Способ непрерывного измерения плотности жидкостей и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N9/02 

.-

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в автоматических линиях определения и контроля плотности жидкости, а также склонных к разделению эмуль сии и суспензий.

Цель изобретения - сокращение времени и увеличение точности измерения плотности жидкостей.

На фиг. 1 дана принципиальная схе- ма устройства для непрерывного изме- ;рения плотности жидкостей; на фиг. 2 кривые зависимости показаний прибора от времени при скачкообразном изменении плотности измеряемой жидкости, характеризующие трансЪортное запаздывание; на фиг. 3 - график зависимости показаний прибора от плотности (объемной концентрации) водонеф- тяной эмульсии.

При реализации предлагаемого способа в проточном измерительном сосуде, вьтолненном в виде тела враще- 1НИЯ, создается упорядоченное течение ;динамически вращающейся жидкости - течение с одним плоским вихрем.

При таком течении жидкость последовательно вытесняется из сосуда от подводящего патрубка к отводящим, не смешиваясь во всем объеме с вновь поступающей жидкостью. Частичное смешивание происходит лишь в зоне ввода жидкости.

Благодаря этому, в случае измерения плотности жидкости изменяюще- . гося состава, уменьшается время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосуде, следовательно, соответственно сокращается время измерения и увеличивается точность из- мерения вследствие уменьшения дина- мической погрешности.

При протекании жидкости через сосуд переменного сечения с образованием плоского вихря не возникают зоны застоя жидкости, что также приводит к уменьшению динамической погрешности и увеличению точности измерения .

в динамически вращающейся тшдкос- ти благодаря подсасьшающему действию вихря не происходит осаждение разделяющихся компонентов гетерогенной жидкости на дно и стенки сосуда. Компоненты жидкости, имеющие фазовую границу раздела (газовые пузырьки, капли не смешивающейся жидкости, твердые частицы), независимо от их

5

15

20

О -

607382

плотности собираются в зоне разрежения вихря вдоль ее оси и, находясь во взвешенном состоянии, отводятся из сосуда.

Способ осуществляется с помощью устройства (см. фиг. 1), содержащего проточный измерительный сосуд 1, выполненный в виде двух конусов, соединенных основаниями, вершины которых направлены в противоположные стороны, подводящий патрубок тангенциального ввода 2 жидкости, установленный касательно к поверхности тела вращения в плоскости, перпендикулярной к его вертикальной оси симметрии, патрубки аксиального отвода 3, установленные, на вершине конусов, неподвижные подводящие и отводящие (4 и 5) патрубки, горизонтальную ось поворота б на шарикоподшипниковых опорах |7, трубчатые гибкие элементы 8, установленные вдоль оси поворота, весоизмерительную систему 9.

Способ поясняет .я кривыми зависи- 25 мости показаний прибора от времени (фиг. 2), где 10 - экспериментальная кривая (осциллограмма), теоретические зависимости, 11 - при условии отсутствия перемешивания ,12- при : условии полного перемешивания жидкости в измерительном сосуде.

30

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая жидкость подается через патрубок тангенциального ввода 2 в измерительный сосуд 1 до полного заполнения. Для этого необходимо создание напора жидкости у открытого конца этого патрубка е менее Р р gH при условии , где Н - высота сосуда; р - плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести; диаметр патрубка ввода; - диаметр патру При скорости подачи жид- - м /с

ка отвода 3.

кости V 15-10 м /с и ее вязкости менее 150 сСт жидкость в сосуде из- за тангенциального ввода закручивается с образованием плоского вихря .,

вдоль оси симметрии сосуда. При приближении к оси вихря угловые скорости вращения жидкости увеличиваются и давление уменьшается (подсасьгоающее действие вихря), поэтому разделяющиеся компоненты жидкости независимо от их плотности собираются в зоне пс;- ниженного давления вдоль оси вихря, находясь во взвешенном состоянии, и

отводятся потоком динамически вращающейся жидкости к патрубкам 3.

Благодаря этому предотвращается осаждение компонентов жидкости на дно и стенки сосуда.

Динамическое вращение жидкости в измерительном сосуде, уменьшая смешивание, обеспечивает также ее послеСодержание соли в сосуде с течением времени определяли по показани ям плотномера, записанным на экране низкочастотного запоминающего осцил лографа С8-1. Погрешность плотномера, предварительно отградуировакно.довательное удаление из сосуда. За счет этого уменьшается время тран- О спортного запаздывания жидкости в сосуде.

При изменении плотности контролируемой жидкости нарушается равновесие

между силой тяжести и уравновешиваю- 15 го в единицах плотности с помощью щей силой и измерительный сосуд, благодаря гибким элементам 8, поворачивается вокруг горизонтальной оси 6. Весоизмерительная система 9 восстанав- Время транспортного запаздывания ливает нарушенное равновесие и вьща- 20 оценивали как время релаксации, за ет информацию в виде унифицированного электрического сигнала.

Преимущества данного способа и устройства иллюстрируются приведенными ниже конкретными примерами осуществления устройства и способа.

стеклянного пикнометра объемом 5010 м, не превьшгала + 0,1% диап зона измерений 800-1200 кг/м.

которое начальное количество соли убьшало в ,72 раза.

Из приведенных графиков и осцилло грамм на фиг. 2 видно, что экспери25 ментальное время запаздьшания с, что близко к теоретически возможному равному t 4,4 с, и отличается от теоретически возможного, равного t 6,7 с.

Был изготовлен лабораторный вариант устройства. Измерительный сосуд 1 объемом 75-10 м выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной сте-зо нок 0,27 , высотой 55-10 м и максимальным диаметром 72-10 м. Подводящий 2 и отводящие патрубки 3 выполнены из тонкостенной (толщина стенок 0,3- 10 м) стальной трубки с внеш35

25

ними диаметрами соответственно 8 10 ми9 10 м. В качестве гибких элементов 8 использованы силиконовые трубки длиной 20- 10 м с внешним диаметром 0 910 ми толщиной стенок 1,5-10 м.

Горизонтальная ось поворота 6, изготовленная из стальной проволоки диаметром 1 -10 м, опирается на

шарикоподшипниковую опору 7 диаметром ( 4 -10 . Длина подвижной части от оси поворота 6 до центра тяжести измерительного сосуда составляет 100 .

Пример 1. Проводилось сравнение экспериментального времени транспортного запаздывания с теоретически возможными. Оценку экспериментального времени транспортного за35

Полученньй результат позволяет сделать заключение, что в описанном способе время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосуде уменьшается за счет неполного смешивания жидкости в потбке динамически вращающейся жидкости. Следовательно, соответственно сокращается и время измерения плотности жидкости.

Пример 2. Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1. В качестве измеряемой жидкости )брали водонефтяную эмульсию, приго- (говленную из нефти плотностью р 8900 кг/м с добавлением дистиллированной воды. Эмульсия нужной кон- . центрации готовилась с помощью лабораторной мешалки перемешиванием шест теренчатым насосом ФА. 5.883.013 при 3000 об./мин в течение 3 мин.

Вода и нефть для приготовления эмульсии различной концентрации отбирались медицинским шприцем на 30 «10 м с точностью + 0,1%. Для ,

40

45

50

уменьшения вязкости эмульсии, начиная

паздывания производили следующим об- js 3 Добавляется деэмульгатор Диссольван-44t1 (65%-ный раствор в меразом.

Через измерительный сосуд плотномера, предварительно полностью затиловом рпирте) из расчета 2-10 кг

гч-6

на м эмульсии.

полненный насыщенным раствором поваренной соли NaCf, начинали прокачивать дистиллированную воду. Температура раствора и воды составляла 20 + 0,1 С, скорость прокачки V 15 , начальное содержание соли в сосуде было А 23,7918 .

Содержание соли в сосуде с течением времени определяли по показани- ям плотномера, записанным на экране низкочастотного запоминающего осциллографа С8-1. Погрешность плотномера, предварительно отградуировакного в единицах плотности с помощью Время транспортного запаздывания оценивали как время релаксации, за

стеклянного пикнометра объемом 5010 м, не превьшгала + 0,1% диапазона измерений 800-1200 кг/м.

15 го в единицах плотности с помощью Время транспортного запаздывания 20 оценивали как время релаксации, за

о 5

которое начальное количество соли убьшало в ,72 раза.

Из приведенных графиков и осциллограмм на фиг. 2 видно, что экспери 5 ментальное время запаздьшания с, что близко к теоретически возможному, равному t 4,4 с, и отличается от теоретически возможного, равного t 6,7 с.

Полученньй результат позволяет сделать заключение, что в описанном способе время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосуде уменьшается за счет неполного смешивания жидкости в потбке динамически вращающейся жидкости. Следовательно, соответственно сокращается и время измерения плотности жидкости.

Пример 2. Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1. В качестве измеряемой жидкости )брали водонефтяную эмульсию, приго- (говленную из нефти плотностью р 8900 кг/м с добавлением дистиллированной воды. Эмульсия нужной кон- . центрации готовилась с помощью лабораторной мешалки перемешиванием шест теренчатым насосом ФА. 5.883.013 при 3000 об./мин в течение 3 мин.

Вода и нефть для приготовления эмульсии различной концентрации отбирались медицинским шприцем на 30 «10 м с точностью + 0,1%. Для ,

0

5

0

тиловом рпирте) из расчета 2-10 кг

гч-6

на м эмульсии.

Изучалась зависимость показаний плотномера от концентрации водонефтя- ной эмульсии.

Линейность графика зависимосуи (фиг. 3) плотности от концентрации водонефтяной эмульсии во всей области концентрации доказьшает отсутствие осаждения ее компонентов на дно и стенки сосуда.

Пример 3. Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1. В

Как видно из таблицы, воспроизводимость результатов измерения плот- 20 кости при изменении скорости прокачки от О до З0 -10 м3/с находится в пределах + 2-10 кг/м, что свидетельствует о пренебрежимо малом моменте сил деформаций гибких элементов предлагае- мого устройства относительно оси поворота измерительного сосуда.

Малая погрешность + 2 1СГ кг/м, вносимая моментом сил деформаций гибких элементов, обеспечивает точность 30 измерения плотности данным устройством до i О,1%.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного измерения плотности жидкостей, включающий ввод жидкости в проточный измерительный сосуд, взвешивание ее и отвод, о т- личающийся тем, что, с це- пью сокращения времени и увеличения точности измерения, жидкость подают в сосуд, выполненный в виде тела

качестве измеряемой жидкости брали дистиллированную воду,

J

Изучалось влияние сил деформаций гибких элементов на показания плотномера при различных скоростях прокачки жидкости через измерительный сосуд. Необходимая скорость прокачки устанавливалась изменением числа оборотов электродвигателя насоса. Полученные результаты сведены в таблицу.

0

0

5

0

вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда, а Процесс взвешивания производят при отводе жидкости из зоны разрежения вихря.

2. Устройство для непрерьшного измерения плотности жидкостей, содержащее проточный измерительный сосуд, вьтолненный в виде тела вращения и соединенный с весоизмерительной системой, подводящий и отводящий патрубки и гибкие элементы, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и увеличения точности измерения, проточный измерительный сосуд снабжен тангенциальным патрубком ввода, соединенным с подводящим патрубком, и аксиальными патрубками отвода, соединенными с отводящим патрубком, причем проточный измерительный сосуд вьтолнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а гибкие элементы установлены вдоль оси поворота пррточного измерительного сосуда.

Выход

fput. 7

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в автоматичес- ких линиях контроля плотности жидкостей, склонных к разделению эмульсий и суспензий. Цель изобретения - сокращение времени и увеличение точности измерения. ТКидкость вводят в проточный измерительный сосуд, выполиен- ный в виде тела вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При таком течении жидкость последовательно вытесняется из сосуда, не смешиваясь во всем объеме. При отводе жидкости из зоны разрежения вихря ее взвешивают. Устройство содержит проточный измерительный сосуд, выполненный в виде тела вращения, соединенного с весоизмерительной системой. Время запаздывания в измерительном сосуде уменьшается и уменьшается время измерения. Сосуд имеет тангенциальный патрубок ввода, соединенный с подводящим патрубком, и аксиальный патрубок отвода, соединенный с отводящим патрубком. Сосуд вьтолнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а вдоль оси поворота проточного измерительно-го сосуда установлены гибкие элементы. 2 с.п.ф-лы, 3 ил., 1 та бл. V)

0 t,f

JOQO ШО, %

Редактор М. Товтин

Составитель В. Алексеев

Техред Л.Олейник Корректор Е, Сирохман

Заказ 5218/39Тираж 778 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4