Устройство для определения плотности жидкостей Советский патент 1993 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может по|льзовано при анализе качества жидкостей.

Целью изобретения является повыше- ни надежности и удешевление устройства. На фиг. 1 показан разрез боковой проекции части устройства; на фиг,2 - разрез вдсль линии II -II на фиг.1; на фиг.З - электрическая схема контрольного устройства для переменного конденсатора; на фиг.4 - диаграмма напряжения для схемы согласно фиг.З; на фиг.5 - вертикальный разрез части согласно фиг.1 и 2 другого выполнения устройства; на фиг.6 - разрез вдоль линии V-V на оиг.5.

Хстройстводля определения плотности жидкостей содержит погруженный в исследуемую жидкость поплавок 1 известной плотности, сила выталкивания которого через нагрузочное устройство 2 уравновешена прогрессивной противодействующей силой, а также измерительное устройство 3 для регистрации положения поплавка 1. Из- „мерительное устройство 3 имеет дифференциальный конденсатор переменной емкости и показанное на фиг.З устройство 4 для контроля этих величин ci, en емкости.

Нагрузочное устройство 2 имеет входящую в зацепление с поплавком 1 пружину 5, которая согласно фиг.1 образована плоской пружиной 6 и жестко закреплена в корпусе 7. Корпус содержит фиксирующий плоскую

Ё

00

00

00

VI VI ел

со

пружину 6 несущий корпус 8, который U-об- разно охватывает пружину вместе с поплавком и в области расположенного на поплавке выступа 9, образующего электрод конденсатора С1, С2, имеет два противопо- ложных электрода 10,11. Тем самым, диффе- ренциальный конденсатор С1, С2 определен с одной стороны, поплавком с выступом и, с другой стороны, электродами 10,11 и входит в представленную на фиг.З электрическую схему.

Несущий корпус 8 со своей наружной стороны окружен мелкоперфорированным покрытием 12 в виде мелкоячеистой электропроводной сетки так, что камера с поплав- ком и пружиной 5 защищена от колебаний уровня жидкости при обеспечении ее постоянной смены. Покрытие 12 полностью окружает неэлектропроводный несущий корпус 8, что является электрической экранировкой для электродов 10,11 и выступа 9.

Исходя из применения представленного устройства для измерения плотности дизельного топлива, которая при 15°С сообразно с составом топлива составляет 0,8-0,9 кг/л и зависит от температуры, поплавок 1 выполняется с удельным весом 0,85 кг/л. Если плотность фактически имеющегося горючего больше 0,85 кг/л, то пружина 5 поплавком выгибается вверх, при величинах плотности меньших 0,85, - вниз.

Согласно фиг.З обе емкости С1 и С2 являются составной частью емкостной мостовой схемы с обратной связью, которая питается через прямоугольный осциллятор двумя одинаковыми напряжениями И 9 и И 10..

Для мостовой схемы действует:

С5 С6 (например 10 пф).СЗ С4(напр. 10 пВ)

Величины ci, си емкости конденсаторов С1 и С2 составляют несколько пф, причем С2 - подстроечный (полупеременный) конденсатор. К мосту приложены прямоугольные напряжения И 9 и И 10 (фиг.4).

Принцип действия схемы объясняется ниже с помощью процессов при появлении фронтов этих прямоугольных напряжений:

а) Симметричные соотношения в мосту (ci cn)..

При полной симметрии все напряжения и токи в обоих плечах моста одинаковы, т.е. сглаженные посредством Ct и С8 напряжения И5 и И б одинаковы по величине, рав- ным образом одинаковы по величине напряжения И 7 и И 8 и имеют здесь установившееся значение + 7,5 В. Из-за симметрии ниже описывается лишь левая часть моста.

В момент времени т.1 напряжение И 9 имеет положительный, а И 10 - отрицательный фронт импульса.

Из-за С5 СА напряжение И1 перескакивает в положительное направление, тем самым становится проводящим Т.1. Из-за разгрузки через РЗ и базу транзистора Т1 экспоненциально падает И1. И следует смещенным за напряжением база-эмиттер. Соответственно этому напряжению ИЗ течет тоже понижаемый ток эмиттера , распределяющийся на R5 и R8.

В момент т,2 И 9 имеет положительный, а И10 отрицательный фронт. И1 становится отрицательным, Т1 запирается.

Создаваемый между t1 и t2 ток эмиттера дает в итоге ток коллектора, сглаживающийся через С7 и создающий постоянный ток. Элементы схемы представлены таким образом, что И 5 (а, тем самым, и Иб) находится в диапазоне регулирования ОА1.

б) Несимметричные емкости С1 и С2 моста.

Если ci будет меньше , а си больше, то в момент t1 напряжение И1 увеличивается по отношению к описанной прежде величине. Тем самым, становятся больше ток эмиттера, а также ток коллектора, сглаженный через С7ток И тоже становится больше тока 12, вследствие чего к ОА1 подается разностное входное напряжение. Выходное напряжение И 7 становится отрицательным, а благодаря инвертору ОА2 становится положительным напряжение И8. Вследствие этого через R8 поднимаете эмиттерный потенциал транзистора Т1, через И 7 снижается потенциал эмиттера транзистора Т2. Вследствие этого уменьшается эмиттерный ток транзистора Т1, эмиттерный ток транзистора Т2 увеличивается. Из-за усиления холостого хода инвертора ОА напряжения И7 и И8 изменяются до тех пор, пока усредненные токи И и 12 снова не станут одинаковыми по величине, и, тем самым, мост не сбалансируется.

Необходимая для этого установившегося состояния разность напряжений И7 и И8 соответствует разности емкостей ci и си и таким образом регистрируется положение попдавка. Полезный сигнал представляет собой разность напряжений И7 и И8, причем наименьшие изменения емкости преобразуются в большие изменения напряжения.

Конденсаторы СЗ и С4 уменьшаются влияние диэлектрической проницаемости К измеряемой жидкости. Так как конденсаторы С1 и С2 в представленном выполнении полностью лежат в жидкости, величина их емкостей зависит не только от отклонения

выталкиваемого тела, но и от величины диэлектрической проницаемости жидкости (Е). Тем самым, чувствительность (разница выходных напряжений с разностью плотностей) была бы больше для жидкости с более высокой величиной Е. При определенной величине СЗ. аналогично С4 исчезает влияние диэлектрической проницаемости Е.

Устройство по фиг.5 и 6 отличается от соответствующего устройства по фиг. 1 и 2 тем, что пружина 5 образована от винтовой пружины 13, подвешена-в верхней области корпуса 7 и держит поплавок, и что образующие противоположный электрод конденсатора С1 дно 14 корпуса 7 выполнено в виде полусферы с центром в точке подвеса пружины 13, Входной штуцер 15 для притока исследуемой жидкости расположен тангенциально сориентированным в области дна корпуса 7; выходной штуцер 16 расположен в самой верхней зоне корпуса 7. Та- | ким образом, при транспортировке устройства в результате постоянства рас- | стояния между поплавком и электродом 10 | на дне 14 сохраняется постоянная величина I емкости конденсатора С1. i Наконец, цифрой 17 на фиг.5 обозначен I неподвижный относительно корпуса 7 ком- | пенсирующий электрод, позволяющий учитывать зависимость величины емкости конденсатора С1 от диэлектрической про- i ницаемости исследуемой жидкости в корпу-. ice 7 и тоже соединен с устройством для |контроля емкости (например, согласно фиг.З). Образованный им по направлению к |земле (GND) конденсатор на фиг.5 обознэ- чен С.

| Помимо изображения согласно фиг.5 и |б, дно 14 вместе со штуцером 15 может быть |выполнено также непосредственно в виде сетки и образовывать прямо снизу приток |исследуемой жидкости. Кроме того, в случае {необходимости, поплавок в обоих оговорен- йых вариантах может быть также снабжен демпфирующими крыльями для исключения |иинимизации его колебаний. Формула изобретения . 1. Устройство, для определения плотнр- сти жидкостей, содержащее корпус с отверстиями для подачи и стока исследуемой жидкости и размещенным в нем поплавком из материала известной плотности, соединенным с противовесом, измеритель положения поплавка, включающий конденсатор переменной емкости и соединенный с измерителем емкости, отличающееся тем, то, с целью повышения надежности и уде- iделения устройства, в качестве противовеса использована пружина, жестко скрепленная с поплавком и корпусом, а конденсатор образован поплавком и корпусом,

2. Устройство поп.1,отличающее- 5 с я тем. что в качестве пружины использована металлическая пластина, в корпусе дополнительно размещен несущий V-образный корпус, охватывающий «пружину с поплавком и содержащий по крайней 0 мере один электрод, являющийся одной из обкладок конденсатора.

3. Устройство по п,2, отличающее- с я тем, что наружная поверхность несущего корпуса снабжена перфорированным по- 5 крытиём,

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что на корпусе и несущем корпусе закреплены два электрода, образующие совместно с поплавком дифференци- 0 альный конденсатор переменной емкости.

5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что в качестве пружины использо-, вана винтовая пружина, закрепленная в верхней части корпуса, к нижнему концу 5 которой прикреплен поплавок, а дно корпуса выполнено в виде полусферы с центром в точке подвеса пружины.

6. Устройство по п.5, отличающее- с я тем, что отверстие для подачи исследу- 0 емой жидкости расположено в дне корпуса по касательной к его окружности, а отверстие для стока расположено в верхней части корпуса.

7. Устройство по п.5, отличающее- 5 с я тем, что часть дна корпуса снабжена перфорацией.

8. Устройство по пп. 1-7, отличаю- щ е е с я тем, что дополнительно содержит неподвижный относительно корпуса ком- 0 пенсирующий электрод, расположенный внутри корпуса и соединенный с измерителем емкости.

9. Устройство по пп. 1-8, о т л и ч a rout е е с я тем, что измеритель емкости вы- 5 полнен в виде емкостной мостовой схемы с обратной связью, в одно из плеч которой включен образованный поплавком и корпусом дифференциальный конденсатор, являющийся частью генераторной схемы в 0 измерителе емкости. . 10. Устройство по п.Э.отл и ча ющее- с я тем, что к содержащему дифференциаль- ный конденсатор переменной емкости плечу мостовой схемы подключен по крайней 5 мере один компенсирующий конденсатор.

11. Устройство по пп. 1-10, отличающееся тем, что поплавок снабжен демпфирующими крыльями.

.--w

L...

..:

--EH J.

Фйг.2.

Сущйость изобретения: для простого и жесткого определения, контроля плотности жидкостей, в частности, служащего для привода двигателя внутреннего сгорания горючего, предусмотрено погруженное в исследуемую жидкость выталкиваемое тело, сила подьема которого уравновешена через наносимую с помощью пружины нагрузку. Между выталкиваемым телом, с одной стороны, и заполняемым исследуемой жидкостью корпусом, с другой стороны, образована зависящая от плотности исследуемой жидкости емкость, которая контролируется электрической схемой. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фаг. /

in r- co

CO 00

«V

иг. 6