Вибрационный плотномер жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N9/00 

(54) ВИБРАЦИОННЫЙ ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ

I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и. может использоваться при измерениях плотности жидкости.

Известен вибрационный плотномер, содержащий сосуд с исследуемой средой и механический колебательный элемент 1.

Однако плотномер имеет низкую точность измерений, обусловленную влиянием вязкостных свойств контролируемой жидкости на гидравлическое сопротивление колебательного элемента.

Наиболее б.лизкий к предлагаемому вибрационный плотномер содержит сосуд с измеряемой средой, механический резонатор в виде пластины и экрана также плоской формы, связанный с резонатором, регулируемый по частоте возбудитель колебаний и датчик колебаний резонатора 2.

Недостатком плотномера является низкая точность измерений, обусловленная влиянием вязкостных свойств контролируемой жидкости на гидравлическое сопротивление колебательного элемента. /

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в вибрационном плотномере жидкости, содержащем емкость, механический резонатор, датчик Колебаний и регулируемый возбудитель колебаний резонатора, емкость жестко связана с возбудителем колебаний резонатора, который выполнен упругим и объемно сжимаемым, причем плотность жидкости, резонансная, частота колебаний резонатора и конструктивные параметры плотномера связаны соотношением

К,

--гг

fz-Kj

Р - определяемая плотность

где

жидкости;

f - резонансная частота колебаний резонатора;

Кч п8Ра/4зг УН - постоянные коэффициенHK2 hSg/47r2V ты;

гдеп - показатель политропы

заполняющего резонатор газа;

S - площадь поперечного сечения емкости;

РО - давление газа над свободной поверхностью жидкости; V - объем газа в резонаторе h - глуоина погружения резонатора;g - ускорение свободного падения. Вибрационный плотномер схематически изображен на чертеже. Плотномер содержит емкость 1, целиком или частично заполненную исследуемой жидкостью 2 и жестко связанную с возбудителем 3 колебаний. Емкость 1 имеет возможность возвратно-поступательного движения и содержит механический резонатор 4, выполненный в виде объемно-сжимаемого упругого тела, например, газонаполненного шара с эластичными стенками. В жидкости преимущественно на уровне расположения резонатора 4 размещен датчик 5, изготовленный, например, из пьезокристалла и выполняющий функции преобразователя гидродинамического давления жидкости в электрический сигнал переменного тока. Выходная цепь датчика 5 соединена со входом усилителя-милливольт, метра 6 и затем - с частотомером 7. Устройство работает следующим образом. При включении возбудителя колебаний стол вибростенда 3, а также емкость 1 и соWIL/1/I DflVyi/VJ - П .LlCl Л I V., держащаяся в ней жидкость 2 соверщают колебательные периодические движения, например, в вертикальной плоскости (показано стрелками). Вибрации жидкости передаются резонатору 4, который начинает соверщать радиальные пульсации, при которых объем резонатора 4 периодически, с частотой внещних воздействий изменяется благодаря сжимаемости стенок резонатора 4 и газа, его заполняющего. При совпадении частоты внещних воздействий с собственной частотой колебаний резонатора 4 наступает резонансный режим, сопровождающийся резким возрастанием (в 10-15 раз) амплитуды пульсаций. Пульсационные движения резонатора 4 вызывают пропорциональное увеличение гидродинамического давления жидкости в окрестности резонатора 4. Давление преобразуется датчиком 5 в электрическое напряжение переменного тока, которое усиливается усилителем 6. Частота электрического сигнала фиксируется частотомером 7. Измерение частоты вибраций может дополнительно производиться посредством акселерометра, обычно устанавливаемого на столе виброст нда. Для измерения плотности жидкости, плав- 50 где но изменяя частоту возбудителя 3 колебаний при неизменном ускорении вибраций, находят режим движений, при котором показания милливольтметра б имеют максимальное значение. В этом режиме фиксируют показания частотомера 7. по которым судят о плотности жидкости. Оценка плотности как функции и измеренной резонансной частоты и конструктивК, Ki ных параметров механической колебательной системы может быть произведена по следующему соотнощению; где - плотность жидкости; К., nSPa/4T Vh - постоянные коэффициенKj. nSg/4s-2V ты; п - показатель политропы для газа, заполняющего резонатор (п 1 -1,4 для воздуха); V - объем газа в резонаторе, h - глубина погружения резонатора, м; S - площадь поперечного сечения емкости, RI-давление газа над свободной поверхностью жидкости, g - ускорение свободного падения, f - резонансная частота пульсационных колебаний резонатора, Гц. Из приведенного выражения видно, что реализуемом колебательном процессе участ/ массовые силы, а силы вязкого трения и температура жидкости не влияют на результат измерений. Таким образом, предлагаемое техническое рещение дает преимущество, выражающееся в повыщенной точности измерений. Устройство отличается простотой схемно-конструктивного рещения, удобством в пользовании и возможностью применения в условиях малых и сильных гравитационных полей. Формула изобретения Вибрационный плотномер жидкости, содержащий емкость, .механический резонатор, датчик колебаний и регулируемый возбуди колебаний резонатора отличающийся гг-т тем, что, с целью повышения точности измерений, емкость жестко связана с возбудителем колебаний резонатора, который выполнен упругим и объемно сжимаемым, причем плотность жидкости, резонансная частота колебаний резонатора и конструктивные параметры плотномера связаны соотнощением . J -ПЛОТНОСТЬ жидкости; f - резонансная частота колебаний резонатора; Pa/4. - постоянные коэффициенg/4Jr2V ты; п - показатель политропы для заполняющего резонатор газа; S - площадь поперечного сечения емкости;