Способ определения плотности жидкостей и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N9/12 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности определения плотности жидкостей.

На фиг.1 и 2 представлена схема устройства для осуществления способа определения плотности жидкостей.

Устройство для определения плотности жидкостей содержит (фиг.1 и 2) поплавок 1, например стандартизованным стеклянный лабораторный ареометр, частично погружающийся в исследуемую жидкость на глу- бину, пропорциональную плотности жидкости в данный момент времени , сосуды 2 и 3, сообщенные между собой грубка- ми 4, направляющую трубу 5 для поплавка 1. снабженную отверстиями б для протека

жидкости и одновременно служащую успокоителем колебаний скорости и завихрений потока жидкости, входной патрубок 7 для подачи исследуемой жидкости в устройство для определения плотности жидкости, сливной сосуд 8, установленный в верхней части сосуда 3 постоянного уровня слива жидкости (уровень А) и снабженный сливным патрубком 9 для вывода исследуемой жидкости из устройства, трубопровод 10 для сжатого воздуха (пневмопривод 10), на входной части которого установлены входной 11 и регулирующий 12 дроссели, а выход подключен к верхней части сосуда 2 (к наджидкостной полости сосуда 2), прибору 13 дистанционного наблюдения за изменениями плотности исследуемой жидкости и измерения плотности жидкости, а также сообщен с окружающей атмосферой через выходной дроссель 14.

Поплавок 1 имеет непрозрачную шкалу 15 плотности в своей верхней части. Для фиксирования положения верхнего конца шкалы 15, принятого за заданную точку поплавка 1, которая должна устанавливаться на заданном относительно стенок сосуда 2 значений уровня (уровень Б), устройство содержит светодиод 16 и фотодиод 17, установленные на уровне Б относительно стенок сосуда 2 с возможностью их одновременного перемещения по вертикали и последующего закрепления в новом требуемом положении относительно стенок сосуда 2, что необходимо при настройке устройства. В стенках верхней части сосуда 2 установлены стекла 18, через которые световой поток от светодиода 16 передается на фотодиод 17. Устройство также содеожит блок 19 питания, соединенный со светоди- одом 16, и регулятор 20 давления, вход которого связан с фотодиодом 17, а выход - регулирующим дросселем 12.

В устройстве для определения плотности жидкостей обеспечивается возможность использования стандартизованных поплавковых средств измерения плотности жидкости, например лабораторных зрео- метров, без их переградуировки и метрологической аттестации. Стеклянный поплавок 1 не разрушается практически во всех известных агрессивных жидкостях. Сосуды 2 и 3, трубки 4, направляющая трубка 5, входной патрубок 7, сливной сосуд 8 и сливной патрубок 9 при использовании устройства для определения плотности, например, растворов соляной кислоты выполняют из винипласта, не разрушающегося в соляной кислоте. Входной 11, регулирующий 12 и выходной 14 дроссели при необходимости, вызываемой, например, агрессивными

свойствами исследуемой жидкости, могут быть установлены на расстоянии до 100 м от места расположения точки контроля плотности жидкости или выполнены из

соответствующих материалов. Прибор 13 дистанционного наблюдения и измерения плотности жидкости может быть установлен на расстоянии действия обычных пневматических систем дистанционной передачи (до

0 300 м), а при использовании промежуточных усилителей - практически на любом необходимом расстоянии от технологической точки контроля плотности жидкости. Блок 19 питания и регулятор 20 при необходимости

5 также могут быть установлены дистанционно от светодиода 16 и фотодиода 17. Кроме сжатого воздуха, в необходимых случаях может использоваться сжатый инертный газ.

0Устройство для определения плотности

жидкостей работает следующим образом,

В соответствии с требуемым диапазоном измерения плотности исследуемой жидкости выбирают поплавок 1 (фиг.1), на5 пример ареометр, с соответствующей шкалой, минимальный предел измерения плотности которой должен быть ниже минимально возможной плотности исследуемой жидкости, и устанавливают его в сосуд

0 2. Заполняют сосуды 2 и 3 до постояного уровня слива (уровень А) жидкостью с плотностью, соответствующей минимальному пределу шкалы измерения поплавка 1. При этом поплавок , частично погружаясь в

5 жидкость, устанавливается в определенном положении относительно стенок сосуда 2 (фиг.1) или, что то же самое, s определенном положении относительно постоянного уровня слива (уровень А). Включают блок 19

0 питания и устанавливают светодиод 16 и фотодиод 17, одновременно перемещая их по вертикали таким образом, чтобы световой поток от светодиода 16 к фотодиоду 17 перекрывался верхним концом непрозрэч5 ной шкалы 15 поплавка 1. и закрепляют их в этом положении (уровень Б). При этом выходной сигнал с фотодиода 17 должен быть равен нулю (при свободном прохождении светового потока от светодиода 16 к фото0 Диоду 17 его выходной сигнал равен максимуму). Эти операции производят один раз при настройке устройства и в дальнейшем они требуются только для периодической поверки устройства и при переходе на дру5 гой диапазон измерения с новым поплавком 1,

Через входной патрубок 7 подают в устройство непрерывно протекающую исследуемую жидкость. Поплавок 1, находящийся в сосуде 2, частично погружается в исследуемую жидкость в зависимости от ее плотности, непосредственным наблюдением за глубиной погружения поплавка 1 можно определить плотность жидкости. Сосуд 2 трубками 4 сообщен с сосудом 3, в котором поддерживается постоянный уровень слива излишков жидкости (уровень А). Излишки жидкости сливаются в сливной сосуд 8 и через сливной патрубок 9 выводятся из устройства. Таким образом, при отсутствии подачи сжатого воздуха в сообщающихся сосудах 2 и 3 поддерживается одинаковый уровень жидкости (уровень А).

Для осуществления дистанционного наблюдения за поплавком 1 и определения плотности исследуемой жидкости при фиксированном положении поплавка 1 и измеряемом уровне жидкости подают в устройство сжатый воздух по пневмоприводу 10. Поскольку текущие значения плотности исследуемой жидкости всегда больше минимального предела измерения поплавка 1, то поплавок 1 без подачи сжатого воздуха в над- жидкостную полость сосуда 2 с поплавком 12 занимает положение относительно стенок сосуда выше, чем при настройке устройства, и верхний конец непрозрачной шкалы 15 поплавка 1 устанавливается выше уровня Б. Световой поток от свегодиода 16 к фотодиоду 17 перекрывается непрозрачной шкалой 15 поплавка 1, на выходе регулятора 20 формируется нулевой сигнал и регулирующий дроссель 12 открывается. Сжатый воздух по пневмопроводу 10, пройдя через входной дроссель 11 и дроссель 12, поступает над- жидкостную полость сосуда с поплавком 1, к прибору 13 дистанционного наблюдения и измерения и через выходной дроссель 14 частично стравливается в атмосферу, в результате чего начинает повышаться давление в полостях за дросселем 12. Повышение давления в наджицкостной полости сосуда 2 с поплавком 1 приводит к понижению уровня жидкости в сосуде 2 и опусканию поплавка 1. Это повышение давления сжатого воздуха и соответствующее ему понижение уровня жидкости в сосуде 2 и опускание поплавка 1 происходят до тех пор, пока верхний конец непрозрачной шкалы 15 поплавка 1 не опустится ниже уровня Б. При этом световой поток от светодиода 16 попадает на фотодиод 17, на выходе регулятора 20 появляется сигнал, по команде которого дроссель 12 начинает прикрываться и пропускать меньше сжатого воздуха, что при постоянном расходе сжатого воздуха через выходной дроссель 14 приводит к уменьшению давления в полостях за клапаном 12, к некоторому повышению уровня жидкости в сосуде 2 с поплавком 1 и т.д. В результате

верхний конец непрозрачной шкалы 15 поплавка 1 после переходного процесса устанавливается на заданном (фиксированном) относительно стенок сосуда 2 значении 5 уровня Б (фиг.2), а уровень жидкости в сосуде 2 - на значении Bj (i - текущее значение плотности жидкости). Соответствующее этому положению поплавка давление сжатого воздуха отслеживается прибором 13 дис0 танционного наблюдения и измерения, по перемещению стрелки которого наблюдают за перемещениями поплавка 1, а измеряя давление сжатого воздуха по шкале прибора 13, при котором поплавок занял задан5 ное положение, по величине этого давления определяют плотность исследуемой жидкости.

При увеличении значения текущей плотности исследуемой жидкости поплавок 1

0 всплывает на определенную высоту в зависимости от нового увеличившегося значения плотности жидкости и аналогично указанному давление сжатого воздуха увеличивается, уровень жидкости в сосуде 2

5 снижается до нового значения В| и поплавок 1 вновь занимает заданное (фиксированное) положение относительно стенок сосуда 2. Величина этого нового установившегося давления сжатого воздуха определя0 ет новое установившееся значение плотности исследуемой жидкости.

При уменьшении значения текущей плотности исследуемой жидкости поплавок 1 глубже погружается в исследуемую жид5 кость, верхний конец непрозрачной шкалы 15 поплавка 1 опускается ниже уровня Б, сзетовой поток от светодиода 16 беспрепятственно проходит на фотодиод 17, регулятор 20 выдает максимальный сигнал,

0 дроссель 12 закрывается и происходит постепенное уменьшение давления сжатого воздуха в полостях за клапаном 12 за счет сброса сжатого воздуха через выходной дроссель 14 в атмосферу. Снижение давле5 ния сжатого воздуха приводит к повышению уровня жидкости в сосуде 2 и подъему вместе с ней поплавка 1 до тех пор, пока верхний конец непрозрачной шкалы 15 поплавка 1 после переходного процесса вновь

0 не установится на заданном относительно стенок сосуда значении уровня Б. Величина нового установившегося значения давления сжатого воздуха определяет новое уменьшающееся значение плотности исследуе5 мой жидкости, что отслеживается стрелкой прибора 13 дистанционного наблюдения и измерения. При использовании самопишущегося прибора 13 все изменения плотности жидкости могут быть записаны на диаграммную бумагу.

Таким образом, определение плотности жидкости производят при фиксированном положении поплавка и изменяемом уровне (идкости, поплавок 1 стабилизируют в заданном положении относительно постоянного уровня слива жидкости или Относительно стенок сосуда 2 изменения- давления сжатого воздуха в месте погру- )ения поплавка (в наджидкостной полости фзсуда 2), величины которого пропорцио- йальны глубине погружения поплавка 1 в Непрерывно протекающую исследуемую жидкость в зависимости от ее плотности в Каждый момент времени и, следовательно пропорциональны плотности исследуемой жидкости в эти моменты времени.

и

Формула изобретения 1. Способ определения плотности жид- Костей путем частичного погружения по- плавка и слежения за его положением в Первом из сообщающихся сосудов, через Которые протекает жидкость при постоян- йом уровне слива во втором сосуде, отливающийся тем, что, с целью повышения

0

5

0 5

точности определения, изменяют уровень жидкости в первом сосуде с помощью давления сжатого воздуха до стабилизации положения поплавка относительно постоянного уровня слива жидкости во STODOM сосуде, а плотность жидкости определяют по давлению сжатого воздуха.

2. Устройство для определения плотности жидкостей, содержащее сообщающиеся сосуды, поплавок, пневмопровод и вторичный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения, в него введены дополнительно регулятор давления воздуха в наджидкостной полости сосуда с поплавком, регулирующий дроссель, установленный на пнемопроводе, выходной дроссель, а тажке оптическая система слежения за местоположением поплавка, причем выход оптической системы подключен к входу регулятора давления, выход которого соединен с регулирующим дросселем, выход которого сообщен с наджидкостной полостью сосуда с поплавком, вторичным прибором и через выходной дроссель - с атмосферой.

Изобретение относится к. контрольн,о- измерительной технике и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности определения плотности жидкостей. Стабилизируют положение поплавка относительно постоянного уровня слива жидкости (относительно стенок сосуда с поплавком) с помощью давления с-кагого воздуха, для чего в устройство введена оптическая система слежения за местоположением поплавка, состоящая из светодио.ца. фотодиода и блока питания. Стабилизацию положения поплавка осуществляют .змениями уровня жидкости в сосуде с поплавком на величины, обратные глубинам поплавка в жидкость при изменениях ее плотности, путем соответствующих изменений давления воздуха в наджидкост- ной полости сосудз с поплавком, для чего в устройство введены регулятор давления воздуха, регулирующий дроссель, установленный нз пневмопроводе, и выходной дроссель. Выход системы слежения за местоположением поплавка подключен к входу регулятора давления, выход которого соединен с регулирующим дросселем. Последний сообщен с наджидкостной полостью сосуда с поплавков,через выходной дроссель - с атмосферой, а также вторичным прибором, с помощью которого измеряют значения давления воздуха в наджидкостной полости сосуда с поплавком. Величины этих значений однозначно характеризуют текущие значения плотности исследуемой жидкости. 2 с.п. ф-лы. 2 ил. XI ь о

&шод Ј &moeojfr3d&cj3r

Вс/тмоосреру

Фиг.4

Х См 6

ХидьСьт

4

&ЬгхочЗ сжатого быдуха

& атм о с qo

Фиг. 2

15

1| |ГБ

- -Г -Л

Х /#ЛОСП1