Плотномер

 

ПЛОТНОМЕР, содержащий сосуд для исследуемой среды и опущенный в него магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала , отличающийся тем, что, с целью упрощения плотномера и расширения диапазона измеряемых плотностей, датчик положения поплавка и устройство удержания поплавка совмещены и выполнены в виде катушки индуктивности, подключенной к источнику переменного напряжения и преобразователю сигнала, а поплавок по крайней мере с одной стороны снабжен хвостовиком для его фиксации на катушке .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,Я0„„1 ll 1 5 (51) G 01 N 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3549002/18 — 25 (22) 04.02.83 (46) 30.09.84 Бкл. N9 36 (72) А.И.Акселевич, В.Ф.Егоров, 3.С.Тентлер и Э.В.Анчевский (7 1) Ленинградское специализированное пусконаладочное управление треста Севзапмонтажавтоматика" (53) 532.14(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 630557, кл . G Oi N 9/ 12, 1977.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 748 185, кл . С 01 N 9/22, 1977 (прототип). (541 (57) IIJIOTHONEP р содержащий сосуд для исследуемой среды и опущенный в него магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала, отличающийся тем, что, с целью упрощения плотномера и расширения диапазона измеряемых плотностей, датчик положения поплавка и устройство удержания поплавка совмещены и выполнены в виде катушки. индуктивности, подключенной к источнику переменного напряжения и преобразователю сигнала, а поплавок по крайней мере с одной стороны снабжен хвостовиком для его фиксации на катушке.

11163

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для измерения плотности жидкостей во всех отраслях народного хоэяйствй, например для контроля плот5 ности агрессивных жидкостей и пульп в горнодобывающей, химической и пищевой промышленности.

Известен плотнойер, содержащий сосуд с размещенным в нем поплавком, полностью погруженным в измеряемую жидкость. На понлавке закреплен постоянный магнит, находящийся в поле соленоида, обеспечивающем поплавку силу удержания, наиболее близкую к выталкивающей силе, действующей на поплавок при данной плотности жидкости. Роль датчика положения поплавка играет ферритовый сердечник, закрепленный на поплавке и находящийся в поле катушки индукционного датчика, первичная обмотка которого запитана с выхода генератора высокой частоты, а сигнал, снимаемый с вторичной обмотки, преобразуется в величину, пропорциональную плотности измеряемой жидкости (13.

Недостатком данного плотномера является сложность конструкции, узкий диапазон измерения плотности контролируемых сред и трудность измерения

30 плотности абразивных жидкостей, например пульпы, так как частички твердого, осаждаясь, засоряют сосуд, в котором размещен поплавок, что приводит к ошибкам в измерениях. З5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плотномер, содержащий сосуд для исследуемой среды и опущенный в нее магнитный поплавок, датчик положения 40 поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала.

Устройство удержания выполнено в виде упругого элемента, например, пластинчатой пружины, удерживающей отно- 45 сительно корпуса поплавок избыточной плавучести. Кроме того, имеются катушки силовой компенсации и магнит термокомпенсации, закрепленные относительно корпуса плотномера. Датчик 50 положения поплавка представляет собой высокочастотную катушку в диэлектрическом слое, помещенную в один кожух с катушкой силовой компенсации 2 J. 55

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, узкий диапазон измеряемых плотностей, обу58 1 словленный выбором коэффициента упругости плоской пружины и веса поплавка, у которого должна быть избыточная плавучесть в данной жидкой среде, а также невозможность измерения абразивных жидкостей, например пульпы, так как частички твердого, осаждаясь на плоскую пружину, меняют ее модуль упругости, а осаждаясь на кожух с высокочастотной катушкой и катушкой силовой компенсации, меняют их добротность, что ведет к ошибкам в измерениях.

Цель изобретения — упрощение плотномера и расширение диапазона измеряемых плотностей..

Поставленная цель достигается тем, что в плотномере, содержащем сосуд для исследуемой среды и опущенный в него магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала, датчик положения поплавка и устройст— во удержания поплавка совмещены и вы— полнены в виде катушки индуктивности, подключенной к источнику переменного напряжения и преобразователю сигнала, а поплавок по крайней мере с одной стороны снабжен хвостовиком для его фиксации на катушке.

На чертеже изображен предлагаемый плотномер.

В емкость 1 с контролируемой средой 2 погружена индуктивная катушка 3, по которой пропущен переменный ток от источника 4 питания. В магнитном поле индуктивной катушки 3 подвешен сплошной или полый магнитный поплавок 5. Последовательно с индуктивной катушкой 3 и источником 4 питания включен преобразователь сигнала, содержащий разделительный трансформатор 6, выпрямитель 7, источник 8 опорного напряжения, усилитель 9, нбрмирующий преобразователь 10 и блоки 11 и 12 регулировки начала и конца измеряемого диапазона. Нормированный сигнал с преобразователя 10 подается на региЧтратор 13. Магнитный поплавок и индуктивная катушка покрыты стойким немагнитным диэлектриком

14. Индуктивная катушка 3 закреплена относительно емкости 1 с помощью держателя 15. Магнитный поплавок 5 снабжен по крайней мере с одной стороны хвостовиком 16, имеющим, например, Т"образную или U-образную форму.

Плотномер работает следующим образом.

3 1116

На поплавок 5, погруженный в измеряемую среду и свободно подвешенный в магнитном поле индуктивной катушки 3, действуют одновременно различные силы. В состоянии равновесия уравнение сил, действующих на поплавок 5 в вертикальном направлении, выглядит следующим образом:

P=F +F +F

2 3 где P — вес поплавка; 40

F — выталкивающая сила (сила

Архимеда);

F — сила, действующая на поплавок со стороны индуктивной катушки (втягивающая сила);

F — сила обусловленная неодно3 э родностью магнитного поля индуктивной катушки и направленная в сторону сильного поля. 20

При этом а = ч - „, где Ч вЂ” объем поплавка;

g — ускорение свободного падения; у„ — плотность поплавка, 25 является величиной постоянной.

Сила F„=Vg у, где у — плотность контролируемой среды, прямо пропорциональна плотности измеряемой среды.

Сила F2, зависящая от индуктивнос-30 ти катушки и формы поплавка, постоянна.

Сила dH

55 — P

3 132 где P — постоянный магнитный момент

1 35 поплавка в вертикальном направлении;

Н вЂ” напряженность магнитного поля индуктивной катушки; — градиент магнитнОгО ПОля 40

8Н аз индуктивной катушки в вер. тикальном направлении, прямо пропорциональный току через индуктивную катушку. Следовательно 45

1 %Tn=V

dH

Р132 КЗ где 1 — действующее значение тока через индуктивную катушку;

К - коэффициент пропорциональности, имеем, что плотность равна

) Vg-Р

7- чК чК

358 4

Таким образом, ток, проходящий через индуктивную катушку и преобразо4 ватель сигнала, является мерой плотности контролируемой среды, причем ток зависит от плотности линейно.

При любом изменении плотности контролируемой среды соответственно изменяется ток через преобразователь сигнала и на выходе устройства появляется нормированный ток, соответствующий новой плотности. 3а счет совмещения датчика положения поплавка и устройства удержания, выполненного в виде индуктивной катушки, отсутствует необходимость градуировки относительно датчика положения хода поплавка, который должен выбираться . исходя из условий приближения средней плотности измеряемых сред и удельного веса поплавка. Таким обра" зом, данный плотномер имеет практически неограниченный диапазон измеряемых сред, а поплаЬок может быть как тонущим, так и всплывающим, если плотность контролируемой жидкости больше удельного веса поплавка.

В зависимости от плотности измеряемой среды поплавок может втягивать- . ся в индуктивную катушку как снизу, так и сверху. При этом в начальный . момент (до включения источника .питания), поплавок покоится в подвешенном состоянии, опираясь на катушку хвостовиком сверху или снизу в, зависимости от плотности измеряемой среды. При включении источника питания поплавок втягивается до положения, соответствующего определенной плотности, и-на выходе устройства появляется нормированный сигнал, соотнесенный к этой плотности. При исчезновении тока в цепи поплавок опять фиксируется на катушке индуктивности хвостовиком. Хвостовиков может быть два, расположенных в противоположных концах поплавка,:что позволяет измерять одним плотномером весь диапазон плотностей. Максимальный размер катушки индуктивности по высоте ограничивается так, чтобы внутри ее не возникало однородного магнитного поля, тогда в связи с тем,, что оно максимально по вертикапьной оси катушки, поплавок занимает устойчивое вертйкальное положение.

Минимальный размер катушки по высоте выбирается так, чтобы поплавок не болтало потоком измеряемой среды.

111б358

Составитель Л.Свешникова

Редактор М.Петрова Техреду.Кастелевич Корректор И.Эрдейи

Заказ 6922/35 Тираж 822 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, 4

Диаметр отверстия в катушке выбирается таким, чтобы в него свободно проходил поплавок и любые частицы твердого, находящиеся в измеряемой среде, но не проходил хвостовик, закреплен- 5 ный на поплавке.

Поскольку индуктивная катушка и поплавок находятся в потоке измеряемой среды и полностью погружены в нее, эта среда осуществляет и теплоотвод от них, а омывая, она их очищает. Так как поплавок механически не связан с индуктивной катушкой, то частицы твердого из потока не застревают между ними, а, отталкивая попла-15 вок в сторону, проходят, после чего поплавок возвращается в исходное положение. Эти колебания демпфируются электронной схемой. Стойкий немагнитный диэлектрик, покрывающий поплавок 20 и катушку индуктивности, защищает их от истирания абразивной средой и от коротких замыканий в катушке.

Наличие нормирующего преобразова- . теля в системе позволяет вырабатывать 5 на выходе плотномера стандартный сигнал, например 0-5 мА, что дает возможность использовать плотномер в любых системах регулирования и контроля. 30

Градуировка плотномера осуществляется путем погружения индуктивной катушки с поплавком в среде с известной плотностью и подстройкой выходного тока нормирующего преобразователя с помощью блоков регулировки начала и конца измеряемого диапазона.

Модель плотномера испытывают для непрерывного измерения плотности пульпы апатитового концентрата, кото рая колеблется в пределах 1, 3-1, 8 г/см

В качестве поплавка используется сплошная болванка иэ электротехнической стали с плотностью 8 г/сьР .

Градуировка производится с помощью растворов серной кислоты с известной плотностью. Через индуктивную катушку пропускают переменный ток от источника напряжения 220 В, 50 Гц. В качестве вторичного прибора используют стандартный самопишущий прибор с унифицированным входом 0-5 мА. Испытания показали высокую точность измерений и надежность в эксплуатации.

Плотномер не забивается пульпой и щепой и не нарушает потока. Устанавливают плотномер на сливе классификатора шаровой мельницы.

Совмещение функций датчика положе ния поплавка и устройства удержания позволяет упростить конструкцию пло номера, что приводит к повышению его эксплуатационной надежности.