Устройство для измерения плотности жидких сред Советский патент 1975 года по МПК G01N9/22 

1

Изобретение относится к исследованиям физико-химических свойств жидкостей.

Известно устройство для измерения плотиости жидких сред, содержащее магнитный поплавок, регистратор движения поплавка и соленоиды.

В известном устройстве поплавок, содержащий исследуемую жидкость, помещают в термостатированную кювету с маловязкой жидкостью. В этих приборах разность силы тяжести и выталкивающей силы компенсируется магнитным полем соленоида, при этом величина протекающего через соленоид тока является мерой измеряемой плотности.

Регистрация поведения поплавка осуществляется с помощью оптической системы, приемник которой связан с электрической схе.мой питания соленоида.

Однако известные устройства имеют недостаточную точность измерения. Конструкция устройства, кроме того, не позволяет измерять вязкость раствора.

Цель изобретения - повысить точность измерения параметров, одновременно создавая условия для измерения вязкости жидких сред и упрощая регистрацию поведения поплавка.

Это достигается тем, что поплавок полностью погружен в исследуемую среду и свободно подвещен в магнитном поле, окружающем поплавок и приводящем его во вращение.

Вместо сложной онтической системы, регистрирующей поплавок, в предлагаемом устройстве предусмотрен немагнитный микроскоп.

На фиг. 1 представлена схема устройства для магнитного подвещивания цилиндрического поплавка 1 в растворе, находящемся в контейнере 2; на фиг. 2- блок-схема устройства для измерения вязкости жидкости.

Поплавком 1 служит точно изготовленный и тщательно отбалансированный цилиндр, имеющий на боковой поверхности цветную риску 3, хорощо просматриваемую в окуляре микроскопа 4. Поплавок состоит из внутреннего сплошного ферромагнитного цилиндра 5, окруженного полым цилиндром. Контейнер 2 представляет собой точно изготовленный стеклянный цилиндр.

Для термостатирования, т. е. поддержания температуры контролируемой среды, равной 20°С, контейнер 2 омывается термостатирующей жидкостью.

Поплавок с помощью магнитных нолей, создаваемых соленоидами 6, 7, 8 с воздушными сердечниками, свободно подвещен в растворе, заполняющем контейнер 2. Общая ось этих трех соленоидов совпадает с осями поплавка 1 и контейнера 2. Соленоиды идентичны, расположены на одинаковом (по вертикали) расстоянии от поплавка 1 и как катущки Гельмгольца разнесены по вертикали друг от друга на расстоянии, равном их радиусу. Устройство включает блок управления 9 и пробную катушку 10 (на чертеже показана в составе блока управления) для регулирования величины тока /ъ пролускаемого через соленоиды 7 и 8. Применение немагнитного микроскопа для фиксации положения поплавка 1 исключает дополнительные помехи, действующие на создаваемое магнитное поле. Для подвешивания поплавка 1 в контролируемом растворе по соленоиду 6 пропускают ток /2, недостаточный, чтобы поднять лоплавок 1 со дна контейнера 2. Поэтому через соленоиды 7, 8 пропускают ток Iz, причем эти соленоиды соединяют последовательно так, что на требуемой высоте поплавка 1 их магнитные поля взаимно компенсируются, а градиенты их магнитных полей dHjdz (где Я- напряженность магнитного поля, z - координаты по вертикали), складываются, подъемная сила, действуюш,ая на поплавок 1, равна |д, (dff/dz) где |1 - магнитный момент поплавка, dH/dz - результирующий градиент магнитного поля, создаваемого соленоидами 6-8. Вообще (Л i, + / (я), где Но - постоянный магнитный момент, /(н) - магнитный мюмент, индуцированный в поплавке. Поскольку ток в соленоиде 6 поддерживают постоянным, а магнитное поле тока Iz, протекающего по соленоидам 7 и 8, равно нулю, магнитный момент ц остается постоянным во время серии измерения. Если ток /i течет в требуемом направлении, dH/dz увеличивается с ростом У и возрастает сила, действующая на поплавок 1. Регулированием тока /i с помощью пробной катущки 9 и схемы управления добиваются взвешенного положения поплавка так, что его риска 3 находится напротив немагнитного микроскопа. Поскольку результирующее магнитное поле соленоидов максимально на общей вертикальной оси поплавок 1 устойчиво располагается на этой оси. Приравнивая силы, действующие на поплавок, получаем: F, + .dH/dz m,g -1/,pg- l/ig- (р, - р), 9,8 м/сек2; FI - постоянная сила, действующая на поплавок со стороны соленоида 6; dH/dz - градиент магнитных полей соленоидов;fn, V, pi - масса, объем и плотность поплавка 1 соответственно; р - плотность раствора, находящегося в контейнере 2. Так как ц, постоянная величина и dHldz прямо пропорционален Л имеем: f, + /Cp,-l/,(p,-p). Следовательно, плотность есть линейная функция тока Л, а поскольку все другие величины постоянны плотность исследуемого вещества можно фиксировать посредство.м измерения падения напряжения на эталонном сопротивлении 11 при помощи регистрирующего потенциометра, проградуированного в единицах плотности. Градуировку устройства производят аналогично измерению плотности жидкости с той лищь разницей, что в контейнер 2 поочередно заливают жидкость с известной плотностью и при определенном положении поплавка отмечают положения регистрирующего потенциометра, соответствующие донной плотности раствора. Устройство, изображенное на фиг. 2, предназначено для создания быстровращающегося магнитного поля, окружающего поплавок (ротор) 1 и приводящего его во вращение. Оно содержит кварцевый генератор 12 (со стабилизированной частотой), регулятор мощности 13, усилитель мощности 14, измеритель .мощности 15, проградуированный в единицах вязкости, выпрямитель 16 и обмотки возбуждения 17. Ротором служит цилиндр поплавка 1, причем на нем имеется риска 18, на которой можно отсчитывать число оборотов поплавка. Устройство позволяет измерять вязкость раствора двумя олоообами: 1.Питание через выпрямитель 16 подключают к обмоткам возбуждения 17, которые окружают ротор (поплавок). Под действием быстровращающегося магнитного поля поплавок .приходит в медленное вращение. Кварцевый генератор 12 возбуждает усилитель мощности 14. Регулирование мощности, подводимой к обмоткам возбуждения, осуществляется регулятором мощности 13. Схема обратной связи 19 автоматически поддерживает мощность, подводимую к окружающим ротор возбуждающим обмоткам 17, на постоянном уровне. В результате поплавок вращается с постоянной скоростью. Измеритель мощности 15 показывает значение измеряемой вязкости раствора. Градуировка производится контрольными растворами с известной вязкостью. 2.Подготовка для измерения вязкости по тому способу аналогична предыдущему. При этом период вращения или время (засекаемое екундомером), необходимое для совершения нескольких оборотов, есть вязкость. Отсчет числа оборотов поплавка ведут по риске 18 на поплавке. Лабораторные исследования опытного образца предложенным устройством показали его высокую точность, надежность измерения, а также простоту эксплуатации. При измерении плотности раствора глицерина в диапазоах 1,1-1,26 г/см достигнута высокая точность. Предмет изобретения Устройство для измерения плотности жидких сред, содержащее магнитный нонлавок, регистратор движения поплавка и соленоиды, 5 отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения и одновременного измерения вязкости, поплавок полностью погружен в исследуемую среду и свободно подвешен в магнитном поле, окружающем поплавок и приводящем его во вращение