Поплавковый датчик плотности Советский патент 1982 года по МПК G01N9/12 

(54) ПОПЛАВКОВЫЙ ДАТЧИК ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к технике , измерения физических характеристик веществ, в частности плотности жидких сред, и может найти применение в плотномерах и корректорах плотности, где в качестве первичных преобра зователей (датчиков) плотности испол зуются шарообразные поплавки погруже ного типа, а также может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, например в микробиологической промышленности при измерении плотности химических реагентов в процессах ферментации. Известны устройства для измерения плотности жидких сред с полностью погруженным поплавком в виде шара, связанного с сердечником дифференциальной катушки индуктивности 1. Недостатком указанных устройств является то, что при колебаниях температуры контролируемой среды изменя ется от нагревания или охлаждения объем поплавков. Изменение объема поплавка вызывает соответственно увеличение или уменьшение выталкивающей архимедовой силы, в результате чего поплавок всплывает или погружается на определенную глубину, внося тем самым погрешность в измерение плотности. Известен поплавковый датчик плотности с автоматической температурной компенсацией, содержащий тонкостенный шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне, и термокомпенсатор. Шаровой поплавок датчика полностью залит эталонной жидкостью и связан трубчатым плечом с центральным герметичным сосудом, установленным на призмах. Эталонная жидкость внутри поплавка, приобретая температуру контролируемой жидкости, расширяется или сжимается. При повышении температуры расширяющаяся жидкость переходит частично в центральный сосуд. Изменение количества жидкости в центральном сосуде не олия3Эет на равновесие системы, а в измери тельном поплавке меняется истинный вес, который компенсирует температур ны изменения плотности 21. Однако при резких (скачкообразных изменениях температуры контролируемой среды поплавковый измеритель плотности не в состоянии быстро отре агировать на это, особенно в двиисущемся потоке, так как всякая жидкость является средой, инерционной. Поэтому для ее нагревания или охлаждения необходимо определенное время которое во много раз больше, чем у теплопроводных материалов, например металлов. Это обстоятельство приводи к искажению информации об истинном изменении плотности контролируемой среды, в особенности при резких температурных колебаниях за короткий промежуток времени. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения быстродействия термокомпенсации поплавковых датчиков плотноети. Поставленная цель достигается тем, что в поплавковом датчике плотности, содержащем тонкостенный шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне и термокомпенсатор термокомпенсатор выполнен в виде тя расположенных внутри шара одни концы которых соединены общим шарниром со стержнем, входящим через уплотнение внутрь шара, а другие концы тяг соединены со стенками шара посредством шарниров, лежащих в плоскости его большого круга перпендикулярно оси стержня, причем тяги выполнены из материала с малым коэффициентом линейного расширения, а шар сделан из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем тяги. . Размещением тяг внутри поплавка в описанной совокупности обеспечивается температурная силовая компенсация. Теплопроводный тонкостенный шар, воспринимая изменение температуры контролируемой жидкости, быстро изменяет свой объем. Изменение объема заставляет тяги втягивать (при нагревании) стержень или выходить (при охлаждении) из шара, компенсируя тем самым перемещение поплавка (всплытие или погружение) при измеНении величины архимедовой выталкивающей силы. Поскольку тяги выполнены с коэффициентом линейного расш рения, близким к нулю, то изменение температуры контролируемой среды практически не оказывает влияния на их линейные размеры, что исключает образование погрешностей измерения по указанной причине. На фиг. 1 изображен поплавковый датч11К, разрез; на фиг. 2 и 3 схемы, поясняющие принцип термокомпен сации поплавковым датчиком. Поплавковый датчик мгновенного действия состоит из тонкостенной оболочки, выполненной в виде шара 1 из материала с большим коэффициентом линейного расширения, например сплава МНМц ДО-1 ,5 ( О-16x1 ) . Внутри шара в одной плоскости и под углом к его осям симметрии расположены тяги 2. Тяги общим шарниром 3 связаны со стержнем 4, входящи внутрь шара через герметизирующее уплотнение 5- Противоположные концы тяг прикреплены к стенкам шара посредством шарниров 6. Тяги 2 выполнены из материала, имеющего очень малый коэффициент линейного расширения, например сплава Инвар-ЗбН ( ,51 0 ). В схемах с индуктивными вторичными преобразователями плотности (фиг. 2) к стержню k крепится сердечник 7 дифференциальной катушки 8 индуктивности. В объемных счетчиках жидкости тяги шариирно (по аналогии со стержнем k) соедин яются с рычагом, связанным с чувствительным упругим элементом (вторичным сильфонным преобразователем). Поэтому работа их не рассматривается. Автоматическая термокомпенсация осуществляется следующим образом. С помощью системы магнитной силовой компенсации поплавок, погруженный в контролируемую жидкость, пр. веденную к нормальной температуре, устанавливается в положение нулевой плавучести. При изменении температуры жидкости, например ее увеличении, шар 1 принимает ее температуру, благодаря чему изменяет свой объем в сторону увеличения и преобретает избыточную плавучесть. Шар под действием выталкивающей силы перемещается вверх на расстояние . Однако увеличение объема шара приводит к растяжению тяг 2, которые, выпрямляясь по отношению друг к другу, втягивают стержень k внутрь на расстояние, равное аh (фиг. З), т.е. никакое перемещение сердечника 7 относи5 9 тельно магнитной нейтрали MN катушки 8 индуктивности не наблюдается. Происходит компенсация температурных изменений поплавка. Аналогично проте кает термокомпенсация при уменьшении температуры контролируемой среды. Уменьшение объема шара 1 приводит к уменьшению архимедовой силы, а вмест с этим к погружению поплавка на глубину 4 h и соответствующему перемещению стержня 4 вверх на расстояние Ah. Компенсационное перемещение стерж ня k при температурных изменениях жидкости (а следовательно, шара) соблюдается в рабочем диапазоне измерений при определенном соотношении длин тягс1Ъ,Ьс, радиуса шара OtJ, : температурном коэффициенте расширения материала шара и плотности контролируемой среды, т.е. при определенном параметре соответствия. Использование предложенного датчика плотности в плотномерах с погруженным поплавком в поплавковых корректорах плотности и поплавковых весовых пересчетных устройствах к объемным счетчикам жидкости обеспечивает достоверность измерений пло ности контролируемых сред при резких и частых температурных перепадах за счет быстрой реакции системы термокомпенсации датчика на эти изменения, а это обеспечивает своевремен ность поступающей на вычислительные устройства информации - важного 16 фактора, определяющего качественное регулирование непрерывного технологического процесса. Формула изобретения Поплавковый датчик плотности, содержащий шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне, и термокомпенсатор, о т г1 и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности измерений за счет увеличения быстродействия термокомпенсации, термокомпенсатор выполнен в виде тяг, расположенных внутри шара, одни концы которых соединены общим шарниром со стержнем, входящим внутрь шара, а другие концы тяг соединены со стенками шара посредством шарниров, лежащих в плоскости его большого круга перпендикулярно оси стержня, причем шар выполнен из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем тяги. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Викторов В.А. Лункин Б.В. Измерение количества и плотности различных сред. М., Энергия, 1973, с. 2.Вотлокин Б.З. Автоматическое измерение протекающей жидкости.- Заводская лаботатория, 1959 № 9. с. 1211-1215 (ПРОТОТИП).

/j////