Устройство для автоматического измерения плотности жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N9/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в разных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем компенсации погрешности из-за колебаний жидкости.

На чертеже изображено устройство для автоматического измерения плотности, общий вид.

Устройство для автоматического измерения плотности состоит из тороидального поплавка 1, мембраны 2 и преобразователя перемещения мембраны 2 в электрический сигнал, состоящего из реохорда 3 и ползунка 4. Мембрана 2 уравновешивается тариро- вочной пружиной 5, установленной на кронштейне 6. Через шток 7 пружина 5 нагружает мембрану 2, прикрепленную фланцами к корпусу 8. Поплавок 1 тороидальной формы является несущей конструкцией и на нем крепится измерительный узел плотномера.

Термоманометрическая система состоит из камеры 9, заполненной через пробку 10 легкорасширяющейся жидкостью (например, эфир, толуол, ксилол и др.). Камера 9 образована крышкой 11, выполненой из теплопроводного материала с ребрами жесткости для исключения ее деформации при расширении наполнителя и сильфона 12, прикрепленного к крышке 11 фланцами. Сильфон 12 подпружинен пружиной 13. С помощью гайки 14 и шкалы 15 системе задаются требуемые пределы температуры. Гайка 14 - пустотелая, вращается в резьбе

О CJ

ел о VJ

о

пленки 16, и через нее проходит шток 17 от сильфона 12 к преобразователю.

Преобразователь перемещения сильфона 12 в электрический сигнал является общим с системой измерения плотности, при этом реохорд 3 закреплен на мембране 2 системы измерения плотности, а ползунок 4 этого реохорда через кронштейн 18 и шток 17 закреплен на сильфоне 12 камеры 9. На кронштейне 18 тоже закреплен ползунок 19 реохорда 20 системы измерения температуры, реохорд 20 крепится кронштейном 21 к фланцам крышки 11.

Система коррекции на колебание измерителя, закрепленного на поплавке 1,состоит из поплавка-корректора 22 и преобразователя этих колебаний в электрический сигнал. Преобразование осуществляется также реохордом 3 и ползунком 4, но при этом последний практически неподвижный так как поплавок 22 находится на поверхности и не погружается в жидкость, а реохорд 3 перемещается вместе с измери- тепьнсй системой поплавка 1 относительно пгппавка 22 при изменении плотности контролируемой жидкости. Кронштейн 21 П-об- разной формы проходит в отверстиях кронштейна 18 тоже П-образной формы.

Поплавок 22 штоком 23 соединен с крышкой 11 камеры 9. Вторыми фланцами (первые крепят снизу сильфон 12) крышка 11 крепится в вырез по центру мембраны (диафрагмы) 24. Последняя прикреплена фланцами к верхней части корпуса 8, который с помощью четырех кронштейнов 25 крепится к тороидальному поплавку 1. Внутренние полости корпуса 8 и поплавок 1 и 22 трубками 26 и 27 сообщаются с атмосферой или наджидкостным пространством емкости, если последняя находится поддавлени- ем или разрежением. Трубка 28 служит для вывода проводов от реохордов клеммную коробку 29.

Плотномер работает следующим образом.

Измеритель помещен на поверхности жидкости, и при измерении плотности мембрана 2 прогибается и перемещает реохорд 3, через ползунок 4 и реохорд 3 снимаются показания плотности.

Мембрана 2 находится постоянно на одинаковой глубине погружения, так как поплавок 1 держит ее на этой глубине и, как бы ни изменился уровень в технологической емкости, не вносит погрешности в измерения. На саму мембрану 2 действует выталкивающая сила, которая пропорциональна плотности (удельному весу) жидкости.

При изменении плотности жидкости с небольшими изменениями например от 1

(плотность воды) до 1,8 кг/м , коррекция на колебание измерителя-поплавка 1 не вводится, так как колебания поплавка 1 составляют 1-3 мм. Такие колебания в пересчете

на изменение веса жидкости и, соответственно, давления на мембрану 2 при высоте столба жидкости над мембраной 2 200 - 800 мм (это высота корпуса 8, выбираемая при разработке измерителя) дают погреш0 ность 0,01 - 0,04%, что соответствует прибору высокого класса.

С изменением плотности меняется вес столба жидкости над мембраной 2, последняя подпружинена пружиной 5, которая от5 тягивает мембрану 2 вниз, гайкой штока 7 задают пределы измерения.

Под действием меняющегося веса столба жидкости мембрана 2 перемещается вместе с реохордом 3, закрепленным на ней,

0 относительно неподвижного ползунка 4. Сигнал с преобразователя(реохорд 3 и ползунок 4) передается на вторичный прибор или регулятор.

При изменении плотности жидкости в

5 больших пределах происходит колебание погружения поплавка 1, а с ним всей измерительной системы. Например, при изменении плотности от 1,0 до 2,8 кг/м уже необходимо вводить коррекцию, которая на

0 колебание измерителя-поплавка 1 вводится автоматически поплавком 22 и преобразователем, закрепленным на нем и камере 9. Если в предыдущем случае оба поплавка, поплавок 1 и поплавок 22, неподвижны

5 относительно друг друга, то в данном случае поплавок 1, а с ним корпус 8 и мембрана 2 при понижении плотности опускаются.

Поплавок 22 относительно неподвижен, потому что имеет лучшие условия работы и

0 очень малый вес (пустотелый, выполнен из легких материалов) по сравнению с поплавком 1.

Поплавок 22 находится внутри поплавка 1 (тор) и практически не подвержен динами5 ке потока.

Вес поднимаемых элементов поплавком 22 незначителен, реохорд 20, ползунки 4 и 19 - приборного типа, а камера 9 и сильфон 12 все вместе весят 50-60 г, камера

0 9 наполнена легкорасширяющейся жидкостью, удельный вес которой в несколько раз меньше удельного веса измеряемой жидкости, поэтому последняя стремится вытеснить камеру 9 на поверхность и своей

5 выталкивающей силой помогает поплавку 22 поддерживать подвешенные к нему элементы, а самому находиться на поверхности

ЖИДКОСТИ.

Неподвижность поплавка 22 понятие относительное, идеальной неподвижности

его не может быть. В заявке рассматривается неподвижность поплавка 22 не в абсолютном значении, а относительно поплавка 1.

Камера 9 заполнена жидкостью (толуол, ксилол), удельный вес которой равен около 0,86, поэтому легкорасширяющаяся жидкость легче воды и минимального значения плотности контролируемой жидкости, а при рабочей (средней) плотности контролируемой среды легкорасширяющаяся жидкость во много раз легче ее, поэтому контролируемая жидкость вытесняет камеру 9, которая стремится всплыть, подталкивая поплавок 22. Выталкивающее усилие, действующее на сам поплавок 22 и на камеру 9, стабильно держит поплавок 22 на поверхности контролируемой жидкости.

При минимальной плотности контролируемой жидкости нижняя часть поплавка 22 находится на поверхности жидкости, поэтому при дальнейшем увеличении плотности контролируемой жидкости поплавок 22 больше выталкиваться (всплывать) не может, все это дает право считать поплавок 22 неподвижным относительно поплавка 1 и всей измерительной системы.

Погружение поплавка 1 при понижении плотности от 1,8 до 1 кг/м при высоте столба жидкости над мембраной 2 200 - 800 мм составляет незначительное изменение веса и, соответственно, давления на мембрану 2, поэтому погрешность измерителя даже без введения коррекции обеспечивает высокую точность измерения. Но если плотность жидкости понижается в больших пределах и поплавок 1 опускается, а с ним опускается корпус 8, мембрана 2 и реохорд 3 смещаются вниз относительно ползунка 4, тогда сопротивление в цепи преобразователя изменяется. При понижении плотности столб жидкости над мембраной 2 становится легче, выталкивающая сила меньше и мембрана 2 прогинается вниз, измеритель тоже опускается ниже. При опускании измерителя столб жидкости над мембраной 2 увеличивается на величину погружения поплавка 1, давление на мембрану 2 становится больше, хотя плотность не увеличилась, компенсацию этого веса восстанавливает поплавок 22, который не погружаете,, совместно с поплавком 1 и удерживает ползунок 4 на том же уровне. Смещение мембраны 2, а с ней реохорда 3 вниз от ползуна 4 увеличивает сопротивление в цепи преобразователя и прибор измерителя, учитывая дополнительный вес столба жидкости, показывает истинную плотность. При повышении плотности процесс введения коррекции идет в обратном порядке.

Работу устройства температурной коррекции нужно рассматривать как отдельную систему, не связанную с колебаниями поплавков 1 и 22. Как бы ни двигалась вся 5 измерительная система на поплавке 1 или 22, перемещение ползунков 4 и 19 происходит только тогда, когда меняется давление в камере 9, образованной жесткой по отношению сильфона 12 крышкой 11. 0 При изменении температуры измеряемой жидкости меняется давление в камере 9, так как крышка 11 теплопроводна и достаточно жестка, чтобы сильфон 12 мог переместить кронштейн 18 с ползунками 4 и 19.

5 Система коррекции температуры и узел измерения температуры работают по принципу манометрических термометров, где термоманометрическая система состоит из термобаллонэ, капилляра и сильфона или

0 манометрических трубок.

Измерение плотности при меняющейся температуре жидкости требует внедрения коррекции на ее колебание. Температурная коррекция вводится термоманометриче5 ской системой при изменении температуры жидкости. При повышении температуры жидкость становится менее вязкой, вес ее столба над мембраной 2 становится меньше, давление на мембрану 2 меньше и она

0 прогибается вниз вместе с реохордом 3, сопротивление в цепи преобразователя увеличивается и прибор измерителя показывает заниженную плотность, хотя она при 20°С нормальна. Чтобы этого не происходило,

5 вводится коррекция на изменение температуры. При повышении температуры жидкости наполнитель камеры 9 расширяется, давит на сильфон 12. последний через шток- 17 перемещает кронштейн 18, а с ним лол0 зунок 4 (с ползунком 4 перемещается ползунок 19). Таким образом, на смещение реохорда 3 смещается ползунок 4, сопротивление в цепи преобразователя не меняется, коррекция вводится механическим

5 путем, не меняя сопротивления цепей измерения. Перед установкой плотномера в емкость, зная температуру контролируемой жидкости, гайкой 14 и шкалой 15 с помощью пружины 13 задается необходимая темпе0 ратура.

При понижении температуры процесс и работа термоманометрической системы происходит в обратном порядке.

5Формула изобретения

1. Устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее поплавок, связанный с ним узел температурной компенсации, состоящий из чувствительного элемента-сильфона, заполненного

легкоиспаряющейся жидкостью, и блок преобразования измерительного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем компенсации погрешности из-за колебаний жидкости, поплавок выполнен тороидальной формы, во внутренней полости которого расположен дополнительный поплавок-корректор, к которому присоединен узел температурной компенсации.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что чувствительный элемент-силь0

фон узла температурной компенсации сверху снабжен крышкой, выполненной из теплопроводного материала, с ребрами жесткости, расположен на пружине и соединен с блоком преобразования измерительного сигнала.

3. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что полости поплавков и блока преобразования измерительного сигнала сообщены между собой с помощью каналов, а поплавки снабжены каналами для сообщения с окружающей средой,

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для автоматического измерения плотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет компенсации погрешности, связанной с колебаниями жидкости. Измерительная система размещена на тороидальном поплавке, во внутренней полости которого расположен поплавок-корректор, соединенный с основным поплавком диафрагмой, позволяющей свободно перемещаться основному поплавку относительно дополнительного и вносить коррекцию на колебания устройства на поверхности жидкости. Введение коррекции на колебания температуры контролируемой жидкости производится узлом температурной компенсации, выполненной е виде герметичной системы, заполненной легкоиспаряющейся жидкостью. Для выравнивания давления внутренние полости блока преобразования и поплавков сообщены между собой, а поплавки снабжены каналами для сообщения с окружающей средой. 2 з.п.ф-лы, 1 ил. Ё

19

11

Фланцы

Редактор М.Петрова

Составитель В.Каликов Техред М.Моргентал

- Подернуто

П 13 № Н 15 21 I .1 lit

Насечка

Корректор Л.Пилипенко