УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N9/12 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для измерения плотности нефтепродуктов, растворов кислот, щелочей и других жидкостей.

Известны устройства для измерения плотности жидкости - ареометры, выполненные в виде поплавка (стеклянной ампулы с грузом), снабженного шкалой, отградуированной в единицах плотности [1].

Для выполнения измерений исследуемую жидкость заливают в сосуд и в нее погружают ареометр. В зависимости от плотности жидкости меняется глубина погружения в нее ареометра, что и служит основанием для выполнения измерений. Плотность жидкости при этом считывается визуально.

Ареометры обладают следующими недостатками:

- визуальное считывание информации связано с дополнительной погрешностью измерений, связанной с ошибками оператора, и не отвечает требованиям автоматизации измерений;

- при измерении плотности смачивающих жидкостей дополнительным источником погрешности измерений служит мениск, затрудняющий считывание информации.

Известны устройства для непрерывного измерения плотности жидкости, основанные на взвешивании заданного объема жидкости, измерении гидростатического давления на заданной глубине и др., в которых исключается влияние мениска на точность и принципиально решается задача автоматизации измерений, однако конструкции таких устройств характеризуются значительной сложностью [2-3].

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является устройство, содержащее поплавок, погруженный в жидкость и снабженный штоком, перемещающим по высоте плунжер измерительного преобразователя, сигналы которого обрабатываются в регистрирующем устройстве [4].

Прототип обладает рядом недостатков:

- поплавок механически (посредством штока) связан измерительным преобразователем, что приводит к дополнительной нагрузке, создаваемой на поплавок и ухудшающей точность и надежность измерений;

- объем жидкости, вытесняемой поплавком со штоком, непостоянен, так как при погружении поплавка в жидкость вместе с ним погружается и часть штока, и это также влияет на точность измерений.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении этих недостатков путем создания условий, когда поплавок свободно плавает в жидкости, будучи полностью погруженным в нее.

Для решения этой задачи в предлагаемом устройстве, содержащем сосуд с исследуемой жидкостью, в которую погружен поплавок, связанный с измерительным преобразователем, и регистрирующее устройство, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа, верхний торец поплавка снабжен зеркалом, а измерительный преобразователь содержит телекамеру, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга закреплены точечные источники света, обращенные вместе с телекамерой в сторону жидкости и поплавка.

В результате в предлагаемом устройстве поплавок свободно плавает в жидкости, будучи полностью погруженным в нее. Объем вытесненной им жидкости неизменен и исключено влияние мениска на точность измерений.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены: сосуд 1 с исследуемой жидкостью, в которую погружен поплавок 2, на верхнем торце которого установлено зеркало 3, измерительный преобразователь, содержащий телекамеру 4, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга установлены точечные источники света 5 и 6, и регистрирующее устройство, выполненное в виде компьютера 7, в котором установлено устройство 8 для ввода видеосигнала в компьютер.

Устройство работает следующим образом. Изображения источников света 5 и 6, отраженные от поверхности исследуемой жидкости и зеркала 3, попадают в телекамеру 4. Выходной видеосигнал телекамеры, содержащий видеоизображения точечных источников света, преобразуется в устройстве 8 из аналоговой формы в цифровую и вводится в компьютер 7. При этом изображения точечных источников света отображаются на дисплее компьютера 7, как это показано на чертеже.

Расстояния X1 и Х2 между центрами этих видеоизображений в видеокадре обратно пропорциональны расстояниям от телекамеры 4 до поверхности исследуемой жидкости и зеркала 3, а разность этих расстояний пропорциональна глубине погружения поплавка в жидкость, которая пропорциональна искомой плотности жидкости, что и служит основанием для выполнения измерений.

Измерения выполняются под управлением компьютерной программы, в которой искомая плотность жидкости вычисляется по формуле:

где С - метрологическая постоянная, определяемая на основе калибровочных измерений.

Результаты экспериментальных исследований макета устройства, содержащего бескорпусную телекамеру с объективом с фокусным расстоянием 16 мм и точечные источники света в виде двух полупроводниковых светодиодов, расположенных на расстоянии 50 мм друг от друга, показали возможность измерения плотности электролита автомобильного аккумулятора с относительной погрешностью менее 1%.

Устройство может содержать не 2, а большее число точечных источников света, что способствует повышению точности измерений.

Источники информации

1. Ильинский Г.А. Определение плотности минералов. Л., “Недра”, 1975 г., стр.100.

2. Гаузнер С.И., Кивилис С.С., Осокина А.П., Павловский А.П. Измерение массы, объема и плотности. М., Изд-во стандартов, 1972 г.

3. Измерения в промышленности. Справочник, т.2, под ред. проф. П.Профоса, М., “Металлургия”, 1990 г., стр.229.

4. Измерения в промышленности. Справочник, т.2, под. ред. проф. П.Профоса, М., “Металлургия”, 1990 г., стр.232, прототип.

Использование: для измерения плотности нефтепродуктов, растворов кислот, щелочей и других жидкостей. Сущность: устройство содержит сосуд с исследуемой жидкостью, в которую погружен поплавок, связанный с измерительным преобразователем, и регистрирующее устройство. Верхний торец поплавка снабжен зеркалом, а измерительный преобразователь содержит телекамеру, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга закреплены точечные источники света, обращенные вместе с телекамерой в сторону жидкости и поплавка. Технический результат - повышение точности и надежности измерений. 1 ил.

Устройство для измерения плотности жидкости, содержащее сосуд с исследуемой жидкостью, в которую погружен поплавок, связанный с измерительным преобразователем, и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что верхний торец поплавка снабжен зеркалом, а измерительный преобразователь содержит телекамеру, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга закреплены точечные источники света, обращенные вместе с телекамерой в сторону жидкости и поплавка.