Устройство для измерения плотности жидкости Советский патент 1984 года по МПК G01N9/20 

Иэобрпте ие относится к измерител1)Иой технике и может быть использовано преимущественно в нефтяной и газовой промышленности для контроля плотности промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин, а также для контроля плотности различных жидкостей и пульп при автоматизации процессов обогащения, катализаторных и цементных производств .

Известно устройство для контроля -ПЛОТНОСТИ жидкости, содержащее поплавок, полностью погруженный в жидкость и снабженный перфорированным згициткым ограждением, корпус с термокомпенсаторами, двуплечий рычаг с горизонтальной осью вращения, соединенный одним концом с поплавком, а другим - с системой регистрации перемещения поплавка, соединенной с показывающим прибором, при этом двуплечий рычаг закреплен в/ укрепленной в корпусе разделительно мембране, центр которой совмещен с осю вращения рычага, причем двуплечий {жлчаг снабжен вилкой с направлягющйми его вращательного движения, установленными в корпусе, и конец рычага соединен с плоской пружиной переменного сечения 1.

Однако при измерении плотности реологических жидкостей (промывочная жидкость при бурении, цементные и гелеобразные растворы) поверхность поплавка неизбежно покрывается коркой вещества, на основе ко-;торого приготавливаются эти жидкосTfi, что вносит большую погрешность на рез тьтат измерений. Аналогичные недостатки имеет устройство и от воздействия тиксотропных свойств реологических жидкостей, таких, как статическое и динамическое напряжения сдвига (прилипание поплавка к жи,д кости). Кроме того, возможно за11Шс1Мление твердыми частицами пространства между защитным ограждением и поплавком, что приводит к неработоспособности устройства.

Известно также устройство для измерения плотности жидкости, содержащее два погруженных в жидкость цилиндрических поплавка разных объемов, но с одинаковыми поперечными сечениями J. один из KOTOJXJX рабочий, а второй компенсационный в виде ЧcШJи Поплавки подвешены к разным концам двуплечего рычага, опирающегося на неподвижную призму, снабженного грузом уравновешивания и связанного с ферродинамического преобразователя. При такой конструкции устройства образование твердых осадков на торцовой поверхности рабочего поплавка не влияет на его работу, так как такое же количество твердых осадков обулзуется на чаше 2 .

Однако из-за неравенства наружны поверхностей поплавков и при работе в реологических жидкостях не компенсируются действующие на них силы, обусловленные весом корок на поплав,лах, воздействием статического и динамического напряжений сдвигов и вязкостным трением.

Величина зависит от тиксотропных свойств жидкости и даже при их средних значениях результаты измерений искажаются до неприемлемых значений ,

При работе устройства на потоке различные по величине и гидродинамические силы, приложенные к поплавкам от скоростного напора. Это объяняется тем, что площади проекций поплавко на плоскость,перпендикуляную направлению потока, различны по величине, так как различны длины поплавков, В случае восходящего потока это также возможно из-за Отклонения поплавков от вертикали по причине их собственных колебаний, неравномерности потока и поворота двуплечего рычага. Таким образом, устройство непригодно для измерения плотности реологических жидкостей, а также других жидкостей, имеющих скоростной напор, что значительно снижает точность измерений и ограничивает область его применения ,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является устройство дляг измерения плотности жидкости в восходящем потоке, содержсцдее два погруженных в жидкость поплавка разных объемов, но с одинаковым истинным весом, подвешенных к разным концам неравноплечего рычага, опирающегося на неподвижную опору, снабженного грузом уравновешивания и связанного со стрелкой, подвижной относительно щкалы. Поплавки выполнены в виде сдвоенных конусов, нижние части котрых равны, а верхние имеют разные высоты. Конусы соединены основаниями и обращены вершинами в противоположные стороны, при этом диаметры их осноьаглий равны, что необходимо для компенсации гидродинамических сил в восходящем потоке (з горизонтальном потоке они нескомпенсированы) , Поплавки могут выполняться также в виде цилиндров разной длины с конусными концами и одинаковых диаметров„ При такой конструкции поплавки имеют не только разные объehfii, но и разные площади наружных поверхностей 3.

Неравенство площадей приводит к неравенству сил, воздействукяцих на них и обусловленных (при работе поплавков в реологических жидкостях

разным весом корок на поплавках (из-за их разных объемов), воздействием статического и динамического напряжений cдвигoвJвязкостным трением. Кроме того, равенство гидродинамических сил от скоростного напора восходящего потока соблюдается лишь тогда, когда направление потока параллельно продольным осям поплавков, что практически трудно достигнуть. При нарушении этого условия (из-за неравномерности потока и собственных колебаний поплавков) указанные силы также нескомпенсированы в результате неравенства площадей проекций поплавков на плоскость, перпендикулярную направлению потока, так как поплавки по конструкции аналогичные, а длины их разные. При горизонтальном направлении потока гидродинамические силы, действующие на поплавки устройства, всегда неодинаковы.

Таким образом, наличие вредных сил, обусловленных реологическими свойствами контролируемых жидкостей, а также гидродинамических сил от скоростного напора, не позволяет использовать известные поплавковые устройства для измерения плотности реологических жидкостей на потоке из-за неприемлемо больших погрешностей измерения, что ограничивает область их применения.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение области применения устройства.

Цель достигается тем, что в уст-t-. ройстве, содержащем два поплавка разных объемов, погруженных в поток контролируемой жидкости и подвешенных к разным концам двуплечего рычага, опиракедегося на неподвижную опору и жестко связанного с П -образной скобой,симметричной относительно его оси вращения и снабженной подвижным грузом уравновешивания и подвижным контактом для входного рычага силового преобразователя, связанногос вторичным прибором, поплавки имеют одинаковые площади наружных поверхностей и одинаковые площади их проекций на плоскость, перпендикулярную направлению потока.

На чертеже показано предлагаемое устройство. (

Устройство содержит два поплавка 1 и 2 с разными объемами, погруженных в поток контролируемой жидкости, направленный перпендикулярно плоскости чертежа. Поплавки 1 и 2 подвешены к разным концам равноплечего рычага 3, имеющего в центре опору 4 вращения и П -образную скобу 5, несущую подвижный груз 6 уравновешивания и контакт 7, связанный с входные рычагом 8 силового преобразователя 9,связанного с вторичным прибором 1 О .

Площсщи наружных поверхностей поплавков , а также их проекций на плоскость, перпендикулярную направлению потока, одинаковые, что достигается подбором их форм и размеров.

Поплавки изготавливаются из одного материала. Для обеспечения устойчивости поплавков в потоках с больши ми скоростями и сильными вихревыми движениями их необходимо делать

0 сплошными из материала с плотностью не менее 7,8 г/см.

Устройство работает следующим образом.

Чувствительным элементом устрой5 ства являются два поплавка 1 и 2, подвешенные к разным концам равноплечего рычага 3, имеющего в центре опору вращения. При погружении поплавков в воду устройство настраивается на начальную отметку шкалы пу0тем перемещения груза б уравновешивания на П -образной скобе 5 и контакта 7, связанного с рычагом силового преобразователя 9. Для этих целей устройство комплектуется дополнительной емкостью (не показана) . При погружении поплавков в контролируемую жидкость с большей плотностью система оказывается разбалансированной за счет неодинаковых вы0 талкивающих сил, приложенных к поплавкам и обусловленных их разными объемами. В качестве силового преобразователя 9 можно использовать электросиловой преобразователь ти5 па ПЭ1 ТУ25,05 .1708-74 , который воздействует через рычаг 8 и контакт 7 на скобу 5 и компенсирует силу разбаланса.

Момент Mji;, создаваемый разностью

Q выталкивающих сил поплавков, в результате изменения плотности контролируемой жидкости определяют уравнением

,44 w- up U4QK-v,, (П

где Gy и QK - вес поплавков, Н; ы объемы поплавков,

.

м

р - плотность контролируемой жидкости,

А и в - расстояние от точек подвеса поплавков до точки опоры рычагов (в нашем случае А 8 ) .

Анализируя формулу (1), можно сделать вывод, что момент М зависит только от плотности жидкости, так как остальные величины постоянны,

Моменг М,

компенсируется силовым преобразователем, выходной сигнал, которого подается на вторичный прибор со шкалой, проградуированной в единицах плотности.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ, содержащее два поплавка разных объемов, связанных с двуплечим рычагом, опирающимся на неподвижную опору, силовой преобразователь и вторичный прибор, отличающееся тем, что, с целью повьвиения точности измерений и расширения области применения устройства, площади наружных поверхностей поплавков и их проекций на плоскость, перпендикулярную направлению, потока измеряемой жидкости, выполнены равными. с S М fO (Л