Поплавковый датчик плотности

 

1.;

p °

В. Т. Пасиченко

- t

f

«Ф г9

Грозненское научно-производственное обЫфйфд щ

"Промавтоматика" (72) Автор изобретения (7!) Заявитель (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- эователей (датчиков) плотности используются шарообразные поплавки погруженного 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 f13.

Недостатком указанных устройств является то, что при колебаниях темго пературы контролируемой среды изменяется от нагревания или охлаждения объем поплавков. Изменение объема

2 поплавка вызывает соответственно увеличение или уменьшение выталкивающей архимедовой силы, в результате чего поплавок всплывает или погружается на определенную глубину, внося тем самым Ilol pelUHocTb в измерение плотности.

Известен поплавковый датчик плотности с автоматической температурной компенсацией, содержащий тонкостенный шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне, и термокомпенсатор. Ыаровой 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 частичнр в центральный сосуд. Изменение количества жидкости в центральном сосуде не олияет на равновесие системы, а в измерительном поплавке меняется истинный вес, который компенсирует температурные> изменения плотности (23.

Однако при резких (скачкообразных) изменениях температуры контролируемой среды поплавковый измеритель плотности не в состоянии быстро с>треагировать на это, особенно в двин<ущемся потоке, так как всякая жидкость является средой инерционной.

Поэтому для ее нагревания или охла>кдения необходимо определенное время, которое во много раз больше, чем у теплопроводных материалов, напримср металлов. Это обстоятельство приводит 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 плотности.

Поставленная цель достигается тем, что в поплавковом датчике плотности, содержащем тонкостенный шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне и термокомпенсатор, термокомпенсатор выполнен в виде тяг, расположенных внутри шара одни концы которых соединены общим шарниром со стержнем, входящим чсрез уплотнение внутрь шара, а другие койцы 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 расши411 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 датчик, разрез; на фиг. 2 и 3 — схемы, поясняющие принцип термокомпенсации 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 40-1,5(о =10-16><10 >).

Внутри шара в одной плоскости v: под углом к его осям симметрии расположены тяги 2. Тяги общим шарниром 3

2<«

«0

45 ьв

2 связаны со стержнем 4, входящи внутрь шара через герметизирующее уплотнение 5, Противополон<нь>е концы тяг прикреплены к стенкам шара посредством шарниров 6. Тяги 2 выполнены из материала, имеющего очень малый коэффициент линейного расширения, например сплава Инвар-36Н (oL=1,5 10 ).

-6

В схемах с индуктивными вторичными преобразователями плотности (фиг. 2) к стержню 4 крепится сердечник 7 дифференциальной катушки 8 индуктивности. В объемных счетчиках жидкости тяги шарнирно (по аналогии со стержнем 4) соедиь>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, «еденную 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 д1« . Однако увеличение объема шара приводит к растяжению тяг 2, которые, выпрямляясь по отношению друг к другу, втягивают стержень 4 внутрь на расстояние, равное д h (фиг. 3), т. е. никакое перемещение сердечника 7 относи5 9494 тельно магнитной нейтрали MN катушки

8 индуктивности не наблюдается. Происходит компенсация температурных изменений поплавка. Аналогично протекает термокомпенсация при уменьшении S температуры контролируемой среды.

Уменьшение объема шара 1 приводит к уменьшению архимедовой силы, а вместе с этим к погружению поплавка на глубину d h и соответствующему перемеще- 10 нию стержня 4 вверх на расстояние лЬ.

Компенсационное перемещение стержня 4 при температурных изменениях жидкости (а следовательно, шара) со- 15 блюдается в рабочем диапазоне измерений при определенном соотношении длин тяг аб, bc, радиуса шара Od, температурном коэффициенте расширения материала шара и плотности конт- zg ролируемой среды, т.е. при определенном параметре соответствия.

Использование предложенного датчика плотности в плотномерах с погруженным поплавком в поплавковых 2S корректорах плотности и поплавковых весовых пересчетных устройствах к объемным счетчикам жидкости обеспечивает достоверность измерений плотности контролируемых сред при рез- щ ких 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

11 6 фактора, определяющего качественное регулирование непрерывного технологического процесса.

Формула изобретения

Поплавковый датчик плотности, содержащий шар из теплопроводного материала, укрепленный на стержне, и термокомпенсатор, о т Л и ч а ю шийся 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. 39-40

2. Вотлокин Б.З. Автоматическое измерение протекающей жидкости.-"Заводская лаботатория", 1959, Ю 9, с. 1211- 1215 (прототип).

949411

3 р 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Г

Составитель А. Чупрунова

Редактор Л. Лукач Техред С.Мигунова Корректор А. Гриценко аказ 5732/27 Ти аж 3