Устройство для измерения плотности жидкости

 

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для измерения плотности жидкости, например плотности нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения: устройство содержит трубчатый резонатор, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены пьезопреобразователи, выполненные в виде кольцевых пьезопластин, соединенных либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником ультразвуковых колебаний. Трубчатый резонатор загерметизирован с одного торца, погружаемого в резервуар с жидкостью. Один пьезопреобразователь, связанный выводами с приемником, укреплен на внутренней поверхности резонатора у загерметизированного конца, а другой пьезопреобразователь, связанный выводами с генератором, укреплен на внешней поверхности резонатора выше места его крепления с резервуаром через изолирующую прокладку. По обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пластины, причем пьезопластины и пластины склеены между собой по торцовой поверхности и приклеены к резонатору по цилиндрической поверхности. 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам для измерения качественных параметров преимущественно жидких сред и может быть использовано для измерения плотности нефти и нефтепродуктов.

Известен погружной камертонный плотномер, датчик которого выполнен в виде полой трубки с заглушенным концом, внутри которой размещен камертон, жестко соединенный своими концами с металлическими сердечниками, образующими две пары полюсных наконечников постоянных магнитов с катушками [1] Две пары полюсных наконечников постоянных магнитов и усилитель образуют систему, которая возбуждает в камертоне на собственной частоте незатухающие колебания. Усилитель усиливает электрические колебания, поступающие с одной пары катушек и подает их на другую пару. Сигналы от усилителя сравниваются со стандартной частотой от кварцевого генератора. Мерой плотности газов является разность между частотами кварцевого генератора и камертона, фиксируемая частотомером.

Однако точность данного плотномера (0,5%) недостаточна, если использовать его при проведении учетно-расчетных операций товарной нефти на автоматизированных узлах учета нефти.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое устройство для контроля физических параметров жидкостей в трубопроводах, содержащее акустический измерительный преобразователь с внешними конусными волноводами и кольцевыми пьезопластинами, генератор возбуждающих импульсов, усилитель, блок селекции, два временных селектора, блок измерения отношения амплитуд и регистрирующий прибор [2] Недостатком этого устройства является сложность конструктивного и аппаратурного оформления.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения плотности жидкости, содержащем трубчатый резонатор, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены пьезопреобразователи, выполненные в виде кольцевых пьезопластин, соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником ультразвуковых колебаний, трубчатый резонатор загерметизирован с одного торца, погружаемого в резервуар с жидкостью, один пьезопреобразователь, связанный выводами с приемником, укреплен на внутренней поверхности резонатора у загерметизированного конца, а другой пьезопреобразователь, связанный выводами с генератором, укреплен на внешней поверхности резонатора выше места его крепления с резервуаром через изолируемую прокладку, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пластины, причем пластины склеены между собой по торцовой поверхности и приклеены к резонатору по цилиндрической поверхности.

Размещение возбудителя снаружи трубчатого резонатора и приемника внутри трубчатого резонатора делает конструкцию погружного измерительного преобразователя более технологической и способствует повышению точности измерения плотности, благодаря более стабильным характеристикам пьезопреобразователей и поддержанию частоты на возбудителе на определенном уровне.

Применение в качестве демпфера двух дополнительных пьезопреобразователей, размещенных по обе стороны с пьезопреобразователем, имеющим электрические выводы, также способствует повышению точности, хотя и возможно использование в качестве демпфера других элементов и приспособлений.

На чертеже показаны: сосуд 1, исследуемая среда 2, корпус 3 погружного вибрационного измерительного преобразователя, пьезопреобразователи 4-6, образующие возбудитель электромагнитных колебаний, электронный блок 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний, изолирующая прокладка 10; пьезопреобразователи 11-13, образующие приемник ультразвуковых колебаний и металлическая заглушка 14.

Средний пьезопреобразователь 5 возбудителя и средний пьезопреобразователь 12 приемника ультразвуковых колебаний при помощи проводов электрически связаны соответственно с генератором 8 электромагнитных колебаний и электронным блоком 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний.

Устройство для измерения плотности жидкости работает следующим образом.

При подаче напряжения от генератора электромагнитных колебаний на возбудитель, образованный пьезопреобразователями 4-6, приклеенными внутренними поверхностями к наружной поверхности корпуса 3, при работе устройства в корпусе 3 возникают ультразвуковые колебания, которые принимаются пьезопреобразователями 11-13, образующими приемник ультразвуковых колебаний, электрически связанный при помощи проводов с электронным блоком 9 для приема и обработки ультразвуковых колебаний.

Частота этих колебаний находится в пропорциональной зависимости от плотности контролируемой жидкости.

Для определения работоспособности предлагаемого устройства была использована нержавеющая трубка с внутренним диаметром 10 см и толщиной 0,5 мм, к внутренней поверхности которой возле заглушки были приклеены эпоксидной смолой тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 10 мм, внутренний 5 мм, толщина 4 мм), образующие приемник ультразвуковых колебаний, а тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 22 мм, внутренний диаметр 12 мм), образующие возбудитель электромагнитных колебаний, приклеены своей внутренней поверхностью к наружной поверхности нержавеющей трубки. К средним пьезопреобразователям были припаяны соединительные провода, а пьезопреобразователи без выводов приклеили эпоксидной смолой сбоку от пьезопреобразователей с выводами. Расстояние между возбудителем и приемником ультразвуковых колебаний составляло 70 мм.

На средний пьезопреобразователь 4, используемый в качестве возбудителя, подавались от генератора электромагнитных колебаний типа ГЗ-33 колебания для возбуждения трубки на собственной резонансной частоте 78603 Гц, причем в это время датчик устройства находился в воздухе. Затем последовательно в сосуд заливались различные жидкости бензин с плотностью 780 кг/м³, трансформаторное масло с плотностью 870 кг/м³ и вода с плотностью 1000 кг/м³. При этом частотомером ЧЗ/34 были зафиксированы следующие частоты: 81281, 81590 и 82037 Гц, соответствующие следующим значениям плотностей 780, 870 и 1000 кг/м³.

Погрешность измерения, оцененная по результатам 11 измерений на жидкостях с плотностью 780 кг/м³ и 870 кг/м³, не превышала 1 кг/м³, что не хуже погрешности базовых плотномеров фирмы "Солатрон" мод.7830, применяемых на отечественных узлах учета нефти.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства: повышение точности измерения за счет более точного задания и поддержания на определенном уровне резонансной частоты вибрирующей трубки; упрощение конструкции за счет применения менее сложных возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний; существенное упрощение настройки возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний.

Предлагаемое устройство для измерения плотности жидкости может найти применение практически во всех отраслях народного хозяйства, где требуются точные лабораторные и поточные измерители плотности, уровнемеры раздела сред.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ, содержащее трубчатый резонатор, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены пьезопреобразователи, выполненные в виде кольцевых пьезопластин, соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником ультразвуковых колебаний, отличающееся тем, что трубчатый резонатор загерметизирован с одного торца, погружаемого в резервуар с жидкостью, один пьезопреобразователь, связанный выводами с приемником, укреплен на внутренней поверхности резонатора у загерметизированного конца, а другой пьезопреобразователь, связанный выводами с генератором, укреплен на внешней поверхности резонатора выше места его крепления с резервуаром через изолирующую прокладку, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой по торцевой поверхности и приклеены к резонатору по цилиндрической поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1