Устройство для измерения плотности жидкости

 

Использование: для измерения плотности жидкости, в частности для непрерывного измерения плотности нефтепродуктов непосредственно в емкостях хранения автозаправочных станций и нефтебаз. Сущность: измерение плотности жидкости осуществляется путем преобразования перемещения поплавка в электрический сигнал. Преобразователем является двухконтурный автогенератор СВЧ-колебаний, один из колебательных контуров которого представляет собой коаксиальную линию, вертикально погружаемую в контролируемую жидкость вместе с охватывающим ее снаружи поплавком, на котором закреплен внешний кольцевой постоянный магнит, который при перемещении поплавка, обусловленном изменением плотности контролируемой жидкости, перемещает взаимодействующий с ним кольцевой постоянный магнит, находящийся внутри коаксиальной линии, к которому прикреплен закорачивающий плунжер, изготовленный из немагнитного сплава, имеющий скользящий гальванический контакт с обеими трубами коаксиальной линии. Плунжер, перемещаясь, закорачивает коаксиальную линию в различных местах, изменяя таким образом ее активную длину и, следовательно, частоту генерируемого генератором сигнала в зависимости от плотности контролируемой жидкости. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения плотности жидкости, в частности для непрерывного измерения плотности нефтепродуктов непосредственно в емкостях хранения автозаправочных станций и нефтебаз.

Известно устройство для измерения плотности жидкости - плотномер, содержащее погруженный в жидкость тороидальный поплавок с закрепленным на нем кольцевым постоянным магнитом, которые совместно перемещаются вдоль вертикально и соосно расположенного внутри них цилиндрического трубчатого корпуса, выполненного из немагнитного материала, с герметично заглушенным нижним концом, внутри которого расположен преобразователь линейного перемещения поплавка в электрический сигнал, выполненный в виде феррито-полупроводникового распределителя [1] . В зависимости от плотности измеряемой жидкости поплавок под действием изменяющейся выталкивающей силы, действующей на него, перемещается в вертикальном направлении, перемагничивая закрепленным на нем постоянным магнитом тот или иной сердечник распределителя. После намагничивания единичным импульсом, поступившим со счетного устройства, первого сердечника распределителя на последний начинают поступать тактовые импульсы от генератора тактовых импульсов, которые последовательно перемещают первый импульс по элементам распределителя, перемагничивая их. При перемагничивании каждого элемента на счетное устройство поступает импульс. В том месте распределителя, которое находится в магнитном поле постоянного магнита, закрепленного на поплавке, ферритовый сердечник намагничивается этим полем и закрывает продвижение импульса дальше по распределителю. Подсчитанное счетным устройством число поступивших на его вход импульсов является мерой плотности контролируемой жидкости. Недостатком такого устройства, ограничивающим его применение, является дискретность измерения параметра, которая определяется конечными размерами перемагничиваемых элементов (ферритовый сердечник с обмоткой), что в свою очередь приводит к снижению точности и разрешающей способности плотномера, которое недопустимо, например, при значительных объемах оборотов автомобильного горючего в емкостях автозаправочных станций и нефтебаз.

Целью изобретения является повышение точности измерения плотности.

Это достигается тем, что преобразователь перемещения поплавка в электрический сигнал выполнен в виде двухконтурного автогенератора СВЧ-колебаний, выход которого соединен кабелем со входом частотомера и один из колебательных контуров которого представляет собой вертикально расположенную коаксиальную линию, охваченную снаружи поплавком, состоящую из двух коаксиальных труб, изготовленных из немагнитного металла с малым удельным сопротивлением, нижние концы которых закорочены герметизирующей заглушкой, выполненной из материала труб, а внутри коаксиальной линии соосно с ней находится перемещаемый под воздействием магнитного поля внешнего постоянного магнита, закрепленного на поплавке, внутренний постоянный магнит кольцевой формы с прикрепленным к нему закорачивающим плунжером, выполненным из немагнитного низкоомного сплава, конструкция которого обеспечивает ему постоянный скользящий гальванический контакт с обеими трубами коаксиальной линии.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из тороидального поплавка 1, на верхней плоскости которого закреплен внешний кольцевой постоянный магнит 2. Внутри поплавка 1 находится вертикально расположенная коаксиальная линия 3, состоящая из двух труб, выполненных из немагнитного металла с низким удельным сопротивлением, - внешней трубы 4 и внутренней трубы 5, которые снизу закорочены герметизирующей заглушкой 6, изготовленной из материала труб. Внутри коаксиальной линии 3 вдоль внутренней трубы 5 находится внутренний кольцевой постоянный магнит 7 с закрепленным на нем закорачивающим плунжером 8, изготовленным из немагнитного сплава. Поплавок 1 опирается на средство уравновешивания поплавка - пружину 9, нижний конец которой прикреплен к заглушке 6. Верхний конец коаксиальной линии 3 подключен к генератору СВЧ-колебаний 10, который кабелем питания 11 подключен к блоку питания 12, а выход генератора СВЧ-колебаний 10 соединен кабелем 13 со входом частотомера 14. Устройство, за исключением блока питания 12 и частотомера 14, подсоединено к нижнему концу трубчатой штанги 15 и опущено через технологический люк 16 в емкость 17 с измеряемой жидкостью. Штанга 15 на необходимой глубине опускания фиксируется зажимом 18, смонтированным на крышке 19 люка 16.

Устройство работает следующим образом.

На трубчатой штанге 15 через люк 16 устройство без блока питания 12 и частотомера 14 опускается в емкость 17 на необходимую глубину. После этого закрывается крышка 19 люка 16 и с помощью зажима 18 штанга фиксируется на установленной глубине. Если емкость 17 пустая, то поплавок 1 вместе с внешним постоянным магнитом 2 находится в крайнем нижнем положении, которое определяется сжатой пружиной 9. Вместе с поплавком 1 крайнее нижнее положение занимает и внутренний постоянный магнит 7 с закрепленным на нем закорачивающим плунжером 8, который закорачивает между собой внутреннюю 5 и внешнюю 4 трубы коаксиальной линии 3. При включении блока питания 12 генератор СВЧ-колебаний 10 начинает генерировать СВЧ-колебания на частоте, определяемой, в основном, активной длиной закороченной коаксиальной линии 3, которая является одним из двух его колебательных контуров. При нахождении закорачивающего плунжера 8 в крайнем нижнем положении активная длина коаксиальной линии максимальна, следовательно, частота излучаемых СВЧ-колебаний будет минимальна. Колебания с выхода генератора 10 по кабелю поступают на вход частотомера 14, который может быть проградуирован в единицах плотности. При наполнении емкости 17 каким-либо нефтепродуктом поплавок 1 начнет всплывать, увлекая за собой внутренний магнит 7 с закорачивающим плунжером 8, до тех пор, пока выталкивающая его сила, которая будет тем больше, чем выше плотность измеряемой жидкости, не уравновесится равнодействующей силой, которая равна сумме всех сил, действующих сверху вниз, то есть веса поплавка 1 с магнитом 2, веса внутреннего магнита 7 с закорачивающим плунжером 8, силы растяжения пружины 9. В результате перемещение вверх закорачивающего плунжера 8 уменьшит активную длину коаксиальной линии 3, что приведет к повышению собственной частоты колебаний генератора 10, что будет отмечено в показаниях частотомера 14.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность повысить точность измерений за счет замены дискретной регистрации исследуемого параметра непрерывной при использовании идентичных датчиков - поплавков и, кроме этого, упрощается конструкция устройства за счет применения стандартных металлических труб вместо ферритовых сердечников с обмотками. Предлагаемое устройство может применяться во многих отраслях, где требуются точные и непрерывные измерения плотности жидких продуктов.

Источник информации 1. Авторское свидетельство СССР 397813, класс G 01 N 9/10, опубликовано 17.09.73. Бюллетень 37.

Формула изобретения

Устройство для измерения плотности жидкости, содержащее погруженный в жидкость уравновешенный поплавок тороидальной формы с закрепленным на нем кольцевым постоянным магнитом, средство уравновешивания поплавка, преобразователь перемещения поплавка в электрический сигнал, отличающееся тем, что преобразователь перемещения поплавка в электрический сигнал выполнен в виде двухконтурного автогенератора СВЧ-колебаний, выход которого соединен кабелем со входом частотомера и один из колебательных контуров которого представляет собой вертикально расположенную коаксиальную линию, охваченную снаружи поплавком, состоящую из двух коаксиальных труб, изготовленных из немагнитного металла с малым удельным сопротивлением, нижние концы которых закорочены герметизирующей заглушкой, выполненной из материала труб, а внутри коаксиальной линии соосно с ней находится перемещаемый под воздействием магнитного поля внешнего постоянного магнита, закрепленного на поплавке, внутренний постоянный магнит кольцевой формы с прикрепленным к нему закорачивающим плунжером, выполненным из немагнитного низкоомного сплава, конструкция которого обеспечивает ему постоянный скользящий гальванический контакт с обеими трубами коаксиальной линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1