Измеритель плотности Советский патент 1981 года по МПК G01N9/02 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к технике измерения плотности жидких веществ и может быть использовано в устройствах для измерения уровня и ..плотности, а также в замкнутых системах регулирования. Известен датчик плотности, в котором получаиот на выходе зависимости частоты поперечных колебаний струны от изменения плотности среды 1 . Недостаток устройства состоит нелинейности зависимости частоты поперечных колебаний струны на его выходе от плотности среды. Кроме того, применение устройства требует дополнительных преобразователей, что снижает точность измерения и усложняет аппаратуру, а также ограничивает область применения.. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель плотности, содержащий аре метрическое тело, закрепленное на конце рычага, на другом конце которого установлен противовес, и чувствительный элемент в виде струны, н находящейся в поле постоянного магни та, один конец которой закреплен неподвижно, а второй - прикреплен к ры чагу {21.. Недостатками данного устройства являются большие габаритные размеры, необходимость балансировки, а также нелинейная зависимость частоты поперечных колебаний струны на его выходе от плотности. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет линеаризации зависимости частоты колебаний струны от плотности. Поставленная цель достигается тем, что в измерителе плотности, содержащем ареометрическое тело и чувствительный элемент в виде струны, находящейся в поле постоянных магнитов, чувствительный элемент помещен в цилиндрический полый корпус, торцовые поверхности которого закрыты шайбами, одна из которых выполнена подвижной и соединена с ареометрическим телом, струна чувствительного элемента снабжена жестко скрепленными с ее концами пластинами эллипсоидной формы, соединенными: с двумя гибкими Элементами, концы которых жестко прикреплены к шайбам. На фиг.1 изображен предлагаемый измеритель, общий вид, на фиг.2 - графиг зависимости частоты колебаний струны на выходе измерителя от плотности среды. Измеритель плотности с частотным выходом состоит из плоской стальной струны 1, которая находится в поле постоянных магнитов 2 и концами в напряженном состоянии жестко (при по мощи сварки) закреплена совместно с концами эллипсоидных пластин 3, образуя чувствительный элемент. К образующей эллипсоида по его ма лой оси присоединены гибкие элементы (пластины) 4, которые концами прикре плены к нижней 5 и верхней б шайбам Верхняя шайба жестко соединена непосредственно с цилиндрическим корпусом 7, а нижняя свободно перемещается по его внутренней полости. К шайбе 5 при помощи тросика 8 подвешивается ареометрическое тело (поплавок 9 . Устройство работает следующим образом. На эллипсоидные пластины чувствительного элемента действует усилие Р Р, -РЗ, где Р, - усилие от действия ареометрического тела; Р - выталкивающая сила, действу ющая на ареометрическое тело при погружении в среду. В исходном состоянии измеритель при определенном весе ареометрического тела имеет на выходе собственную частоту колебаний струны л) , при этом усилия, действующие на его эллипсоидные пластины, следующие (при р„ о; Р PI Яп-9 п. где О - плотность материалаареометрического тела ; VP - объем ареометрического тел g - ускорение свободного падения. При погружений ареометрического тела в среду известной (эталонной) плотностью.выталкивающая сила, дейс вующая на ареометрическое тело,равнаPI РЭ Л-9 /пл где JJg - плотность известной среды. Л усилия, действующие на эллипсо идные пластины, следующие: р Р- -Р м э и на выходе датчика имеет место зав симость f (р ). Например, при увеличении плотнос ти среды, окружающей ареометрическо тело, величина действующего на него выталкивающей силы возрастает и рав на (при ) Ра J 9 п г где р - плотность среды. А усилия, воздействующие на элли соидные пластины,.уменьшаются, что приводит к увеличению собственной частоты поперечны колебаний струны измерителя, так как натяжение струн при этом увеличивается. Таким образом, в процессе работы измерителя с увеличением или уменьшением плотности измеряемой среды частота колебаний струны oJt на его выходе находится в обратно пропорциональной зависимости от силы Р, воздействующей на эллипсоидные пластины, и в пропорциональной, близкой к линейной, зависимости от выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело, а следовательно, и от плотности. Собственная частота измерителя плотности (уровня) при изменении плотности измеряемой среды изменяется согласно выражению t)iU)) 8Esin oi.(l + co&V)li у- О ь -cy-V Л 2kE-f i где |9 - коэффициент пропорциональности; - длина ненагруженной струны; g - ускорение свободного падения;PC - плотность среды; VP - объем поплавка; Е - модуль упругости; F - площадь сечения струны; D - диаметр площадки; h - толщина оболочки; а, - центральный угол, соответствующий приложению силы; TU - начальное натяжение пружины. Благодаря исключению рычажной системы и выполнению чувствительного элемента гибким (упругим), частота поперечных колебаний струны на выходе предлагаемого измерителя изменяется по закону, близкому к линейному. Это позволяет повысить точность измерений плотности среды, а также расширить область применения измерителей плотности, в частности применять их в замкнутых системах регули-. рования. Формула изобретения Измеритель плотности, содержащий ареометрическое тело и чувствительный элемент в виде струны, находящейся в поле постоянных Магнитов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет линеаризации зависимости частоты колебаний струны от плотности, чувствительный элемент помещен в цилиндрический полый корпус, торцовые поверхности которого закрыты шайбами, одна из которых выполнена подвиж:ной и соединена с ареометрическим телом, струна чувствительного элемента снабжена жестко скрепленными с ее концами пластинами эллипсоидной формы, соединенными с двумя гибкими элементами, концы которых жестко прикреплены к шайбам.

S

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 525005, кл.С 01 N 9/00, 1976.

№ 577423, кл.С 01 N 9/02, 1973 (прототип)-.