Гидростатический плотномер Советский патент 1981 года по МПК G01N9/26 

Изобретение относится к технике измерения плотности жидких сред гидростатическим методом и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Известен гидростатический плотномер жидкости с автоматической температурной компенсацией, чувствительный элемен которого выполнен в виде блока сильфоно малой жесткости и равных эффективных площадей, причем сильф.оны установлены в различных точках Г-образного участка трубопровода, Узел вывода разносП irepe метений днищ (к датчику контроля перем щений) состоит из двух сильфонов, соединенных между собой диском и стойкой, помещенных в полость нижнего измерительного сильфона И. Недостатком известного плотномера является его низкая чувствительность вследствие трения в механизме передачи перемещения днищ сильфсжа. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидроста тический плотномер,в котором датчик перемещений выполнен в виде двух цилиндрнческих электродов, укрепленных внутри корпуса-электрода, на котором расположены вертикально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждого из которых расположен шток, одним концом закрепленный к днищу сильфона, а другой конец которого, выполненный из диэлектрика; расположен между электро- , дами датчика перемещений. Для компенсации температурных изменений плотности жидкости, параллельно датчику перемещений, включен конденсатор. Этот конденсатор состоит из корпуса-электрода, на котором с внещней стсроны расположено кольцо из диэлектрика, а на кольце закреплен внещний электрод 2. Недостатками плотномера является то, что база прибсра (расстояние между /Ши- щами йильфонов) определяется длиной корпуса-электрода и не может быть бперагивно изменена, при настройке плотномера или переходе на другой диапазон из38 .мерения, гак как это требует реконструкции плотномера. Другим недостатком пло номера является то, что в узком диапазо не изменения плотностей (О-ЮО кг/м), вследствие уменьшения хода сильфонов. Снижается чувствительность плотномера. Цель изобретения - упрощение перестройки базы плотномера и повьпиение ег чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что гидростатический плотномер, содержащий блок сильфонов малой жесткости и равньк эффективных площадей, состоящий из корпуса, с расположенными на не днищами в противоположные стороны силь фонами, .и цилин/фического емкостного преобразователя перемещений, образованного наружным и внутренним электроДами, с установленными между ними диэлектриком, а также штоков, соединяющих днище сильфонов с элементами-преобразо вателя, дополнительно снабжен вторым блоком сильфоноБ,расположенным параллельно первому блоку и соединительной штангой, причем блоки сильфонов установлены на концах штанги перпендикулярno ее ocи при этом штоки в каждом блоке соединены с соответствующими электродамипреобразователей, внутренние электроды которых покрыты диэлектриком, а электроде преобразователей выполнены в виде телескопических трубок. Кроме этого, днища сильфонов нижнего блсжа выполнены биметаллическими с (тивйым слоем обращенным вовнутрь. На чертеже схематично изображен v предлагаемый гидростатический плотномер Плотномер содержит два блока сильфонов расположенных на штанге 1, причем блок сильфонов крепятсяк штанге {представля ющей трубу) с помощью разьемов 2 и 3, установленных на выполненных из диэлект рика цилиндрических корпусах 4 и 5 этих бяоков. Оси блоков И Qj-0 параллельны между собой и перпендикулярны оси m - т штанги. Верхний блок состоит из корпуса и ук репленных на нем сильфонов 6 и 7 малой жесткости н равных эффективных площадей. К днищам этих сильфонов с помощью штоков 8 и 9 укреплены электроды Ю и 11, представляющие собой полностью введенные друх- в друга коаксиальные цилиндры, причем наружная поверхность внутреннего цилиндра 10 покрыта диэлектриком 12. Шток 9, соединяющий наружный электрод с днищем сильфона 7, выполнен так, чтобы при сжатии блока 75 внутренний электрод перемещается в гфостранство за наружным электродом 11. Электрический контакт с электродами верхнего блока осуществляется с помощью контактов 13 и 14, выполненных в виде колец, установленных внутри корпуса и имеющих электрический контакт с сильфонами 6 и 7 в местах их закрепления. Второй блок снльфонов плотномера состоит из диэлектрического корпуса 4, с укрепленными на нем сильфонами 15 и 16, днища которых 17 к 18 выполнены биметаллическими и обращены активным слоем во внутрь. К днищa : с помощью штоков 19 и 2О, укреплены, полностью выведенные друг из друга, цилиндрические, коаксиально расположенные электроды 21 и 22, причем наружная поверхность внутреннего электрода 21 покрыта диэлектриком 23. Шток 19 внутреннего электрода установлен так, что он не мешает введению цилиндрических электродов 21 и 22 друг в друга. Электрический контакт с электродами ареобразовагеля осуществляется через токопроводные кольца 24 и 25. Датчик плотномера монтируется в емкодти с помощью трубки 26, которую проходят соединительные провода и внутренние полости блоков сильфонов сообщаются с атмосферой. Плотномер-работает следующим образом. При вертикальном-погружении плотномера с помощью трубки 26 в емкость с контролируемой жидкостью, на днища блоков сильфонов оказывает давление гидростатический столб контролируемой жидкости высотой. I) до центра днищ сильфонов 6 и 7 верхнего блока и высотой +- Ь До центра днищ сильфонов нижнего блрка. Причем при горизонтальном расположении осейблоков сильфонов относительные перемещения электродов Ю, 11 и 21, 22 под действием давления 9V Ра 97СЧн;, соответственно составляют е,. а AQ-RM e.,V где е.. t-, -относительные перемещения электродов 10,11 и / 21,22 соответственно; -перемещение каждого из сильфонов 6 и 7 верхнего и каждого из сильфонов 15 и 16 нижнего блока соответственно; - плотность контролируемой жидкости; -база прибора (расстояние между центрами днищ сильфов ов блоков); ЭФ - эффективная площадь силь,фонав 6,7,15 и 16; -9,81 м/с - ускорение свободного падения; -толщина стенки гофра; -модуль упругости материала сильфонов; h - число гофр; K - н аружный диаметр сильфонов;Ад - расчётный коэффициент, зависящий, от отношения ,.. При относительном перемещении, под действием гидростатического давления контролируемой жидкости электродов 10 и 11, емкость С , образованного ними и диэлектриком 12, конденсатора уменьшается согласно соотношению 0,5fo-(e-e-,) :еиЖ±ж:: „ аа

где

-внутренний диаметр элект арода 11, см;

(-толщина диэлектрика ,CM

-наружный диаметр электрода 10 см;

ё - диэлектрическая проницаемость диэлектрика 12; -, - длина электродов, см; 6 - емкость преобразователя верхнего сильфонного бло;ка,пф.

Одновременно с уменьшением емкостй С, в результате действия гидростатнческого столба контролируемой жидкости на нижний блок сильфонов, происходит встречное перемещение электродов 21 и 22, в результате этого емкость преобразователя, образованного этими электродами и диэлектриком 23, увеличивается согласно соотнотыению

0,56-62.

(4)

.e.,en

аа

cl,

где С, - емкоСть преобразователя образованного электродами 21, 22 и диэлектриком 23. Остальные размеры электродов 21, 22 и диэлектрика 23 и их обозначение такие же как у электродов 10, 11 и диэлектрика 13. 823975 вер чен пре По (1 зов г. - вве

перепишем (6/) в виде

С A + B-f.(7)

Из выражения (7) видно, что суммарная емкость преобразователя линейно зависит от плотности исследуемой жидкое-

ти, а чувсгБИтельность датчика плотно- .. мера ( - - В) в два раза превышает чувствительность известного датчика за счет в двое больших встречных перемещений электродов 10,11 и 21,22.

Для изменения базы L плотномера необходимо снять штангу 1 с разьемрв 2,3 и установить на ее место другую штангу, требуемой длины. Указанкая операция занимает не много времени н поз-

воляет выбором длины штангн 1 оперативно настроить датчик .плотномера на любой диапазон измерений. Для компен-сации температурных изменений плотносгк в плотномере предложено использовать

в нижнем блоке снльфонов 15 и 16, биметаллические днища 17 и 18 с активным слоем вовнутрь блока, работа ко-торых осуществляется следующим образом.

При увеличении температуры контролируемой среды, суммарная емкость преобразователя уменьшается, вследствие уменьшения плотности среды, однако ак6к как преобразователи перемещений его и нижнего блока сильфонов вклюпараллельно, то суммарная емкость разователя составляет o,5fo-ce+(ea-e)l - еп-й1± : 4е„. еc5t.d +l-d(5) соотношения. авив в выражение и (2) для В и е 2 после преобраий получаем 0.. . . ия J. л 11лЛ„Ч а +а-ся3 l-cобозначения .e,3,j2:±4en. .,za-n1 .H-25- en- 6ta.- d78 тивный ся1Ой днкщ 17 и 18 расширяясь, больше чем пассивный, пр гибается, перемещает электроды 21 с помощью штсжов 19 и 2О, навстречу друг другу, что приводит к увеличенюо суммарной ёмкости преобразователя и компенсирует температурное изменение плотности контролируемой жидкости. . Гащэостатическйй плотномер жидкости позволяет оперативно производить перестройку базы плотномера и повысить его чувствительность. Кроме этого, выпоиненне датчика плотномера в виде двух конструктивно обособленных блоков упрощает его ремонт и эксплуатацию. Формула изобретения 1. Гидростатический плотномер, содержащий блок сильфсшов малой жесткости я равных эффективных площадей, состоящий из. корпуса, с расположенными на нем днищами в противоположные стороны снль фонами, ицилиндричес1сого емкостного преобразователя перемещений, образованного наружннк и внутренним электродамИ с установленным-между ними Диэлектри5ком, а также штоков, соединяющих днище сильфонов с элементами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения перестройки базы пло тномера и повышения его чувствительности, плотномер дополнительно снабжен вторым блоком сильфсжов, расположенным параллельно первому блоку и соединительной щтангой, причем блоки сильфойов установлены на концах щтанги пер- перпендикулярно ее оси, при этом штоки в каждом блоке соединены с соответствующими электродами преобразователей, внутренние электроды KOTqjbK покрыты диэлектриком, а электроды преобразователей выполнены в виде телескопических трубок. 2. Плотномер по п. 1, .о т л и ч а ю щ и и с я тем, что днища сильфонов нижнего блока выполвгень биметаллическими-с активным слоем, обращенным вовнутрь. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 177142, кл. Q 01N 9/26, 1964. 2.ABTqjcKoe свидетельство СССР по заявке № 250929О,. кл. Q 01 N 9/26, 1977.