УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2016 года по МПК G01N9/00 

Изобретение касается устройства и способа определения плотности жидкости, в частности, сжиженного газа. Измеренная или, соответственно, определенная таким образом плотность может использоваться при управлении данными на заправочных станциях для установления масс заправленных жидкостей и для обеспечения качества. Как известно, одним из важных индикаторов для определения качества жидкостей является их плотность.

Уже несколько лет сжиженные газы (англ. LPG, Liquefied petroleum gas; СНГ, сжиженные нефтяные газы) используются не только для целей отопления, но и для заправки топливом транспортных средств. Сжиженный газ представляет собой смесь переменного состава, в основном из пропана и бутана и их изомеров. Указания по составу и его определению зафиксированы в нормах DIN EN 589, DIN 51618 и DIN 51622. Плотность сжиженных газов значительно ниже, чем плотность обычных топлив, и, в зависимости от температуры и состава, составляет от 0,44 кг/л до 0,66 кг/л. Так как состав подвержен сильным колебаниям, существует требование контроля на заправочных станциях и в резервуарах для хранения. Кроме того, в некоторых странах топлива продаются также по весу (массе), так что здесь тоже существует необходимость определять не только объем, но и плотность.

Плотность жидкостей может измеряться различными методами. Применительно к топливам и горючим, которые хранятся в резервуарах и должны непрерывно контролироваться, возможны только определенные способы измерения. Как, например, подробно пояснено в EP 2196781 A1, особенно предпочтительны способы измерения плотности, которые могут осуществляться вместе с измерением уровня наполнения жидкости в одной сенсорной системе, в частности, совместно с магнитострикционным измерением уровня наполнения. При этом используется направляемый поплавок, который силой своего выталкивания деформирует упругий элемент и при этом в состоянии равновесия испытывает определенное смещение, которое однозначным образом зависит от плотности жидкости. Это смещение определяется по тому же магнитострикционному принципу измерения, по которому определяется положение уровня наполнения или, при необходимости, разделительного слоя. Поэтому все измерительное устройство становится очень компактным.

Одна из особых возможностей заключается в том, чтобы заменить упругий элемент весовым элементом, т.е. цепью, как это описывается в RU 2273838 C1. Это позволяет получить чувствительное измерение благодаря тому, что может выбираться очень большой путь смещения поплавка при изменении плотности. Благодаря этому ошибки магнитострикционного измерения положения имеют лишь небольшое значение. Недостаток этой концепции заключается в том, что при возникающем в резервуаре при наполнении латеральном течении цепь может запутаться, и измерение из-за этого блокируется.

У сжиженных газов проблема заключается в том, что необходим поплавок, имеющий плотность, которая меньше измеряемой плотности, равной приблизительно 0,4 кг/л. Такой поплавок требует легкой тонкостенной конструкции и поэтому лишь недостаточно устойчив к давлению. Но в сжиженных газах давление, как правило, достаточно высоко. Емкости для сжиженных газов подвержены действию переменных давлений, которые соответствую давлению пара хранящейся жидкости. Емкости закрыты и имеют предохранительный клапан, который открывается автоматически при давлении приблизительно 16 бар. Поэтому поплавок должен быть в состоянии выдерживать это высокое давление.

Задачей изобретения является создать устройство и способ для определения плотности жидкости, которые могут также применяться со сжиженными газами, то есть в условиях высокого давления и низкой плотности.

Эта задача решается с помощью устройства для определения плотности жидкости с признаками п.1 формулы изобретения и способа для определения плотности жидкости с признаками п.12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемое изобретением устройство для определения плотности жидкости имеет поплавок, по меньшей мере одну воздействующую на поплавок пружину, упругая деформация которой является мерой подъемной силы поплавка и которая поэтому названа измерительной пружиной, и магнит, который предназначен для регистрации упругой деформации измерительной пружины посредством магнитострикционной системы измерения положения. Магнитострикционная система измерения положения может быть составной частью устройства, а также внешним компонентом, который, например, уже предусмотрен в резервуаре для хранения сжиженного газа в системе измерения уровня наполнения. В известной мере это устройство уже известно из вышеупомянутой EP 2196781 A1.

Так как предлагаемое изобретением устройство может использоваться, в частности, для определения плотности сжиженного газа, поплавок должен быть в состоянии выдерживать действующее в сжиженном газе давление и быть изготовлен относительно прочным. Поэтому частное массы и объема поплавка (то есть средняя плотность поплавка) больше, чем определяемая плотность (которая у сжиженного газа и так уже является низкой). В этом случае подъемная сила поплавка равна весу вытесненной поплавком жидкости, то есть равна произведению объема поплавка и плотности (или, соответственно, удельного веса) жидкости. Этой подъемной силы, следовательно, недостаточно, чтобы заставить поплавок всплывать. Поэтому устройство, которое известно из EP 2196781 A1, не функционировало бы.

Изобретение решает эту проблему таким образом, что поплавок силой упругости предварительно натягивается в направлении подъемной силы в рабочую область измерительной пружины. Это значит, подъемная сила и сила упругости вместе компенсируют силу веса поплавка, так что поплавок всплывает и теперь может свободно двигаться вверх или вниз. При этом он находится в рабочей области измерительной пружины, которая в этом случае в большей или меньшей степени деформируется или, соответственно, натягивается, причем именно в такой степени, что сумма сил, воздействующих на поплавок, обращается в ноль.

Таким образом, в зависимости от величины подъемной силы, измерительная пружина деформируется в большей или меньшей степени. Когда магнит совершает совместное движение при деформации пружины, его положение изменяется, что может регистрироваться магнитострикционной системой измерения положения. Это положение является мерой подъемной силы и, вместе с тем, плотности жидкости.

Предпочтительно измерительная пружина предназначена для того, чтобы создавать силу упругости, служащую для предварительного натяга поплавка в направлении подъемной силы. Это может достигаться, например, путем подвешивания поплавка к измерительной пружине. Тогда измерительная пружина тянется вверх и усиливает подъемную силу.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления такого рода системы поплавок без воздействия подъемной силы (например, в отсутствие наполнения жидкостью) прилегает к упору (например, опираясь на поддерживающую поверхность). При этом, хотя измерительная пружина тянет вверх, но этого недостаточно, чтобы отодвинуть поплавок от упора. Только под воздействием подъемной силы поплавок может оторваться от упора и удалиться на расстояние от него. Тогда, хотя тянущая сила измерительной пружины несколько уменьшается, но в целом устанавливается равновесие в рабочей области измерительной пружины. При этом измерительная пружина, в зависимости от величины подъемной силы, в большей или меньшей степени деформирована, что, как уже пояснялось, является мерой плотности жидкости. Зависимость между деформацией и плотностью является практически линейной.

В принципе, силу упругости, требуемую для усиления подъемной силы, может также создавать другая пружина, кроме указанной по меньшей мере одной измерительной пружины. Тогда получают систему пружин, которая, однако, как правило, реагирует тоже линейно, т.е. смещение магнита является практически линейной функцией подъемной силы и, вместе с тем, определяемой плотности.

Надлежащий предварительный натяг пружины (пружин) и рабочую область измерительной пружины (пружин) можно определить опытным путем. Зависимость деформации измерительной пружины (пружин) (или, соответственно, соответствующих электрических сигналов магнитострикционной системы измерения положения) при данной плотности жидкости может определяться, например, путем калибровки.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения измерительная пружина выполнена в виде спиральной листовой пружины, которая, например, может быть изготовлена из плоского листового металла.

Под спиральной листовой пружиной здесь следует понимать не спирально намотанную как часовая пружина, листовую пружину, спиральное прохождение которой достигается путем пластической деформации перпендикулярно плоскости ее листа, а пружину, которая может изготавливаться путем резания по спирали в тонком плоском исходном материале. Чтобы после такого резания получить форму спиральной листовой пружины в ненагруженном состоянии, спиральная листовая пружина может деформироваться в трех направлениях, то есть по оси, которая расположена перпендикулярно к плоскости исходного материала. Однако может быть также предпочтительно, если спиральная листовая пружина в ненагруженном состоянии принимает плоскую форму исходного материала так, чтобы такая пластическая деформация в трехмерную форму не происходила.

Часовая пружина в радиальном направлении очень легко поддается упругой деформации. Спиральная листовая пружина, напротив, благодаря ее геометрии в радиальном направлении может иметь высокий момент сопротивления, так что с ее помощью может достигаться надежное радиальное направление поплавка. Тем самым может предотвращаться вхождение поплавка в соприкосновение с его направляющей, так что какие-либо силы трения, которые испытывает поплавок, сводятся к минимуму. В осевом направлении спиральная листовая пружина, напротив, может быть очень мягкой и вместе с тем очень чувствительной. Это приводит к очень высокой чувствительности предлагаемого изобретением устройства, так как уже небольшие различия плотности или, соответственно, подъемных сил приводят к относительно большому изменению пути поплавка. Спиральная листовая пружина может быть выполнена однозаходной (то есть в виде обычной спирали), а также с двумя заходами или больше, чем двумя заходами. В последнем случае от центра пружины отходит больше одного захода спирали.

В EP 2196781 A1 в деталях описано устройство для определения плотности жидкости с помощью поплавка, на который воздействует спиральная листовая пружина.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения поплавок имеет верхнюю область и нижнюю область, и предусмотрены две измерительные пружины, которые предпочтительно имеют одинаковую конструкцию. При этом одна пружина воздействует на верхнюю область поплавка, а другая пружина - на нижнюю область поплавка. Эта система позволяет получить особенно надежное радиальное направление поплавка, благодаря чему силы трения между поплавком и направляющей поплавка могут практически исключаться. Так как в этом случае используются две измерительные пружины при данной результирующей силе, действующей на поплавок в радиальном направлении, путь перемещения, правда, меньше, чем при одной единственной пружине. Но пружины могут быть выполнены мягкими и чувствительными, как уже пояснялось, так что использование двух пружин не оказывает негативного воздействия. При этом сила упругости для усиления подъемной силы предпочтительно создается обеими измерительными пружинами.

Кроме уже упомянутого магнита, может быть также предусмотрен фиксированный эталонный магнит, при этом разность положений магнита и эталонного магнита вдоль измерительной проволоки магнитострикционной системы измерения положения является мерой определяемой упругой деформации измерительной пружины. Это позволит конструировать предлагаемое изобретением устройство в виде узла и, например, использовать в сочетании с системой измерения уровня наполнения, которая уже имеется в резервуаре для хранения. Когда магнит, например, находится в поплавке, так что он совершает движение совместно с поплавком, а эталонный магнит, напротив, например, на стационарной второй опоре измерительной пружины, из разности положений магнита и эталонного магнита получается деформация измерительной пружины, независимо от того, на какой высоте смонтировано устройство в магнитострикционной системе измерения уровня наполнения. Если, напротив, имеется только один магнит, который совершает движение или, соответственно, деформацию совместно с измерительной пружиной, регулировка устройства зависит от абсолютной высоты в магнитострикционной системе измерения положения и может, например, смещаться при работах по техническому обслуживанию.

Предпочтительно поплавок имеет выемку для помещения направляющей трубки. Направляющая трубка может предпочтительно надвигаться на защитную трубу для измерительной проволоки магнитострикционной системы измерения уровня наполнения.

В принципе, предлагаемое изобретением устройство и выполняемый с его помощью способ для определения плотности жидкости могут применяться практически с любыми жидкостями. Однако особенно предпочтительным изобретение является, когда оно используется для определения плотности сжиженного газа, как уже пояснялось.

В предпочтительных вариантах осуществления в качестве магнитострикционной системы измерения положения предусмотрена магнитострикционная система измерения положения, уже имеющаяся в резервуаре для хранения топлива или сжиженного газа, которая применяется в качестве системы измерения уровня наполнения (и/или системы измерения разделительного слоя).

Такого рода системы измерения уровня наполнения широко распространены. Они содержат предпочтительно вертикально ориентированную измерительную проволоку в защитной трубе, которая соединена с измерительной электроникой. Защитная труба служит одновременно для направления поплавка, в котором смонтирован магнит и который плавает на поверхности топлива. Положение этого магнита, то есть уровень наполнения, может определяться с помощью магнитострикционного эффекта. Так как измерительная электроника в состоянии обрабатывать сигналы измерения нескольких магнитов, которые размещены на разных высотах, магнитострикционные системы измерения положения, например, в резервуаре для хранения топлива, часто бывают снабжены вторым поплавком, который плавает в нижней области резервуара для хранения на поверхности раздела между водой и имеющим более низкий удельный вес топливом. Таким образом можно регистрировать содержание воды в резервуаре для хранения. То есть, часто уже имеющаяся в резервуаре для хранения магнитострикционная система измерения положения, снабженная соответствующей измерительной электроникой, в состоянии определять положения нескольких магнитов и поэтому с относительно небольшими издержками (по существу, затратами на программирование) может переоснащаться так, чтобы дополнительно могли измеряться положения магнита и при необходимости эталонного магнита предлагаемого изобретением устройства для определения плотности.

В качестве резервуара для хранения топлива или сжиженного газа возможны, в частности, резервуары для хранения на заправочной станции или в резервуарном хранилище. Но плотность может также поясненным образом определяться в резервуаре для полезного груза автозаправщика.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения несколько поплавков, снабженных предусмотренными измерительными пружинами и магнитами, располагаются на различных высотах магнитострикционной системы измерения положения резервуара для хранения. Это позволяет определять плотность топлива или сжиженного газа на различных высотах. Как уже пояснялось, магнитострикционная система измерения положения принципиально в состоянии различать положения или высоты нескольких магнитов.

Вычислительные операции, требуемые для определения плотности, могут выполняться на компьютере, имеющемся вблизи резервуара для хранения, то есть, например, в области заправочной станции. В расчете известным специалисту образом используются известные объемы полностью погружающегося в жидкость поплавка, известный вес поплавка, определенные в предварительных калибровочных измерениях свойства пружины (пружин) или, соответственно, измерительной пружины (пружин), а также измеренное положение магнита (или, соответственно, разность измеренных положения магнита и эталонного магнита).

В дополнительных шагах к способу для определения плотности установленная или, соответственно, определенная описанным образом плотность может использоваться для множества применений.

Большой областью применения для нее является управление данными и обеспечение качества на заправочной станции. Так, измеренное или, соответственно, определенное значение плотности топлива или, соответственно, сжиженного газа может перемножаться с определенным посредством измерения уровня наполнения объемом топлива или, соответственно, сжиженного газа в резервуаре для хранения для расчета массы топлива или, соответственно, сжиженного газа в резервуаре для хранения. Это может быть целесообразно для целей учета.

Кроме того, плотность жидкости является мерой состава и/или качества жидкости, так что по определенной плотности можно делать заключение о составе или качестве, например, топлива или сжиженного газа.

Дополнительные возможности получаются, когда срабатывает аварийная сигнализация и/или аварийное отключение, в случае если определенная с помощью предлагаемого изобретением устройства или, соответственно, предлагаемого изобретением способа плотность лежит вне заданных пределов. Примером является различение углеводородов и воды путем измерения плотности, при этом при необходимости срабатывает аварийная сигнализация, когда измерение плотности указывает на наличие неправильной жидкости.

Кроме того, измеренные в течение времени значения плотности могут записываться для протоколирования характера изменения плотности, например, в резервуаре для хранения топлива или сжиженного газа. При этом может быть целесообразно дополнительно измерять температуру жидкости и записывать измеренные значения температуры вместе с соответствующими им значениями плотности. Так могут, например, определяться значения плотности, компенсируемые температурой.

Путем такой записи и документирования плотности могут подтверждаться тенденции качества.

Таким образом получаются многочисленные возможности применения в обеспечении качества и управлении данными, например, в сфере заправочных станций, в автозаправщиках или в резервуарном хранилище, а также для других жидкостей, в частности, сжиженных под давлением газов, которые не являются топливами.

Ниже изобретение поясняется дополнительно на примерах осуществления. На чертежах показано:

фиг.1: вид сбоку магнитострикционной системы измерения уровня наполнения и разделительного слоя, которая оснащена одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для определения плотности жидкости;

фиг.2: продольное сечение устройства для определения плотности жидкости в соответствии с фиг.1, при этом также трехмерно обозначены две спиральные листовые пружины устройства; и

фиг.3: проекция спиральной листовой пружины на плоскость бумаги, что одновременно наглядно поясняет изготовление спиральной листовой пружины.

На фиг.1 сначала изображена традиционная система 1 измерения уровня наполнения и разделительного слоя, которая снабжена магнитострикционной системой измерения положения и, например, может быть встроена в резервуар для хранения сжиженного газа.

Система 1 измерения уровня наполнения и разделительного слоя имеет защитную трубу 2, которая доходит до концевого расширения 3 на своем нижнем конце. Во встроенном состоянии концевое расширение 3 находится на небольшом расстоянии перед самым глубоким местом резервуара для хранения.

Внутри защитной трубы 2 по ее продольной оси проходит измерительная проволока магнитострикционной системы измерения положения, которая проведена к электронному блоку 4. Электронный блок 4 на своей верхней стороне содержит разъем 5 для подключения сигнального кабеля, который может соединяться с внешним устройством аналитической обработки и управления.

Магнитострикционные измерительные системы известны, как уже пояснялось. При этом в качестве датчика положения используется постоянный магнит. Посредством магнитострикционного эффекта в измерительной проволоке, содержащейся в магнитострикционном волноводе, здесь в защитной трубе 2, создаются ультразвуковые волны. Время распространения этих ультразвуковых волн может измеряться с высокой точностью, для чего здесь используется электронный блок 4, так что положение постоянного магнита может определяться воспроизводимым образом с точностью, например, до 10 мкм. Можно также осуществлять измерение с помощью большего количества таких магнитных датчиков положения одновременно или практически одновременно на одном магнитострикционном волноводе, что уже используется в системе измерения уровня наполнения и разделительного слоя в ее традиционном исполнении.

Для этого на защитной трубе 2 установлен поплавок 6 уровня наполнения, который плавает на поверхности жидкости, находящейся в резервуаре для хранения. Внутри поплавка 6 уровня наполнения находится постоянный магнит, с помощью которого посредством магнитострикционного эффекта может определяться положение поплавка 6 уровня наполнения, то есть уровень наполнения в резервуаре для хранения.

В нижней области системы 1 измерения разделительного слоя и уровня наполнения расположен поплавок 8 разделительного слоя, который так же, как и поплавок 6 уровня наполнения, может двигаться по защитной трубе 2, служащей для направления, и тоже содержит постоянный магнит. Поплавок 8 разделительного слоя соответствует другим пределам плотности и в этом примере осуществления плавает на граничной поверхности между водой и имеющим более низкий удельный вес сжиженным газом. Поэтому поплавок разделительного слоя позволяет определять уровень воды, которая могла бы скопиться в течение времени в резервуаре для хранения сжиженного газа под сжиженным газом.

Чтобы можно было измерять плотность сжиженного газа в резервуаре для хранения, система 1 измерения уровня наполнения и разделительного слоя снабжена дополнительным компонентом, а именно, устройством 10 для определения плотности.

Устройство 10 для определения плотности изображено на фиг.2 в увеличенном продольном сечении.

Устройство 10 для определения плотности имеет цилиндрический корпус 12, боковая поверхность и нижняя торцевая поверхность которого снабжены отверстиями 14, чтобы жидкость или, соответственно, топливо (или, соответственно, сжиженный газ), плотность которой или, соответственно, которого должна определяться, без затруднений могли поступать внутрь корпуса. В качестве внутреннего окончания корпуса 12 предусмотрена направляющая трубка 16, которая распространяется по продольной оси A корпуса 12.

Устройство 10 для определения плотности может надвигаться направляющей трубкой 16 на защитную трубу 2 и фиксироваться на ней с помощью установочного винта. Установочный винт ввертывается через резьбовое отверстие 18, которое находится в верхней концевой области корпуса 12.

Во внутреннем пространстве корпуса 12 находится полый поплавок 20. Поплавок 20 снабжен выемкой, в которую вставлен направляющий цилиндр 22.

Длина направляющего цилиндра 22 больше, чем высота поплавка 20, так что направляющий цилиндр 22 выступает относительно поплавка 20 как вверх, так и вниз. Внутренний диаметр направляющего цилиндра 22 несколько больше, чем наружный диаметр направляющей трубки 16. Направляющий цилиндр 22 плотно запечатан в местах выхода из поплавка 20. На нижнем конце направляющего цилиндра 22 расположен выступающий в виде фланца нижний упор 24, на верхнем конце - выполненный верхний упор 26 аналогичной формы.

Во внутреннем пространстве поплавка 20 находится магнит 28, положение которого по оси A может определяться с помощью магнитострикционной системы измерения положения.

Выполненная в виде спиральной листовой пружины (см. фиг.3) пружина 30 своим верхним концом прикреплена к плоскости 32 крепления на выступающем вверх крае нижнего упорного элемента 34. Нижний конец пружины 30 прикреплен к нижнему упору 24 направляющего цилиндра 22. Нижний упорный элемент 34 зафиксирован стопорным винтом 36 на направляющей трубке 16.

Выполненная в этом примере осуществления одинаково по конструкции с пружиной 30 пружина 40 своим верхним концом прикреплена к плоскости 42 крепления верхнего упорного элемента 44, в то время как нижний конец пружины 40 прикреплен к верхнему упору 26 направляющего цилиндра 22. Стопорный винт 46 служит для фиксации верхнего упорного элемента 44 на направляющей трубке 16.

В верхней области корпуса 12 вставлен эталонный магнит 48, который тоже служит датчиком положения в магнитострикционной системе измерения положения.

Как уже упомянуто, пружины 30 и 40 одинаковы по конструкции. Они обе выполнены в виде спиральных листовых пружин 50. На фиг.3 показана проекция спиральной листовой пружины 50 на плоскость бумаги, что соответствует проекции пружины 30 на плоскость 32 крепления или, соответственно, пружины 40 на плоскость 42 крепления.

В этом примере осуществления спиральная листовая пружина 50 имеет опорное кольцо 52. От опорного кольца 52 отходят со смещением друг относительно друга на 180° два захода, а именно первый заход 54 и второй заход 56, которые проходят, каждый, по спирали внутрь, пока они, снова со смещением друг относительно друга на 180°, не попадут на внутреннее кольцо 58.

Спиральная листовая пружина 50 в этом примере осуществления вырезана из плоского тонкого листового металла, который, например, состоит из пружинной стали или нержавеющей стали. Для резки может использоваться механическое режущее устройство, но также может быть предпочтительным применение режущего лазера или способа травления. То есть, после вырезания из листового металлического материала спиральная листовая пружина 50 является плоской, что в этом примере осуществления соответствует ее ненагруженному состоянию. Под нагрузкой спиральная листовая пружина 50 растягивается в направлении, перпендикулярном к плоскости бумаги фиг.3, так что она принимает трехмерную форму, аналогично той, которая изображена на фиг.2 у пружин 30 и 40.

Так как спиральная листовая пружина 50 изготовлена из тонкого материала, ширина первого захода 54 и второго захода 56 значительно больше, чем толщина материала. Это означает, что первый заход 54 и второй заход 56 имеют значительно больший момент сопротивления упругим деформациям спиральной листовой пружины 50 в радиальном направлении, т.е. к оси A или от оси A, чем при упругой деформации в направлении оси A.

Поэтому пружины 30 и 40 очень надежно направляют поплавок 20 против смещений в радиальном направлении и при этом удерживают направляющий цилиндр 22 на расстоянии от направляющей трубки 16, так что при движении поплавка 20 не возникают никакие нежелательные силы трения. Зато пружины могут слегка деформироваться в продольном направлении оси A. То есть, они очень чувствительны, так что поплавок 20 уже при небольших изменениях плотности может смещаться вверх или вниз.

В примере осуществления в соответствии с фиг.3 спиральная листовая пружина 50 имеет два захода 54, 56. Но можно также предусмотреть только один заход или больше двух заходов. При трех заходах отдельные заходы предпочтительно смещены друг относительно друга на 120°. Чем больше заходов имеет спиральная листовая пружина, тем надежнее она действует в качестве направляющей против радиальных смещений, но при этом, с другой стороны, становится также более жесткой и менее чувствительной.

В этом примере осуществления подъемная сила поплавка 20, когда он полностью погружен в сжиженный газ в резервуаре для хранения, из-за более низкой плотности сжиженного газа меньше, чем его вес, как пояснялось выше. Поэтому он не стал бы подниматься в сжиженном газе вверх, а стал бы прилегать нижним упором 24 направляющего цилиндра 22 к упорному кольцу 60 на дне нижнего упорного элемента 34. Но так как в этом состоянии как пружина 30, так и пружина 40 оттянуты, и обе пружины 30, 40 передают на поплавок 20 направленную вверх силу, которая суммируется с подъемной силой, поплавок может отрываться от упорного кольца 60. Размеры системы и силовые постоянные пружин 30, 40 отрегулированы так, что это возможно. Пружины 30, 40 имеют при этом рабочую область, в которой они служат измерительными пружинами и в которой поплавок 20 может двигаться. При этом пружины 30, 40 оттягиваются или деформируются до тех пор, пока не установится равновесие сил. При другой плотности жидкости подъемная сила другая, а следовательно и сила, создаваемая пружинами в равновесии сил, так что поплавок 20 при этом новом равновесии сил находится в другом положении. Положение равновесия поплавка 20 может определяться с помощью магнитострикционной системы измерения положения посредством магнита 28, служащего датчиком положения.

Таким образом, положение равновесия или, соответственно, путь смещения поплавка 20 однозначным образом связаны с плотностью жидкости или, соответственно, сжиженного газа. Путь смещения изменяется практически в линейной зависимости с плотностью с незначительной квадратной долей. Параметры зависимости между плотностью и путем смещения могут определяться путем калибровочного измерения и передаваться в магнитострикционную измерительную систему.

Эталонный магнит 48 может также использоваться в качестве датчика положения в магнитострикционной системе измерения положения. Поэтому устройство 10 для определения плотности может применяться без необходимости выполнения калибровочных измерений для абсолютной высоты магнита 28. Упругая деформация пружины 30 или, соответственно, 40, которая вследствие поясненного равновесия является мерой плотности топлива, получается из разности положений магнита 28 и эталонного магнита 48.

Положения магнита 28 и эталонного магнита 48 с высокой точностью измеряются с помощью магнитострикционной системы измерения положения. С помощью имеющихся и сохраненных в памяти данных калибровки в этом примере осуществления посредством микроконтроллера, имеющегося в магнитострикционной системе измерения положения, по положениям магнитов рассчитывается значение плотности жидкости. Это значение может затем передаваться через интерфейс и в надлежащем месте отображаться или, соответственно, использоваться для дальнейших расчетов и оценок. Например, при известном коэффициенте теплового расширения может рассчитываться плотность при эталонной температуре. Это облегчает сравнение при оценке качества хранящегося продукта.

В принципе, возможно также измерение без эталонного магнита 48. Тогда в качестве начала отсчета может, например, выбираться положение магнита в поплавке на его нижней точке упора, после того как устройство для определения плотности было зафиксировано на защитной трубе 2 магнитострикционной системы измерения положения.

Возможность расположения вдоль магнитострикционной системы измерения положения нескольких устройств для определения плотности уже пояснялась выше. Кроме того, там указаны варианты осуществления возможностей применения, в частности, в сфере заправочной станции.

Изобретение касается устройства и способа определения плотности жидкости, в частности, сжиженного газа. Устройство для определения плотности жидкости содержит поплавок (20), по меньшей мере одну воздействующую на поплавок (20) измерительную пружину (30, 40), упругая деформация которой является мерой подъемной силы поплавка (20), и магнит (28), который предназначен для регистрации упругой деформации измерительной пружины (30, 40) посредством магнитострикционной системы измерения положения. Частное массы и объема поплавка (20) больше, чем определяемая плотность, что имеет место при применении в сжиженных газах. Поплавок (20) силой упругости предварительно натянут в направлении подъемной силы в рабочую область измерительной пружины (30, 40). Техническим результатом является создание устройства и способа для определения плотности жидкости, которые могут также применяться со сжиженными газами, то есть в условиях высокого давления и низкой плотности. 2 н. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения плотности жидкости, имеющее поплавок (20), по меньшей мере одну воздействующую на поплавок (20) измерительную пружину (30, 40), упругая деформация которой является мерой подъемной силы поплавка (20), и магнит (28), который предназначен для регистрации упругой деформации измерительной пружины (30, 40) посредством магнитострикционной системы (1) измерения положения, отличающееся тем, что частное массы и объема поплавка (20) больше, чем определяемая плотность, и что поплавок (20) силой упругости предварительно натянут в направлении подъемной силы в рабочую область измерительной пружины (30, 40).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительная пружина (30, 40) предназначена для того, чтобы создавать силу упругости, служащую для предварительного натяга поплавка (20) в направлении подъемной силы.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что поплавок (20) подвешен на измерительной пружине (30, 40).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что поплавок (20) без воздействия подъемной силы прилегает к упору (34, 60), а под воздействием подъемной силы находится на расстоянии от упора (34, 60).

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что измерительная пружина (30, 40) выполнена в виде спиральной листовой пружины (50), которая предпочтительно изготовлена из плоского листового металла.

6. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что поплавок (20) имеет верхнюю область и нижнюю область и что предусмотрены две измерительные пружины (30, 40), которые предпочтительно имеют одинаковую конструкцию, при этом измерительная пружина (40) воздействует на верхнюю область поплавка (20), а измерительная пружина (30) - на нижнюю область поплавка (20).

7. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что имеет фиксированный эталонный магнит (48), при этом разность положений магнита (28) и эталонного магнита (48) вдоль измерительной проволоки магнитострикционной системы (1) измерения положения является мерой определяемой упругой деформации измерительной пружины (30, 40).

8. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что поплавок (20) имеет выемку для помещения направляющей трубки (16).

9. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что устройство (10) предназначено для определения плотности сжиженного газа.

10. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что магнитострикционная система измерения положения предусмотрена в системе (1) измерения уровня наполнения и/или системе (1) измерения разделительного слоя, имеющейся в резервуаре для хранения топлива или сжиженного газа, при этом резервуар для хранения предпочтительно представляет собой резервуар для хранения на заправочной станции или в резервуарном хранилище или резервуар для полезного груза автозаправщика.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что имеет несколько поплавков, имеющих предусмотренные измерительные пружины и магниты, которые расположены на различных высотах магнитострикционной системы измерения положения.

12. Способ определения плотности жидкости, при этом поплавок (20) устройства (10) по одному из пп. 1-9 полностью погружают в жидкость и подъемную силу поплавка (20) определяют посредством магнитострикционной системы (1) измерения положения по упругой деформации измерительной пружины (30, 40).

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что определяют плотность сжиженного газа, при этом применяют магнитострикционную систему измерения положения, которая предусмотрена в системе (1) измерения уровня наполнения и/или системе (1) измерения разделительного слоя, имеющейся в резервуаре для хранения сжиженного газа, при этом резервуар для хранения предпочтительно представляет собой резервуар для хранения на заправочной станции или в резервуарном хранилище или резервуар для полезного груза автозаправщика.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что несколькими поплавками, имеющими предусмотренные измерительные пружины и магниты, которые расположены на различных высотах магнитострикционной системы измерения положения, определяют плотность на различных высотах резервуара для хранения.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что вычислительные операции, требуемые для определения плотности, выполняют на компьютере, имеющемся вблизи резервуара для хранения, причем предпочтительно по известному объему сжиженного газа и по определенной плотности сжиженного газа рассчитывают массу сжиженного газа, и/или причем определенную плотность сжиженного газа предусматривают для заданных пределов плотности в качестве меры состава и/или качества сжиженного газа.

16. Способ по одному из пп. 12-14, отличающийся тем, что срабатывает аварийная сигнализация и/или аварийное отключение, когда определенная плотность лежит вне заданных пределов.

17. Способ по одному из пп. 12-14, отличающийся тем, что измеренные в течение времени значения плотности записывают, при этом предпочтительно также измеряют температуру жидкости, и измеренные значения температуры записывают вместе с соответствующими им определенными значениями плотности.