Поплавковый плотномер жидкости Советский патент 1985 года по МПК G01N9/12 

I11

Изобретение относится к области исследования свойств веществ, а именно плотности жидкости, и может быть использовано при измерении плотности сред в пищевой и других отраслях промышленности.

По основному авт.св. № 765705 известен поплавковый плотномер, содержащий тонущий в жидкости поплавок, установленный на валу диск и устройство уравновешивания поплавка с профилированным элементом в виде кулачка, расположенньм на одном валу с диском, при этом в диске выполнено отверстие, геометрия которого идентична геометрии кулачк1а, а расстояние между диском и кулачко равно или больше их толщины.

При изменении плотности контролируемой жидкости изменяется выталкиЕ ающее усилие поплавка, а следовательно, его видимый вес, в результате чего диск и эвольвентный кулачок поворачиваются до тех пор, пока не будут уравновешены проТиврдействующим моментом, создаваемым грузом.

При повороте диска и эвольвентного кулачка изменяется радиус навивки троса груза, т,е, изменяется плечо эвольвенты, на которое действует груз LlJ .

Недостатком данного плотномера является невысокая точность измерения за счет неравномерности шкалы ввиду того, что плечо у1 авновешивающего груза изменяется по закону, отличному от закона эвольвентного профиля кулачка, так как трос уравновешивающего груза находится не в точке, расположенной на горизонтальной оси кулачка, а в точках, находящихся на некотором расстоянии ниже горизонтальной оси.

Цель изобретения - повышение точ ности измерений.

Цель достигается тем, что в поплавковом плотномере жидкости ось профилированного элемента, проходя,щая через средние по величине радиусы эвольвент, расположена по отношению к вертикальной оси поплавка под углом 15-30°, а вторая его ось перпендикулярна первой.

На фиг.1 изображен поплавковый плотномер жидкости, продольный разрез, и положение его подвижных элементов при минимальном значении

плотности контролируемой жидкости, на фиг.2 - то же, план и положение его подвижных элементов при минимальном значении плотности контролируемо жид кос tM, на фиг.З - кулачок для пояснения методики построения профилированного элемента, на фиг.4 - кулачок в видэ одной детали, ось которого, проходящая через средние радиусы, расположена к вертикальной оси поплавка под углом 15-30 при минимальной плотности измеряемой жидкости; на фиг.5 - профилированный элемент, состоящий из двух одинаковы эвольвентных кулачков, симметрично расположенных на одном валу с диском.

Поплавковый плотнсмер жидкости состоит из поплавка (фиг.1 и 2), подвешенного на поШ1авковом тросе 2 к вращающемуся на оси 3 диску 4, на круглой поверхности которого имеется канавка 5 для закрепления и навивки поплавкового троса. На диске 4 нанесена служебная шкала 6 плотномера, а вторая шкала 7 - на поверхности барабана 8, прикрепленного к диску 4. Напротив вращающихся шкап 6 и 7 находится неподвижный указатель 9. На оси 3 рядом с дис- . ком 4 закреплен кулачок 10 в виде одной детали с двумя симметричными эвольвентными профилями:правым рабочим 11 и левым уравновешивающим t2 с линейной зависимостью профиля кривизны и канавкой 13 на эвольвентной поверхности для закрепления и навивки грузового троса 14, на котором висит груз 15.

Геометрическая ось кулачка (фиг.4 которая проходит через средние по величине радиусы эвольвент 3-9, повернута относительно вертикальной оси поплавка на 15-30°, а вторая ось 6-0 перпендикулярна первой.

При таком расположении осей профилированного элемента длина плеча уравновешивающего груза изменяется по эвольвентному закону, что позволяет получить равномерную шкалу и повысить точность измерений.

Плотномер снабжен емкостным дистанционным преобразователем для передачи показаний вторичному прибору (не показан).

Ротор конденсатора дистанционного емкостного преобра.зователя из двух равных, но противоположных и электрически изолированных одна о другой частей (половин) 16 и 17, каж дая из которых состоит из одинакового количества пластин в виде один ковых и равных половин круга, закрепленнь на оси 3 так, что одна п ловина ротора 16 расположена справа, а вторая половина 17 - слева оси 3, при этом пластины правых 16 и левых 17 половин ротора вместе состав ляют полные диски с равномер ым распределением массь относительно оси вращения v обладают такой же балансировкой и уравновешенностью, как сплошные диски. Статор конденсатора дистанционного емкостного преобразователя состоит также из двзпс равньк половин, одна 18 из которых расположена против правой части 16 ротора, а вторая 19 - против левой части 17 ротора. Равные половины статора закреплены на корпусе плотномера (штриховка на фиг. 1),Ось 3 находится на двух шарикоподшипниках 20 и 21. Поплавок находится в сосуде 22, через которыЛ непрерывно протекает контролируемая жидкость. Емкостный дифференциальный преобразователь плотномера дифференциально включен либо в индуктивно-емкостный мост элвктрониогЬ индикатора уровня типа ЭД1У-2, либо в рабочую и ° ко в1еиса1цк 11ную схемы удвоения напряжения емкостного уровнемера, к выходу котоЫвс включен втортный прибор, например, типа электронного автсматического потенциометра, магнятоэлектрической системы (не noKasami). Плотномер работает следуюа(им образом. Для поплавка, погруженного в жидкость, справедливо следующее уравнение:,e-V-p t, (i) где iTn - масса гирь, уравновешивающих по1главок в жидкости гпдд - масса гирь, уравновешивающих поплавок при взвешивании в воздухе( f - объем поплавка при температуре измерения/ р - iinoTHocTb контролируемой жидкости при температуре измерения. При изменении плотности контроли руемой жидкости изменяется (видимый вес поплавка 1, в результате чего изменяется момент поплавка М , поворачивающий ось 3 плотномера до тех пор, пока не будет уравновешен противодействующим моментом Мр, создаваемым массой груза 15 в воздухе nif. Уравнение равновесия: Mn-.w, Ri re-RK, n A VB-KK , (3), где R. - радиус диска (плечо постоянной величины), через который действует поплавок, погруженный в жидкость, на ось плотномераRfc - радиус кулачка (переменное плечо), через который действует груз на ось плотномера . Подставив в уравнение (3) значение т из уравнения (1), после преобразования получим пв-л, Для конкретной конструкции плотномера величины и mfg, R. t являются постоянными, следовательно, P i-iUK),. . (5) т.е. при изменении плотности контролируемой жидкости изменяется радиус навивки грузового троса на звольвентной поверхности кулачка 10, т.е. изменяется длина гшеча, на которое действует масса груза 15. Ось 3 плотномера поворачивается на определенный угол, причем угол поворота оси 3 линейно зависит от плотности жидкости. На неподвижном корпусе плотномера закреплена стрелка-указатель 9, показывающая значение плотности на вращающихся шкалах 6 и 7. Кроме этого, показания плотно-мера передаются вторичному прибору при ПОМО1ЦИ емкостного дистанционного преобразователя, изменение емкости которого также пропорционально углу поворота оси 3 и плотности жидкости. TaKj например, при увеличении плотности жидкости ось ,3 поворачивается по направлению часовой стрелки, пластины левой половины 17 ротора конденсатора входят в зазоры между пластинами статора 19 и емкость увеличивается, а пластины правой части 16 выходят из зазоров пластин 18 статора и емкость уменьшается. .

Так ак левая и правая половины конденсаторного преобразователя включены дифференциально в смежные плечи моста электронного индикатора уровня типа ЭИУ-2 или в рабочую и компенсационные схемы удвоения напряхцения емкостного уровнемера, чувствительность дистанционной передачи в два раза увеличивается по сравнению с прямьш включением емкости конденсатора.

Для упрощения и удешевления стоимости изготовления плотномера целесообразно вьтолнить диск сплошным, а профилированный элемент выполнить с двумя симметричными эвольвентными профилями. Такое исполнение позволит применить плотномер в тех измерительных комплектах автоматических поплавковых плотномеров, .в которых в качестве дистанционных преобразователей применяют емкостные или сельсинные преобразователи, роторы которых .могут вращаться до 180 .

Профилированньй элемент может быть выполнен в виде двух эвольвентных кулачков с одинаковой геометрией и массой, симметрично размещенных на одном валу с диском. Такое исполнение целесообразно при применении в качестве дистанционных преобразова.телей дифференциально-трансформаторных и ферродинамических типов.

Методика построения профилированного элемента с двумя симметричными эвольвентными профилями: в масштабе 1:1 начертить оружность диска; разделить линиями площадь диска не менее, чем на 12 равных секторов (чем больше равных секторов, тем точнее можно начертить профиль кулачка с линейной зависимостью), присвоить номера секторам римскими цифрами, а лучи секторов обозначить арабскими от О до 11 (фиг.З), горизонтальный диаметр 6-0 делит кулачок на две равные части} отметить на окружности диска начало и конец шкалы.

При емкостном дистанционном преобразователе угол между началом и концом шкалы равен 180, т.е. нанало и конец шкалы находятся не вертикальном диаметре 3-9 диска, с началом в точке 3, а концом в точке 9

диаметра. При минимальной плотности контролируемой жидкости целесообразно горизонтальный диаметр 6-0 кулачка повернуть по часовой стрелке на

15-30. При этом положении кулачка плечо противодействзгющего момента равно: при минимальной плотности Р (фиг.4) начала шкалы и при максимальной плотности - Р конца шкалы.

На фиг.1 кулачок повернут на 30, а на фиг.А - на 15°. После поворота кулачка по часовой стрелке на 15 начало шкалы будет в точке А (фиг.4), а конец в точке Б.

Разность между радиусом Pj кулачка у начала шкалы и радиусе р| конца шкалы делим на количество секторов шкалы:

« - - Вк 62-38 Р

мм

На величин у п необходимо постоянно уменьшать длину смежного луча по убьюаю14ему направлению. ДСонцы уменьшенных лучей расположены на кривой кулачка (фиг.З и 4) и обозначены кружочками.

Результаты вычислений приведены в таблице.

. Номер 40 луча О 1

23456

Нанести на лучи диска концы радиусов кулачка и соединить .эти точки

плавной линией.

При других дистанционных преобразованиях, например при дифференциально-трансформаторном, угол между началом и концом шкалы находится в

пределах 270-300. Для такого дистанционного преобразователя кулачок должен состоять из двух лекал с одинаковой геометрией и массой, расположенных симметрично по отношению

к вертикальному диаметру диска (фиг.5).

Таким образом, поворот геометрических осей профилированного эле71мента в вертикальной плоскости относительно вертикальной оси поплавка на углы 15-30° позволяет получить полностью равномерную шкалу плотномера, что повышает точность измерений. При использовании в плотномере типовых дистанционных преобразовате лей Тдифференциально-трансформаторного, ферродинамического, сельсинно го, пневмо- и электросиловых пре38образователей ГСП и других) в нем также может быть осуществлено уравновешивание масс подвижных частей с помощью двух эвольвентных кулачков, симметрично размещенных на одномвалу с диском. Предлагаемый плотномер может быть использован в системах автоматического контроля плотности жидкостей в пищевой и ДРУГИХ отраслях народного хозяйства.

ПСЯПАВКОВШ ШЮТНОШ ЖИДКОСТИ по авт.св. 9 765705, отличающийся то, что, с целые повышения точности измерений, ось профилированного элемента, проходящая через средние по величине ради.усы эвольвент, расположена по от ношению к -вертикальной оси поплавка под углом 15-30°, а вторая его ось перпендикулярна первой. 5 :о э о Эд :о

Фиг. 5