率，就代表液体的粘度。

本实用新型提供的粘度变送器由机械和电器控制两大部件组成，具体地说，机械部件包括防爆壳、法兰盘、振动体、支架和固定在支架上的驱动电磁体和测量电磁体。防爆壳固定在法兰盘上形成一个腔体，防爆壳上设有电缆直引孔，支架固定在腔体内法兰盘的中心位置，为底部设有对称凹槽的筒状中空体，振动体由钢性驱动联杆、弹性外筒、球形探头和非导磁水平横梁组成，其中非导磁水平横梁上对称地嵌有驱动永磁体和测量永磁体，钢性驱动联杆穿过法兰盘，其上部固定可在支架的凹槽内摆动的非导磁水平横梁，下部是同轴地套在其外的弹性外筒，弹性外筒上端与法兰盘垂直密封连接，下端与球形探头密封连接，钢性驱动联杆的底部也与球形探头密封连接，其顶部由呈十字排列的弹性钢丝固定在支架的顶面，并使驱动联杆保持垂直状态。驱动电磁体和测量电磁体分别固定在支架两侧对应于驱动永磁体和测量永磁体的位置，其端面与非导磁水平横梁平行，

电器控制部件包括可控增益放大器、前放大器、幅度检波器、两个比较器和移相器。可控增益放大器的输入、输出端分别与机械部件中的测量电磁体、驱动电磁体相连，前放大器输入端与可控增益放大器输入端相连，输出端分两路，一路与幅度检波器输入端相连，另一路与移相器相连，所述的一个比较器的两个输入端分别与参考电压和幅度检波器的输出端相连，输出端与可控增益放大器相连，另一个比较器的两个输入端分别与移相器输出端和可控增益放大器的输出端相连，其输出端的输出信号即代表被测流体的粘度值。

所述的机械部件中固定在支架两侧的驱动电磁体和测量电磁体均为差动连接的两组，分别固定于非导磁水平横梁两边的支架上，即两个差动连接的驱动电磁体对称地固定在位于非导磁水平横梁两边的支架的一侧，两个差动连接的测量电磁体对称地固定在支架的另一侧，其位置分别对应于驱动永磁体和测量永磁体，且端面与非导磁水平横梁平行，相距0.3毫米。

所述支架为底部对称地设有两个凹槽的圆筒状中空体，由低碳钢制成，钢性驱动联杆为中空管。

所述驱动电磁体和测量电磁体结构相同，包括绕制在线圈骨架上的线圈、导磁体和磁芯体，磁芯体由高导磁材料，如高镍铁合金制成，其形状为一变径实心柱体，粗端部分设有引线孔，导磁体为圆筒形，与磁芯体的粗端螺纹连接，线圈固定于导磁体内磁芯体细端的两侧。

所述防爆壳上设有两个对称地电缆直引孔，以便将可控增益放大器的输入、输出端通过电缆线穿过直引孔与测量电磁体和驱动电磁体相连，防爆壳内还设有接线端子排及专用接地端子，以便于测量、驱动电磁体的线圈与电缆线相接。

本实用新型变送器适用于高粘度流体的在线粘度测定，如聚合物、粘合剂、纸浆、沥青、果酱、石油产品、油漆、印刷油墨、钻井液等高粘度物质在生产过程中的在线粘度测量，以保证产品质量。本实用新型变送器也可用于粘弹性液体的粘度测量。

本实用新型变送器结构简单，驱动和测量电磁体均有各自的交、直流磁路，因此可以并排设置，没有串扰现象，测量灵敏度高。另外，本实用新型还具有宽的量程范围，可在高温、高压，流速变化较大的环境下工作，输出的粘度信号还可转换成数字信号输入计算机，以利于对生产过程进行优化控制。

下面结合附图详细说明本实用新型。

图1为本实用新型的机械部件结构示意图。

图2为图1中测量电磁体的结构示意图。

图3为测量电磁体和驱动电磁体的安装位置剖面示意图。

图4为本实用新型电器控制部件的结构框图。

由图1可知本实用新型的机械部件包括防爆壳2、法兰盘5、支架11、振动体、测量电磁体4、驱动电磁体15(位于图1中支架的左侧，与测量电磁体轴对称，详见图3)。防爆壳2固定在法兰盘5上形成一个腔体，腔体中法兰盘5的中心位置固定支架11，支架11为底部设有两个对称凹槽的筒状中空体，振动体由钢性驱动联杆6、弹性外筒7、球形探头8和非导磁水平横梁9组成，其中，非导磁水平横梁9上嵌有相互对称的驱动永磁体10和测量永磁体16(见图3)，钢性驱动联杆6穿过法兰盘5，为一中空管，上部固定非导磁水平横梁9，该横梁9位于支架11的凹槽间，可以摆动，钢性驱动联杆6的下部同轴地套有弹性外筒7，弹性外筒7上端与法兰盘5底面垂直密封焊接，下端与球形探头8密封焊接，钢性驱动联杆6的下端也垂直地焊接在球形探头8上，其顶端用小环形压板固定4根呈十字排列的弹性钢丝12，四根弹性钢丝的另一端用大环形压板固定在支架11的顶面上。由图3可知非导磁水平驱动横梁9两边的支架11上，对应于测量永磁体16的位置固定有两个差动连接的测量电磁体4，非导磁水平横梁9另一侧的支架11上，对应于驱动永磁体10的位置固定有两个差动连接的驱动电磁体15。驱动电磁体15和测量电磁体4的端面与非导磁水平横梁9平行，相距0.3毫米。

所述支架11上还设有接线端子排3，可将驱动电磁体15和测量电磁体4的线圈接在端子排3上，再通过电缆线分别与电器控制部件的驱动、测量端口相接。

本实用新型提供的变送器中，驱动电磁体15和测量电磁体4具有相同的结构，但具有不同的线圈匝数，由图2可知，所述电磁体包括绕制在线圈骨架29上的线圈25，磁芯体28和导磁体27，磁芯体28为一变径实心体，粗的一端设有两个引线孔30，导磁体27为圆筒形，与磁芯体28的粗端螺纹连接，可将线圈25压紧在磁芯体28细端的两侧。驱动电磁体15和测量电磁体4可通过磁芯锁紧螺母24和导磁体锁紧螺母26方便的固定在支架11上。所述线圈由漆包线绕制而成，驱动电磁体漆包线直径0.3～0.4毫米，绕制匝数为400～450，测量线圈漆包线直径为0.07～0.09毫米，绕制匝数为4500～5000。所述磁芯体28、导磁体27均采用高镍铁合金制成，线圈骨架29为聚四氟乙烯制成。

本实用新型的电器控制部件包括可控增益放大器18、前放大器17、幅度检波器19、两个比较器21、23和移相器22，设有驱动和测量两个接线端口。其结构框图见图4，可控增益放大器18和前放大器17的输入端均接在测量端口上，可控增益放大器18的输出端接在驱动端口，前放大器17的输出分两路，一路与幅度检波器19的输入端相连，另一路与移相器22的输入端相连，比较器21的两个输入端分别与参考电压20和幅度检波器19的输出端相接，输出端与可控增益放大器18相连，另一个比较器23的两个输入端分别与移相器22的输出端和驱动端口相连，输出端输出的信号即代表粘度值。

本实用新型变送器使用时，可将机械部件安装在成品罐入口处，驱动电磁体15和测量电磁体4的线圈分别接在接线端子排3上的两个端子上，将两条四芯屏蔽电缆线分接在上述的两个端子上，再穿过电缆直引孔13引出防爆壳2，分别与电器控制部件中的驱动、测量端口相连，用电缆线压帽1、14固定在防爆壳2上，压帽与电缆直引孔13中间垫有密封垫。

本实用新型变送器的工作原理为：空载时，机械部件中球形探头8的微弱振动被测量电磁体4转换为电信号，输入可控增益放大器18，放大后送到驱动电磁体15推动振动体振动，当放大到一定倍数时，***维持等幅振荡。当进行粘度测量时，振动体中的球形探头8***被测流体，因受到流体剪切力作用，振动幅度减少，测量电压下降，该电压下降信号被前放大器17放大后，经幅度检波器19检波后变成直流电压，该直流电压与参考电压20经过比较器21比较后，其差值反馈给可控增益放大器18，可控增益放大器即增加驱动功率的输出，使振动体回到原来的幅度，前放大器17输出的另一路信号经移相器22移相，与驱动电压保持同相后，经比较器23比较后的差值的平方值，即代表增加的输出功率，也就代表流体的粘度。

变送器中可控增益放大器18采用SSM2018芯片，幅度检波器19和比较器21、23均采用CA3140芯片，前放大器采用SSM2110芯片，移相器22采用常规的移相电路设计。

Claims (6)

1、一种振动式在线粘度变送器，包括由固定在法兰盘上的防爆壳形成的腔体，及固定在腔体内支架上的振动体、驱动电磁体和测量电磁体组成的机械部件及电器控制部件，其特征在于：

机械部件中防爆壳(2)上设有电缆直引孔(13)，支架(11)固定在腔体内法兰盘(5)的中心位置，为底部对称地设有两个凹槽的筒状中空体，振动体由钢性驱动联杆(6)、弹性外筒(7)、球形探头(8)和非导磁水平横梁(9)组成，非导磁水平横梁(9)上对称地嵌有驱动永磁体(10)和测量永磁体(16)，钢性驱动联杆(6)穿过法兰盘(5)，上部固定可在支架(11)的凹槽内摆动的非导磁水平横梁(9)，下部同轴地套有弹性外筒(7)，弹性外筒(7)上端与法兰盘(5)垂直密封连接，下端与球形探头(8)密封连接，钢性驱动联杆(6)的底部也与球形探头(8)密封连接，顶部由呈十字排列的弹性钢丝(12)固定在支架(11)的顶面，并保持垂直状态，驱动电磁体(15)和测量电磁体(4)分别固定在支架(11)两侧对应于驱动永磁体(10)和测量永磁体(16)的位置，其端面与非导磁水平横梁(9)平行，

所述电器控制部件包括可控增益放大器(18)、前放大器(17)、幅度检波器(19)、两个比较器(21)、(23)和移相器(22)，可控增益放大器(18)的输入、输出端分别与机械部件中的测量电磁体(4)、驱动电磁体(15)中的线圈相连，前放大器(17)输入端与可控增益放大器(18)的输入端相连，输出分两路，分别与幅度检波器(19)、移相器(22)的输入端相接，所述的一个比较器(21)的两个输入端分接参考电压(20)和幅度检波器(19)的输出端，输出端接可控增益放大器(18)，另一个比较电路(23)的两个输入端分接移相器(22)和可控增益放大器(18)的输出端。

2、按照权利要求1所述的变送器，其特征在于位于支架(11)两侧的驱动电磁体(15)、测量电磁体(4)均为差动连接的两组，分别固定于非导磁水平横梁(9)两边的支架(11)上。

3、按照权利要求1所述的变送器，其特征在于所述的机械部件中固定在支架(11)上的驱动电磁体(15)和测量电磁体(4)的端面与非导磁水平横梁(9)平行，且相距0.3毫米。

4、按照权利要求1或2所述的变送器，其特征在于所述的支架(11)为底部对称地设有两个凹槽的圆筒状中空体，钢性驱动联杆(6)为中空管。

5、按照权利要求1或2所述的变送器，其特征在于所述的驱动电磁体(15)和测量电磁体(4)包括线圈(25)、导磁体(27)和磁芯体(28)，磁芯体(28)为一变径实心圆柱体，粗端部分有两个引线孔(30)，导磁体(27)为筒形，与磁芯体(28)的粗端螺纹连接，线圈(25)固定于导磁体(27)内磁芯体(28)细端的两侧。

6、按照权利要求1所述的变送器，其特征在于防爆壳(2)的上部对称地设有两个电缆直引孔(13)。

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