Устройство для измерения плотности жидкости

 

Использование: для измерения физических параметров преимущественно жидких сред, в частности для измерения плотности нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения: устройство содержит трубчатый резонатор, вдоль 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 конца, погружаемого в жидкость. Пьезопреобразователи укреплены на внутренней поверхности резонатора. По обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой по торцовой поверхности и приклеены к внутренней поверхности резонатора своими наружными цилиндрическими поверхностями. 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%) недостаточная, если использовать его при проведении учетно-расчетных операций товарной нефти на автоматизированных узлах учета нефти.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению 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] Недостатками этого устройства являются сложность конструктивного и аппаратурного оформления, а также невысокая точность измерения.

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 пластин, соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником ультразвуковых колебаний, трубчатый резонатор загерметизирован с одного конца, погружаемого в жидкость, пьезопреобразователи укреплены на внутренней поверхности резонатора, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой по торцовой поверхности и приклеены к внутренней поверхности резонатора своими наружными цилиндрическими поверхностями.

Размещение возбудителя и приемника внутри трубчатого резонатора делает конструкцию погружного измерительного преобразователя более технологичной 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 изображена конструктивная схема предлагаемого устройства и схема его электрических соединений.

На чертеже показаны: сосуд 1, исследуемая среда 2, корпус 3 погружного вибрационного измерительного преобразователя, пьезопреобразователи 4-6, образующие возбудитель электромагнитных колебаний, генератор 7 электромагнитных колебаний, электронный блок 8 для приема и обработки ультразвуковых колебаний, изолирующая прокладка 9, пьезопреобразователи 10-12, образующие приемник ультразвуковых колебаний и металлическая заглушка 13.

Средний пьезопреобразователь 5 возбудителя и средний пьезопреобразователь 11 приемника ультразвуковых колебаний при помощи проводов электрически связаны соответственно с генератором 7 электромагнитных колебаний и электронным блоком 8 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 поверхностями к внутренней поверхности корпуса 3, в корпусе 3 возникают ультразвуковые колебания, которые принимаются пьезопреобразователями 10-12, образующими приемник ультразвуковых колебаний, электрически связанный при помощи проводов с электронным блоком 8 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 11 мм и толщиной 0,5 мм, к внутренней поверхности которой возле заглушки были приклеены эпоксидной смолой кольцевые пьезопреобразователи (наружный диаметр 10 мм, внутренний 5 мм, толщина 4 мм), образующие приемник ультразвуковых колебаний, а аналогичные кольцевые пьезопреобразователи, образующие возбудитель электромагнитных колебаний, приклеены своей наружной поверхностью к внутренней 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 5, используемый в качестве возбудителя, подавались от генератора электромагнитных колебаний типа ГЗ-33 колебания для возбуждения трубки на собственной резонансной частоте, 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 частоты, соответствующие выбранным значениям плотностей.

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 "Солартрон" мол.7830, применяемых на отечественных узлах учета нефти.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого устройства являются повышение точности измерения за счет более точного задания и поддержания на определенном уровне резонансной частоты вибрирующей трубки, упрощение конструкции за счет того, что применяются менее сложные возбудитель и приемник ультразвуковых колебаний, а также 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 конца, погружаемого в жидкость, пьезопреобразователи укреплены на внутренней поверхности резонатора, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой по торцевой поверхности и приклеены к внутренней поверхности резонатора своими наружными цилиндрическими поверхностями.

РИСУНКИ

Рисунок 1