Поплавковый плотномер Советский патент 1980 года по МПК G01N9/12 

f

Изобретение относится к устройст вам для измерения плотности жидкостей.

Известно устройство для измерения плотности жидкостей с использованием полностью погруженных поплавков,подв.ешенных на оси вращения,которая смещена относительно центра выталкивания и центра тяжести поплавка в одну сторону.

Сущность измерения плотности указанными устройствами заключается в уравновешивании вращающего момента сил выталкивания жидкости, IS действукнцих на поплавок, моментгиии электромагнитной, пневматической силы или маятниковым моментом, соэдавае дм за счет смещения центра ,тяжести поплавка ниже оси его вра- 20 щения. Уравновеишвакидие июм&кгы в этих случаях пропорциональны углу отклонения поплавка от среднего положения ij.

Известен также поплавковый плотно-25 мер,содержащий продолговатый поплавок, подвешенный на оси вращения со смещением относительнр центра тяжести. и центра выталкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнгши- 30

затор наклона поплавка, коммутатор и интегратор тока 23.

Недостатком этого плотномера 5 ягвляется невозможность применения устройств, использУюошх этот способ измерения, на подвижных объектах, так как они чувствительны к механическим воздействиям (вибрации, качtO не, ускорению}. Погрешность, возникахицая при этом, обусловлена различной физической природой находящихся в равновесии сил: с одной стороны - силы вытгшкивания жидкости которая определяется ускорением земного тяготения, а такАе суммирукяцимися с ним ускорениями от механических воздействий, и с другой стороны - пневматической или электромагнитной силы, изменениями которой устройство реагирует на каждое изменение сила выталкивания, в том числе и на ту составляющую силы, которая вызвана механическим воздействием. Поскольку уравновновешивающая сила или момент этой силы является мерой плотности, то появление составляющей силы, обусловленной механическим воздействием, эквивалентно появлению погрешности.

Измерение плотности жидкости прозводится путем уравновешивания враающего момента силы выталкивания полавка маятниковым моментом смещенноо вниз от продольной оси центра тяести. Маятниковый момент возникает при отклонении продольной оси поплавка от горизонтали. Величиной, пропорционашьной плотности, считают угол наклона поплавка. Настройка поплавка на разные диапазоны измерения плотности производится неавтоатическим перемещением по продоль- , ной оси тарировочного груза, располоенного внутри поплавка.

Применение подобных устройств на подвижных объектах ограничено следующими, недостатками.

Использование маятникового момента для уравновешивания сил выталкивания приводит к появлению погрешностей при боковых ускорениях и наклонах резервуара с контролируемой жидкостью вокруг-ОСИ, параллельной оси вращения поплавка, так как при этих воздействиях поплавок стремится сохранить неизменное Положение относительнр направления кажущегося ускорения, а отсчет положения поплавка производится относительно резервуара с контролируемой жидкостью, жестко связанного с объектом.

Угол поворота поплавка, используемый в качестве меры плотности,имеет нелинейную, а именно тангенциальную, зависимость от плотности контролируемой жидкости, что ограничивает диапазон измерения и ухудшает чув-, ствительность прибора вблизи границ диапазона.

Целью изобретения является повышение устойчивости плотномера к механическим воздействиям.

Поставленная цель достигается тем, что устройство уравновешивания . поплавка выполнено в виде размещенной вдоль оси поплавка камеры,заполненной электролитом и снабженной в торцах электродами, соединенными с интегратором тока и подключенным к источнику тока через коммутатор, который соединен с сигнализатором наклона поплавка.

По существу уравновешивающее устройство представляет собой обратиГМУГО электрохимическую ячейку,произ, водящую реверсируемый перенос металла электродов из одного конца поплавка в другой. Реверс переноса металла электродов осуществляется переменой полярности подводимого к электродам электрического напряжения, которая производится по сигналам сигнализатора наклона поплавка.

Мерой плотности является алгебраическая сумма количества электричества, пропускаемого через электрохими|Ческую ячейку в обоих направлениях, ;которая может быть зарегистрирована

нтегратором тока (счетчиком Амперчасов) .

На фиг. 1 предоставлена схема оплазкорого плотномера с электрохиическим уравновешивающим устройством; на фиг. 2 - блок-схема поплавкового плотномера.

Плотномер (фиг. 1) состоит из родолговатого поплавка 1, подвешенного на оси 2 и полностью погруженного в контролируемую жидкость. Попавок имеет избыточную отрицательную плавучесть, но избыток отрицательной плавучести компенсируется реакцией опоры оси поплавка так, что свободный конец его .на {Ьдится в жидкости во взвешенном состоянии.

Внутренний объем поплавка разбит горизонтальной перегородкой 3 на две герметичные камеры 4 и 5. Камера 4 заполнена воздухом и служит для частичной компенсации избыточной отрицательной плавучести поплавка. В камере 5 расположено уравновешивающее устройство, состоящее из двух электродов 6 и 7, расположенных у торцовых, стенок поплавка, и электролита, заполняющего пространство между электродами.

Жестко с поплавком связан сигнаизатор 8 наклона, который может быть размещен внутри или снаружи поплавка.

В качестве сигнализатора наклона может быть использован жидкостный маятник, который широко применя- ется в гидроскопии.

Корпус маятника выполнен из полой стеклянной трубки, имеющей форму тора, в стенке KOTOpqro впаяны три металлических контакта. Один из них является центральным, по отношению i к нему боковые контактырасполагаются симметрично, на одинаковых расстояниях от центрального контакта. Внутренняя полость тора частично заполнена токопроводящей жидкостью, постоянно контактирующей с центральным электродом, а с боковыми электродами только при наклонах тора вокруг .его оси.. Для демпфирования колебаний токопроводящей жидкости остальнаячасть внутренней полости тора заполнена неэлектропроводящей жидкостью Меньшего удельного веса. Жидкостный маятник имеет типичную релейную реверсивную трехпозиционную характеристику с зоной нечувствительности.

Сигнализатор наклона (Фиг.2) соединен с коммутатором 9 тока , работой которого он управляет. Коммутатор тока предназначен для подключения электродов уравновешивающего устройства к источнику 10 постоянного то- . каЛолярность подключаемого напряжения источника тока зависит от направления наклона поплавка. Коммутатор тока может быть собран на коммутирующих элементах любого типа, например на электромагнитных реле.Последователь в цепь с электродами 6 и 7 .включен интегратор 11 тока (счетчик Амперчасов), являкягщйся показываквдим пр бором измерительного устройства, ко торый регистрирует суммарное количество электричества, пропущенного через электроды уравновешивающего устройства. Причем пропускание тока в том направлении, которое ведет к уравновешиванию поплавка при увеличении плотности, увеличивает показания интегратора, а уравновешивание на меньшую плотность уменьшает. В качестве интегратора тока может быть использован реверсируемый счетчик Ампер-часов любого типа (электрохимический или электромеханический ), а также реверсируемый интегратор времени, регистрирующий время протекания тока в том и другом направлениях. Для осуществления электрохимичес кого массопереноса в предлагаемом уравновешивающем устройстве может быть применен один из процессов, широко применяемых в гальванотехнике. Поскольку гальванический процесс осуществляется в замкнутом объеме поплавковой камеры, необходимо режи электролита выбрать так, чтобы выход по току был равен единице, т.е чтобы при электролизе не происходило выделения водорода. Электропитание уравновешивающего устройства датчика и сигнализатора наклона осуществляется с помощью гибких токопрдврдов,, изоляция которых должна вьщерживать длительное воздействие окружакяцей среды без повреждений. При .изменении плотности контрол руемой жидкости поплавок датчика 1 отклонится в ту или другую сторону от горизонтали. При этом сигнализатор 8 наклона выдаст сигнал на ком мутатор 9 тока, который подключит электроды уравновешивающего устрой ства к источнику 10 тока.Причем под ключение произойдет в такой поляруости, что тот электрод, который становится выше по отнсяиению к другому электроду при наклоне поплав ка, становится анодом. При этом начнется элeктpoxи taчecкoe раство рение катода, перенос ионов металла через электролит и электроосаждение ионов металла на аноде. За счет электрохимического переноса металла электродов из одного конца поплавка в другой будет смещаться центр тяжести поплавка. Масса металла, перенесенного при электролизном процессе,определяется законом Фарадея: .г, где К - электрохимический эквивалент металла электродов; Л - ток; Ч - выход по току; t - длительность электрохимического процесса; причем вес перенесенного металла равен: Р. т где - ускорение земного тяготения. Перемещение металла будет производится на величину расстояния и при этом между электродами возникнет вращаоощий момент, который эквивалентен изменению момента при перемещении центра тяжести поплавка на величину t: 1 (3) -Подставив в это уравнение выражения (1) и (2) с учетом выражения (З) и решив уравнение относительно 3t, получим: VL . где Р - плотность измеряемой жидкости;V - объем поплавка. Это выражение является градуировочной характеристикой устройства для измерения плотности, в котором н качестве показывающего прибора использован реверсируемый интегратор 11 тока (счетчик Ампер-часов), включенный последовательно в цепь с электродами 6 и 7. Если решить уравнение 4 относительно t, т.е. а.к. то получим градуировочную характеристику устройства для измерения плотности, в котором в качестве показывающего прибора использован реверсируемый интегратор времени. В этом случае ток электролиза необходимо стабилизировать. Предлагаемый плотномер может быть применён для контроля плотности как жидких, так и газообразных продуктов. Линейность градуировочной характеристики создает предпосылки для увеличения точности измерительных устройств, а также облегчает введение поправок к плотности, например, по температуре и давлению. Нечувствительность к механическим воздействиям устройств, реализующих данный способ, снижает требования к их установке и эксплуатации в стационарных заводских условиях, а также дает возможность применять их на подвижных объектах, например, для контроля плотности электролита в судовых аккумуляторных батареях, что позволяет оптимизировать процесс эксплуатации и значительно повысить срок службы батарей, в насто ящее время приборы подобного наэна-чения насудах отсутствуют.

Предлагаемое уравновешивающее устройство потенциально обладает очень высокой разрешающей способностью, т.е. возможностью очень малой дозировки и точного измерения силы при возможности дистанционного проведения уравновешивания и измерения, что также создает предпосьш- , ки для повышения точности измерительных устройств.

Формула изобретения,

ЯЬплавковый плотномер,содержащий продолговатый поплавок, подвешенный на оси вращения со смещением относительно центра тяжести и центра вЫ талкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнализатор наклона поплавка, коммутатор и интегр.ор тока,о т.личаюиийся тем,что,с целью поЁышения устойчивост плотномра к механичес1 ймвоздейстнилм устройство уравновешивания поплавка выполнено в виде размещенной вдоль оси поплавка камеры, заполненной электролитом и снабженной в торцах электродами, соединенными с интегратором тока и подключенными к источнику тока через коммутатор, который соединение сигнализатором наклона поплавка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Глыбин И.П. Автоматические плотномеры. Киев, Техника, 1965, с. 30.

2.Патент США № 3455169,

кл. 6 01 N 9/30, 1969 (прототип).