Поплавковый плотномер жидкостей Советский патент 1991 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для непрерывного измерения плотности контролируемой жидкости в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности

Цель изобретения - упрощение конструкции плотномера

На чертеже приведена принципиальная схема конструкции плотномера

Плотномер содержит проточную камеру

1,в которой размещен поплавок (жесткий, цилиндрической формы) 2, соединенный штоком 3 через разделительный сильфон 4 с блоком 5 формирования выходного сигнала Шток 3 может поворачиваться (качаться) относительно опоры 6 вращения. Поплавок

2,шток 3 и опора 6 составляют измерительную кинематическую систему плотномера Вход контролируемой жидкости 7 в проточную камеру плотномера осуществляется через входной штуцер 8 и наружный распределитель 9 потоков жидкости контролируемой жидкости из проточной камеры плотномера осуществляется через выходной коллектор 10 и выходной штуцер 11 В линии входа контролируемой жидкости в проточную камеру плотномера размещена гильза 12, в линии выхода жидкости из проточной камеры - гильза 13. В гильзах 12 и 13 размещены термобаллоны 14 и 15 блока газовой термокомпенсации соответственно В блок газовой термокомпенсации входят также промежуточные сильфоны 16 и 17, компенсационный сильфон 18, соединенные капилляры 19 и 20 и колпачковые гайки 21 и 22, соединенные резьбовым соединением с гильзами 12 и 13 соответственно Внутри компенсационного сильфона 18 размещен ограничитель 23 обьема Соосно ком- пенсационному сильфону 18 с противоположной стороны штока 3 закрепо

VI

о ю VI

CJ

лен герметизированный сильфом 24 для компенсации влияния изменения барометрического давления и температуры окружающего воздуха. Внутренняя полость блока термокомпенации заполнена сжатым газом 25. Статическое давление воздуха в полости сильфона 24 определяется экспериментально при разработке и испытаниях плотномера. В качестве блока формирования выходного сигнала 5 может быть использо- ван пневмосиловой или электросиловой преобразователь. Усилие, передаваемое ему штоком, преобразуется в стандартный пневматический или электрический выходной сигнал.

Плотномер работает следующим образом.

Контролируемая жидкость 7 протекает через проточную камеру 1 и омывает при этом поплавок 2 и термобаллоны 14 и 15 блока термокомпенсации. На поплавок 2 со стороны контролируемой жидкости 7 действует выталкивающая сила, поворачивающая шток 3 на некоторый угол относительно опоры 6 вращения. При повороте штока 3 происходит отработка выходного сигнала плотномера на блоке 5 формирования выходного сигнала, например на узле сопло- заслонка. Следует отметить, что угловые перемещения штока 3 не превышает долей градуса, а линейные перемещения поплавка и наружного конца штока 3 находятся в пределах 0,005-0,01 мм, что обеспечивает высокую точность измерения. В установив- шемся режиме значение выходного сигнала, определяемое в блоке 5, соответствует значению плотности контролируемой жидкости 7.

При изменении плотности контролиру- емой жидкости устаналивается новое значение выходного сигнала, соответствующее новому значению плотности.

При неизменной собственной (физиче- ской) плотности контролируемой жидкости, но при изменении ее температуры изменится действительное значение плотности жидкости: при повышении температуры плотность уменьшится, при понижении температуры плотность увеличится. Соответст- венно изменится и величина выталкивающей силы Рвыт, действующей на поплавок, а значит, и величина выходного сигнала.

Для исключения влияния изменения температуры контролируемой жидкости на результаты измерения ее плотности необходимо обеспечить такое компенсирующее воздействие на измерительную кинематическую систему плотномера со стороны блока температурной компенсации, при

котором при любых значениях температуры контролируемой жидкости (при неизменной собственной плотности жидкости) выходной сигнал плотномера оставался бы неизменным.

Условие равновесия кинематической системы плотномера при любых температурах, но постоянной плотности контролируемой жидкости имеет вид

ДРвыт..1к,

где ДРвыт - изменение выталкивающей силы, действующей на поплавок, от изменения температуры на величину At;

In - расстояние от оси опоры б вращения до геометрического центра поплавка;

ДРк - изменение компенсационного усилия, вызванное изменением температуры на величину At;

U - расстояние от оси компенсационного сильфона блока термокомпенсации до оси опоры 6 вращения.

Изменения выталкивающей силы ДРвыт и компенсационного усилия AFK, вызванные изменением температуры контролируемой жидкости At, выражаются формулами

ДРвыт Уп-у ж-Дг;

А , где Vn - наружный объем поплавка;

р - плотность контролируемой жидкости;

/Зж - коэффициент объемного расширения контролируемой жидкости;

At - изменение температуры контролируемой жидкости;

Ро - начальное давление сжатого газа и блока термокомпенсации (при 0°С);

- температурный коэффициент расширения газа;

SK эффективная площадь компенсационного сильфона 18.

Таким образом, полная температурная компенсация при изменении температуры контролируемой жидкости (при условии линейной зависимости /бж от температуры) обеспечивается при определенном значении начального давления сжатого газа Ро в блоке термокомпенсации, величина которого определяется выражением

р Уп;/о-1ж-1п

Ко РГ Sk he

Зная характеристики жидкости (плот- ность/ и коэффициент объемного расширения Д«), которую будет контролировать плотномер, заполняют блок термокомпенсации сжатым газом, например азотом, при расчетном давлении Р0 и герметизируют его. Теперь при изменении температуры контролируемой жидкости, например при увеличении ее на величину At, уменьшится

плотность этой жидкости, а следовательно, уменьшится величина выталкивающей силы Рвыт действующей на поплавок, и момент, создаваемый выталкивающей силой относительно опоры 6 вращения. Но в это же время увеличится давление сжатого газа 25 и термобаллонах 14 и 15. Это увеличенное давление газа вызовет приращение компенсационного усилия FK, развиваемого компенсационным сильфоном 18, а следовательно, и увеличение компенсационного крутящего момента М« относительно опоры 6 вращения. Таким образом, восстанавливается первоначальное (до изменения температуры) значение выходного сигнала плотномера, т.е. осуществляется температурная компенсация.

При переходе на контролирование другой технологической среды с другой плотностью и с другим коэффициентом нет необходимости перезаполнять систему термокомпенсации сжатым газом: достаточно изменить начальное давление этого газа путем изменения объема, занимаемого газом

в полостях этой системы. Это достигается изменением длины, а значит, и внутреннего объема промежуточных сильфонов 16 и 17 вращением колпачковых гаек 21 и 22; при

завинчивании гаек сильфоны 16 и 17 сжимаются, при отвинчивании гаек 21 и 22 сильфоны 16 и 17 разжимаются (растягиваются) под воздействием давления сжатого газа. Формула изобретения

Поплавковый плотномер жидкостей, содержащий проточную камеру, измерительную кинематическую систему, блок газовой термокомпенсации, состоящий из двух термобаллонов и компенсационного сильфона,

внутренние полости которых соединены, и блок формирования выходного сигнала, отличающийся тем. что, с целью упрощения конструкции, в блок газовой термокомпенсации дополнительно введены по

крайней мере один промежуточный силь- фон с неподвижными торцами и механизм регулирования его объема, причем промежуточный сильфон соединен с термобаллонами.

8

20