Камертонный плотномер для жидких сред Советский патент 1980 года по МПК G01N9/32 

1

Изобретение относится к измерениям плотности жидких сред и может использоваться в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен вибрационный плотномер, содержащий чувствительный элемент в виде камертона и системы возбуждения и съема -колебаний 1.

Недостаток плотномера в том, что на точность измерения оказывает существенное влияние наличие воздушных включений в потоке анализируемой жидкости. Кроме того, диапазон измерения датчика ограничивается заданным пределом измерения частоты колебаний вибратора. Это объясняется тем, что с увеличением плотности среды увеличивается масса вибратора, а следовательHoi снижается частота его колебаний, чти ведет к уменьшению добротности колебательной системы и снижению .точности измерения.

Наиболее близким по технической сущности является камертонный плотномер жидкости, который содержит датчик, выполненный в виде сдвоенного трубчатого камертона, концы которого через резиновые прокладки подключены к трубопроводу 2.

На плотность измерений такого плотномера сильно влияют воздушные включения в потоке, полностью исключить которые не возможно даже с применением, отборных устройств.

Недостатком указанного плотномера также является ограниченный диапазон измерения плотности, что объясняется резким снижением частоты

10 собственных колебаний камертона при увеличений плотности среды, что значительно снижает точность измерений и добротность колебательной системы.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Это достигается тем, что камертон укреп лен вертикально ножками в герметичном корпусе, выступакадие части ножек снабжены сильфоном, камертон и сильфоны заполнены двумя несмешивающимися жидкостями с границей раздела посередине камертонов, При этом днища сильфонов расположены в противоположные стороны.

25

На чертеже изображен камертонный плотномер жидкости.

Он содержит сдвоенный камертон 1, ;Герме ично закрепленный в корпусе 2, ножки 3 и 4 камертона имеют резиновые прокладки 5 и 6, на концах ножек, (Выступающих за корпус, герметично за креплены сильфоны 7 и 8. Полости сильфонов и ветвей камертонов заполнены несмешивакхцимися жидкостями 9 .и 10 с различными плотностями и температурными коэффициентами, границей раздела жидкостей 11, находящейся в средней части ветвей камертона. Для возбуждения колебаний предусмотрен электромагнитный возбудитель 12 и приемник 13 колебаний, а также усилитель 14, размещенный в герметич ном корпусе. Работа камертонного плотномера для жидких сред осуществляется следующим образом. Под действием разнос ти давления ДР - Р Р - Pg (1) Р V-.Hf (2) PS Г- «2 (3) где PY давление столба исследуемой жидкости на нижний сильфов Р„ - давление столба исследуемой жидкости на верхний сильфо Н, - высота столба жидкости до жесткого центра нижнего сильфона; Н - высота столба жидкости до жесткого центра верхнего сильфона; - удельный вес измеряемой жидкости, жесткие центры сильфонов 7 и в (вза модействующие через жидкость) перемещаются на величину -о .VBCM-, где п - число гофр сильфона; РЭ-. - Эффективная площадь сильфона; Е - модуль упругости материал сильфонов; h - толщина стенки гофр сильфонов;Ад - расчетный коэффициент. На эту же величину перемещается граница раздела жидкостей 11 в ветвях камертона 1. В результате того, что заполняющие камертон жидкости 10 и 9 имеют разные плотности/ и/ соответствен причемР Р изменяется масса жидкости в ветвях камертона на величинуЛМгу 5-// -/2/ЛЯ , (5 где; S - суммарная площадь внутренне го сечения ветвей камертона При этом частота колебаний камер тона f, возбуждаемого с помощью воз будителя 12 колебаний, усиленный сигнал, на который подается через усилитель 14 от приемника 13, изменяется согласно соотношениям ww де Е - модуль упругости материала камертона; 7 - момент инерции поперечного сечения ветвей камертона относительно оси перпендикулярной плоскости колебаний ; М - масса единицы длинных стенок камертона; к.о масса жидкости в ветвях камертона при начальном положении границы жидкостей „ в камертоне и сильфонах; - длина ветвей камертона; к - постоянная, для первой частоты колебаний к1 4,73; .л - коэффициент жесткости заПЧГ делки и податливости ветвей камертона. Знак плюс в формуле (6) соответствует увеличению плотности измеряемой жидкости, при этом частота колебаний f уменьшается, а знак минус соответствует уменьшению плотности измеряемой жидкости, при этом частота колебаний f увеличивается. Как видно из зависимости (6), подбирая MCT- ; .p, получают частоту колебаний резонатора, соответствующую его максимальной чувствительности и при изменении плотности измеряемой жидкости частота отклоняется в ту или иную сторону от оптимальной, Нс1ходясь на плоском линейном участке экстремума функции чувствительности. Выбирая несмешивающие жидкости 9 с температурным коэффициентом : и жидкость 10 с температурным коэффициентом о , причем / , получают компенсацию температурных погрешностей следующим образом, при увеличении температуры на удельный вес измеряемой жидкости У уменьшается согласно соотношения ,. , - где V - удельный вес при начальной температуре; О( - коэффициент температурного расширения измеряемой жидкости;t - температура жидкости. При этом частота колебаний резонатора уменьшается, однако за счет расширения жидкостей 9 и 10, заполняющих сильфоны 7 и 8 и камертон 11, перемещается на величину N, вверх, масса резонатора растет на величину 4/ f //r4/:/ 1, () и тем самым компенсирует температурную погрешность в случае, если VL ДМ;,{, что достигается соответствующим выбором величин d. В плотномере путем выбора плотностей/ заполняющих жидкостей так, чтобы частота колебаний камертона находилась в диапазоне его максимальной чувствительности, расширяют диапазон измерения плотности.

Путем выбора жидкостей с различными коэффициентами температурного расширения компенсируют температурную погрешность плотномера.

Формула изобретения

Камертонный плотномер для жидких сред, содержащий датчик в виде сдвоенного трубчатого камертона, систему возбуждения колебаний и измеритель

частоты, отличающийся тем, что, с целью цовышения точности измерения, камертон укреплен вертикально ножками в герметичном корпусе, выступсцощие части ножек снабжены сильфоном, камертон и сильфоны заполнены двумя несмешивающимися жидкостями с границей раздела посередине камертонов, при этом днища сильфонов расположены в противоположные стороны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №486247, кл. G 01 N 9/32, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР №396590, кл. G 01 N 3/32, 1970.