ПЛОТНОМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01N9/20 

Изобретение относится к поплавковым плотномерам и может быть использовано для измерения плотности агрессивных и ядовитых жидкостей, а также обычных жидкостей с высокой точностью при низкой стоимости измерений.

Известен плотномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, формирователь, триггер, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора, первый каскад совпадений и первый умножитель частоты, выполненный в виде двух счетчиков, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу синхронизатора, а также генератор калиброванной частоты, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика первого умножителя частоты, второй каскад совпадения, первый вход которого подключен к выходу синхронизатора, а второй - к выходу второго каскада совпадения [1].

Недостатком известного плотномера является сильная зависимость результатов от вязкости жидкости и от наличия воздушных пузырьков в жидкости.

Известен поплавковый плотномер, содержащий цилиндрический сосуд с размещенным в нем переливным цилиндром, в который помещен поплавок со стержнем, связанным с сердечником дифференциально-трансформаторного преобразователя, выход которого связан с блоком индикации и регистрации [2].

Недостатками известного плотномера являются низкая надежность работы по внезапным отказам из-за наличия движущихся механизмов, большая погрешность из-за низкой чувствительности и невозможность измерения плотности агрессивных и ядовитых жидкостей из-за наличия движущихся деталей для съема информации.

Целью изобретения является повышение надежности работы плотномера путем его упрощения и исключения движущихся деталей и механизмов при одновременном повышении точности за счет увеличения чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения плотности агрессивных и ядовитых жидкостей путем герметизации измерений.

Цель достигается тем, что в плотномере, содержащем цилиндрический сосуд с крышкой и размещенным в нем переливным цилиндром, в котором помещен поплавок на подвеске, связанной с блоком регистрации, в качестве блока регистрации использован омметр, а подвеска выполнена в виде эластичного упругого шнура из электроизолированного проводника, к середине которого прикреплен поплавок, при этом верхние концы шнура жестко закреплены на крышке цилиндрического сосуда и соединены с соответствующими входами омметра. В плотномере проводник и его электроизолирующая оболочка выполнены из резины или латекса.

На фиг. 1 показан плотномер, сосуд и цилиндр даны в продольном осевом разрезе; на фиг. 2 показаны подвеска и низ поплавка, продольный осевой разрез; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - соединение концов шнура с омметром.

Плотномер содержит цилиндрический сосуд 1 с размещенным в нем мерным переливным цилиндром 2, в который помещен поплавок 3, и блок 4 индикации и регистрации. Поплавок 3 закреплен на подвеске 5. Блок 4 выполнен в виде омметра, подвеска 5 выполнена в виде эластичного растягивающегося шнура, две жилы 6 и 7 которого выполнены из электропроводной резины и соединены в нижней части перемычкой 8, а оболочка 9 и изоляция 10 между жилами 6 и 7 шнура выполнены из эластичного изоляционного материала, например из резины или латекса. Верхний конец шнура прикреплен к крышке 11 цилиндрического сосуда 1. К нижнему концу шнура прикреплен поплавок 3. Верхние концы жил 6 и 7 соединены с входами омметра 4.

В состав плотномера входят также сетка 12 между входным патрубком 13 и переливным цилиндром 2, пеноотделитель 14, напорный 15 и сливной 16 трубопроводы. Цилиндрический сосуд 1 установлен на основании 17. Нижний конец шнура 5 через изоляционную прокладку 18 соединен с верхней конической частью 19 поплавка 3. На заводе-изготовителе жесткость поплавка с учетом жесткости шнура 5 устанавливают с таким расчетом, чтобы при среднем значении плотности контролируемой жидкости поплавок находился посередине по высоте переливного цилиндра. При минимальной по диапазону измерений плотности контролируемой жидкости поплавок должен находиться в нижней части переливного цилиндра 2, а при максимальном значении по диапазону измерения плотности поплавок должен находиться в верхней части переливного цилиндра. Этим обеспечивается максимальное по диапазону измерения плотности изменение высоты положения поплавка относительно крышки 11 сосуда 1.

Работа плотномера осуществляется после подсоединения к напорному трубопроводу 15 транспортной магистрали с контролируемой жидкостью (на фигурах транспортная магистраль не показана) и подсоединения к сливному трубопроводу 16 второй возвратной транспортной магистрали (которая также на фигурах не показана).

Работает плотномер следующим образом.

Контролируемая жидкость по напорному трубопроводу 15 и входному патрубку 13 входит в нижнюю часть цилиндрического сосуда 1. При этом жидкость очищается от пены и пузырьков воздуха, которые как более легкие собираются в пеноотделителе 14. Из нижней части сосуда 1 жидкость проходит через сетку 12 в мерный цилиндр 2. Проходя через сетку, жидкость отфильтровывается от лишних загрязнений и, кроме того, что более важно, поток жидкости при проходе через сетку становится спокойным ламинарным, т.е. сетка 12 одновременно выполняет функции фильтра и стабилизации потока жидкости. Лишняя часть жидкости переливается через верх цилиндра 2 и через сливной трубопровод 16 по возвратной транспортной магистрали возвращается назад. Таким образом, в мерном переливном цилиндре непрерывно обеспечивается смена жидкости при постоянном уровне жидкости и при спокойном ламинарном протекании жидкости через мерный переливной цилиндр. Все эти подготовительные операции к собственно измерению плотности осуществляются как и в прототипе.

Поплавок 3 на подвеске 5 непрерывно отслеживает плотность протекающей через цилиндр 2 жидкости так, что при увеличении плотности жидкости он большой подъемной силой жидкости выталкивается вверх, а при уменьшении плотности жидкости уменьшается пропорционально и действующая на поплавок подъемная сила и поплавок опускается.

При подъеме поплавка вверх уменьшается длина шнура 5 и соответственно уменьшаются длины жил 6 и 7. При опускании поплавка длина шнура 5 и 7 увеличивается. При любых изменениях положения поплавка объем резины, из которой изготовлены жилы 6 и 7, не изменяется. Поэтому при удлинении жил 6 и 7 одновременно уменьшается их поперечное сечение: во сколько раз увеличивается длина жил, во столько же раз уменьшается поперечное сечение жил, обеспечивая при этом постоянство объема жил. При всплытии поплавка 3 длина жил 6 и 7 уменьшается и во столько же раз увеличивается их поперечное сечение, обеспечивая при изменении постоянство объема жил.

Жилы 6 и 7 соединены между собой в нижней части перемычкой 8, верхние свободные концы жил соединены с входами омметра 4 (фиг.4). Поэтому в любой момент времени омметр показывает общее сопротивление последовательно соединенных жил. При погружении поплавка сопротивление увеличивается, а при всплытии поплавка уменьшается . При погружении поплавка сопротивление жил увеличивается одновременно из-за трех важных причин. Во-первых, сопротивление увеличивается прямо пропорционально увеличению длины жил 6 и 7, так как сопротивление любого проводника растет прямо пропорционально его длине. Во-вторых, сопротивление увеличивается из-за уменьшения поперечного сечения жил 6 и 7, так как сопротивление любого проводника обратно пропорционально его поперечному сечению. В-третьих, абсолютный прирост сопротивления при удлинении жил 6 и 7 равен сумме приростов сопротивлений каждой из жил, поэтому абсолютный прирост сопротивления при уменьшении плотности жидкости увеличивается и еще вдвое. Если, например, длина жил увеличивается в 2 раза, то сопротивление каждой из жил увеличивается в 4 разa: в 2 раза сопротивление увеличивается за счет роста длины и в 2 раза - за счет уменьшения поперечного сечения в 2 раза. Если, например, исходное сопротивление каждой жилы равно 1000 Ом, то при удлинении жил в 2 раза общее, показываемое омметром 4, сопротивление увеличивается от 2000 до 8000 Ом и абсолютный прирост сопротивления составит 8000-2000=6000 Ом. Известно, что при прочих равных условиях погрешность измерения любой величины обратно пропорциональна абсолютной и относительной чувствительности к измеряемой величине. В предлагаемом плотномере относительная чувствительность по сравнению с прототипом увеличена в среднем в 2 раза при изменении длины шнура 5 при изменениях в 2 раза или увеличена в 3 раза при изменении длины шнура в 3 раза и т. д. При изменении длины шнура в процессе измерений в n раз чувствительность также увеличивается в n раз. Поэтому погрешность измерения плотности за счет увеличения чувствительности уменьшается в n раз. Кроме того, погрешность измерения плотности уменьшается за счет увеличения абсолютного значения чувствительности. Так, например, при использовании омметра 4 с относительной погрешностью 2 % если бы абсолютный прирост сопротивления составлял 2000 Ом, то погрешность была бы равной 40 Ом. Если абсолютный прирост сопротивления равен 8000 Ом, то погрешность равна также 40 Ом при верхнем положении поплавка. Относительная погрешность для первого случая составляет 2%, а для второго случая - только 0,5%, т.е. уменьшается в 4 раза.

При изготовлении плотномера или при его градуировке на конкретную контролируемую жидкость приводят в однозначное соответствие показания омметра 4 с плотностью контролируемой жидкости. Способ градуировки может быть любым.

Шнур 5 закреплен в крышке 11 с помощью специального уплотнения. Напорный 15 и сливной 16 трубопроводы соединены герметично с транспортной магистралью. Ни одна из движущихся частей и деталей плотномера, каковыми являются поплавок 3 и шнур 5, не выходят за пределы герметичного сосуда. Поэтому плотномер обеспечивает измерение плотности любых агрессивных или ядовитых жидкостей без риска их утечек.

Техническими преимуществами плотномера по сравнению с прототипом являются упрощение за счет исключения движущихся механизмов для съема информации, повышение точности за счет увеличения абсолютной и относительной чувствительности к плотности, расширения функциональных возможностей за счет осуществления контроля плотности агрессивных и ядовитых жидкостей (контроль агрессивных жидкостей обеспечивается выполнением стойкими к коррозии сосуда 1, цилиндра 2, сетки 12, поплавка 3 и шнура 5). Повышение точности при одновременном упрощении и расширении функциональных возможностей подтверждает, что в изобретении преодолено техническое противоречие.

Использование: в измерительной технике, в частности в поплавковых плотномерах для измерения плотности агрессивных и ядовитых жидкостей, а также обычных жидкостей. Сущность изобретения: плотномер содержит цилиндрический сосуд с размещенными в нем переливным цилиндром, в который помещен поплавок, снабжен омметром и подвеской, выполненной в виде эластичного растягивающего шнура, две жилы которого выполнены из электропроводной резины и соединены между собой в нижней части, а оболочка и изоляция между жилами выполнены из эластичного изоляционного материала, например из резины или латекса. Верхний конец шнура прикреплен к крышке цилиндрического сосуда, к нижнему концу шнура прикреплен поплавок, а верхние концы соединены с омметром. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ПЛОТНОМЕР, содержащий цилиндрический сосуд с крышкой и размещенным в нем переливным цилиндром, в котором помещен поплавок на подвеске, связанной с блоком регистрации, отличающийся тем, что в качестве блока регистрации использован омметр, а подвеска выполнена в виде эластичного упругого шнура из электроизолированного проводника, к середине которого прикреплен поплавок, при этом концы шнура жестко закреплены на крышке цилиндрического сосуда и соединены с соответствующими входами омметра. 2. Плотномер по п.1, отличающийся тем, что проводник и его электроизолирующая оболочка выполнены из резины или латекса.