Устройство для измерения плотности жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля плотности жидкости в различных технологических процессах в пищевой, химической, микробиологической, нефтеперерабатывающей промышленности. Устройство содержит вибратор с установленными на нем контрольным и вибрационным преобразователями, при этом инерционная масса вибрационного преобразователя выполнена в форме полой оболочки со впускным штуцером для заполнения ее внутренней полости исследуемой жидкостью. Инерционная масса может также содержать впускной и выпускной штуцеры, что позволяет обеспечить непрерывное движение жидкости через вибрационный преобразователь и тем самым проводить текущий контроль ее плотности. Устройство измеряет плотность с высокой точностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологических процессах, где необходим контроль за плотностью применяемых растворов в пищевой, химической, микробиологической, нефтеперерабатывающей промышленности.

2. Уровень техники.

Известны устройства, содержащие вибратор, возбуждающий резонанс колебательной системы, в состав которой входит жидкость, чью плотность необходимо измерить [1, 2]. Плотность в таких устройствах связана с измеряемой величиной - резонансной частотной квадратичной зависимостью, поэтому по точности они уступают устройствам, в которых реализуется прямо пропорциональная зависимость между измеряемой и определяемой величинами. Известны вибрационные преобразователи с инерционной массой, выходное напряжение которых при воздействии вибрации пропорционально ее величине [3]. Известно устройство калибровки вибрационных преобразователей, состоящее из вибратора, с установленными на нем контрольным и калибруемым вибропреобразователями [4], для которого характерна высокая точность, что, однако, не решает проблему измерения плотности жидкости.

3. Сущность изобретения.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном устройстве, содержащем вибратор с установленными на нем контрольным и вибрационным преобразователями в качестве последнего взят преобразователь с инерционной массой, выполненной в виде полой оболочки, внутренний объем которой заполнен рабочей жидкостью через впускной штуцер.

Целью изобретения является создание измерительного устройства с более высокой точностью измерения за счет прямо пропорциональной зависимости между измеряемой величиной и плотностью жидкости, и за счет относительного характера измерений.

В известном устройстве напряжение U на выходе вибрационного преобразователя при ускорении a, создаваемом вибратором и измеряемом контрольным преобразователем, пропорционально величине инерционной массы U = ma, где m - величина инерционной массы; - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора типа чувствительного элемента: электромагнитный, емкостной, пьезоэлектрический и т.д.

В предлагаемом устройстве инерционная масса определяется суммой массы mо оболочки и массы рабочей жидкости, помещенной внутри оболочки, равной Vo, где o - плотность жидкости; V - объем полости.

Так как объем полости инерционной массы фиксирован, то напряжение на выходе вибрационного преобразователя при постоянном ускорении a равно U = (mo+Vo)a и пропорционально плотности рабочей жидкости, что позволяет проводить ее измерения.

При коэффициенте преобразования контрольного преобразователя, равном K, напряжение на его выходе UK равно UK= Ka, а значение плотности жидкости определяется из соотношения Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуются относительные измерения плотности, что обуславливает их большую точность.

Введение в оболочку инерционной массы выпускного штуцера позволяет осуществить непрерывное движение рабочей жидкости через вибрационный преобразователь и тем самым обеспечить непрерывный контроль за ее плотностью.

4. Перечень чертежей.

На фиг. 1. схематично представлено предлагаемое устройство, состоящее из вибратора 1, контрольного преобразователя 2 и вибрационного преобразователя, например, пьезоэлектрического типа, включающего в себя пьезоэлемент 3, инерционную массу, представляющую собой оболочку 4, охватывающую полость 5, объем которой заполнен рабочей жидкостью, и оснащенную штуцером 6 для ее слива и налива.

На фиг. 2 - инерционная масса вибрационного преобразователя, выполненная в виде оболочки 4, охватывающей полость 5, снабжена впускным 6 и выпускным 7 штуцерами, обеспечивающими непрерывное движение жидкости через инерционную массу.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Для оценки возможности создания предлагаемого устройства был создан соответствующий фиг. 2 макет пьезоэлектрического преобразователя. В качестве измерительной аппаратуры использовались приборы и оборудование фирмы "Робботрон".

Напряжение на выходе вибрационного преобразователя, при протекании через него рабочей жидкости, плотность которой o в некоторый момент времени изменяется на величину , при ускорении, создаваемом вибратором и контролируемым контрольным преобразователем, равным 1 мс-2, равно где d33 - пьезоэлектрический модуль;
C - емкость пьезоэлемента;
U0 - составляющая, - постоянное напряжение;
флуктуации напряжения, обусловленные флуктуациями плотности, рабочей жидкости;
Uш - шумовые напряжения, обусловленные шумовыми виброускорениями, электронными шумами измерительного тракта и шумами обтекания жидкости.

По экспериментальным оценкам Uш в 1/3 октавной полосе частот со средней частотой 180 Гц составляет: Uш = 510-6 В.

Для измерения среднеквадратичных значений напряжения U с относительной погрешностью 0,5% необходимо, чтобы U = 10Uш. При этом условии флуктуации плотности связаны с шумовыми напряжениями соотношением

Таким образом, минимальные изменения min плотности рабочей жидкости, измеряемые с относительной погрешностью 0,5%, для выбранных значений
C = 20 пФ; d33 3000 пК/Н; V = 10-4 м3;
составляют: min= 310-2 кг/м3.

Для экспериментальной проверки в качестве рабочей жидкости использовались два соляных раствора с плотностями 1020 и 1025 кг/м3. Изменение плотности растворов, равное 5 кг/м, приводило к изменению выходного напряжения вибрационного преобразователя около 710-3 В, что существенно превышало напряжения шумов Uш = 510-6 В и подтверждало принципиальную возможность создания предлагаемого устройства.

Литература
1. Проточный вибрационный плотномер. А.с. N 360591, кл. G 01 N 9/32, 1971.

2. Камертонный преобразователь для жидких сред. А.с. N 396590, кл. G 01 N 9/32, 1972.

3. Ж. Аш и др. Датчики измерительных систем, Мир, 1992, т. 2, стр. 71-125.

4. Ю.А.Иориш. Виброметрия. М.: Машиностроение, 1993, с. 627-635.


Формула изобретения

1. Измерительное устройство, состоящее из вибратора с установленными на нем контрольным и вибрационным преобразователями, выходы которых подключены к регистрирующей аппаратуре, отличающееся тем, что в качестве вибрационного преобразователя выбран преобразователь с инерционной массой, выполненной в виде полой оболочки, внутренний объем которой заполнен рабочей жидкостью через впускной штуцер.

2. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что в полую оболочку инерционной массы вибрационного преобразователя введен выпускной штуцер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автоматического контроля технологических параметров и показателей физических свойств природного газа в процессе его добычи, транспорта, хранения и распределения

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследования скважинной жидкости

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к устройству для контроля потоков пульпы при осуществлении автоматического управления технологическими процессами флотации. Устройство для автоматического контроля потока пульпы содержит входной сужающийся патрубок 1 и плотномер 2. Дополнительно устройство включает турбулятор 3, U-образную трубу 4, выходной расширяющийся патрубок 5, вакуумный пробоотборник 6, анализатор 7 элементного состава, объемный расходомер 8, сбросной клапан 9 и управляющее устройство 10. Входы управляющего устройства 10 соединены с выходами объемного расходомера 8 и плотномера 2, а выходы управляющего устройства 10 соединены с управляющими входами вакуумного пробоотборника 6 и сбросного клапана 9. При этом турбулятор расположен между входным сужающимся патрубком и нисходящей ветвью U-образной трубы, объемный расходомер и плотномер установлены на восходящей ветви U-образной трубы, а вакуумный пробоотборник и сбросной клапан установлены на нижней части U-образной трубы. Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности и точности контроля за счет создания турбулентности потока и условий для корректной работы компонентов устройства, а также обеспечения отбора представительных проб независимо от изменения величины потока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля плотности жидкости в различных технологических процессах в пищевой, химической, микробиологической, нефтеперерабатывающей промышленности

Наверх