Измеритель плотности

 

Союз Советскии

Социалистических

Рвспублии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.11. 79 (21) 2834695/18-25 ()М КЛ. с присоединением заявки Но—

G 01 N 9/02

Государственный комитет

ССС Р но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 3006.81. Бюллетень ЙЯ 24

Дата опубликования описания 300681 (5З) ПЖ 532. 14 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н.П.Мамонтов, С.A.Ëÿïöåâ и С.И.Голубов

Свердловский ордена Трудового Красного горный, институт им. В.В. Вахрушева (71) За яв ит ель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к технике измерения плотности жидких веществ и может быть использовано в устройствах для измерения уровня и,.плотности, а также в замкнутых системах регулирования.

Известен датчик плотности, в котором получают на выходе зависимости частоты поперечных колебаний струны от изменения плотности среды $1) .

Недостаток устройства состонт в нелинейности зависимости частоты поперечных колебаний струны на его выходе от плотности среды. Кроме того, применение устройства требует допол- т5 нительных преобразователей, что снижает точность измерения и усложняет аппаратуру, а также ограничивает область применения.

Наиболее близким по технической 20 сущности к предлагаемому является измеритель плотности, содержащий ареометрическое тело, закрепленное на конце рычага, на.другом конце которого установлен противовес, и чувствительный элемент в виде струны, на находящейся в поле постоянного магнита, один конец которой закреплен неподвижно, а второй — прикреплен к рычагу (21 . 30

Недостатками данного устройства являются большие габаритные размеры, необходимость балансировки, а также нелинейная зависимость частоты поперечных колебаний струны на его выходе от плотности.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет линеаризации зависимости частоты колебаний струны от плотности.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе плотности, содержащем ареометрическое тело и чувствительный элемент в виде струны, находящейся в поле постоянных магнитов, чувствительный элемент помещен в цилиндрический полый корпус, торцовые поверхности которого закрыты шайбами, одна из которых выполнена подвижной и соединена с ареометрическим телом, струна чувствительного элемента снабжена жестко скрепленными с ее концами пластинами зллипсоидной формы, соединенными: с двумя гибкими элементами, концы которых жестко прикреплены к шайбам.

На фиг.1 изображен предлагаемый измеритель, общий вид на фиг.2 — графиг зависимости частоты колебаний

842477 струны на выходе измерителя от плотности среды.

Измеритель плотности с частотным выходом состоит из плоской стальной струны 1, которая находится в поле постоянных магнитов 2 и концами в напряженном coñòoÿíèè жестко (при помощи сварки) закреплена совместно с концами эллипсоидных пластин 3, образуя чувствительный элемент. .К образующей эллипсоида по его малой оси присоединены гибкие элементы (пластины) 4, которые концами прикреплены к нижней 5 и верхней б шайбам.

Верхняя шайба жестко соединена непосредственно с цилиндрическим корпусом 7, а нижняя свободно перемещается по его внутренней полости. К шайбе 5 при помощи тросика 8 подвешивается ареометрическое тело (поплавок)

Устройство работает следующим об- 20 разом.

На эллипсоидные пластины чувствительного элемента действует усилие

P = Р„-Р где P — усилие от действия ареометрического тела;

Р— выталкивающая сила, действующая на ареометрическое тело при погружении в среду.

В исходном состоянии измеритель при определенном весе ареометрического тела имеет на выходе собственную частоту колебаний струны Ы„, при этом усилия, действующие на его эллипсоидные пластины, следующие (при P< = 0)

=Рп 9 Vn i где Π— плотность материала ареол метрического тела;

V„ — объем ареометрического тела;

g — ускорение свободного паде- 40 ния.

При погружении ареометрического тела в среду известной (эталонной) плотностью. выталкивающая сила, действующая на ареометрическое тело,рав- 45 на

Рз Яз g V„г где Я вЂ” плотность известной среды.

Л усилия, действующие на эллипсоидные пластины, следующие:

P = Pi -Рз и на выходе датчика имеет место зависимость ы = S (р ).

Например, при увеличении плотности среды, окружающей ареометрическое тело, величина действующего на него выталкивающей силы возрастает и равна (при р « яз )

=Р. g V„ где р> — плотность среды.

А ууссииллиияя, воздействующие на эллип- Я) соидные пластины, уменьшаются, что приводит к увеличению собственной частоты поперечных колебаний струны измерителя, так как натяжение струны при этом увеличивается. 65

Таким образом, в процессе работы измерителя с увеличением или уменьше- . нием плотности измеряемой среды частота колебаний струны Ы„ на его выходе находится в обратно пропорциональной зависимости от силы Р, воздействующей на эллипсоидные пластины, и в пропорциональной, близкой к линейной, зависимости от выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело, а следовательно, и от плотности.

Собственная частота измерителя плотности (уровня) при изменении плотности измеряемой среды изменяется согласно выражению T = k P"х;

6+ 2kk„P

$=7i

2k Е F

6р

D (1+3) co5 &

BE &in с (1+соь e)h где fq — коэффициент пропорциональности;

1 — длина ненагруженной струны;

g — ускорение свободного падения;

Pc — плотность среды;

V — объем поплавка;

Š— модуль упругости;

F — площадь сечения струны;

D — диаметр площадки;

h — толщина оболочки;

<у — центральный угол, соответствующий приложению силы;

Тл — начальное натяжение пружины.

Благодаря исключению рычажной си-стемы и выполнению чувствительного элемента гибким (упругим), частота поперечных колебаний струны на выходе предлагаемого измерителя изменяется по закону, близкому к линейному. Это позволяет повысить точность измерений плотности среды, а также расширить область применения измерителей плотности, в частности применять их в замкнутых системах регулирования.

Формула изобретения

Измеритель плотности, содержащий ареометрическое тело и чувствительный элемент в виде струны, находящейся в поле постоянных магнитов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет линеаризации зависимости частоты колебаний струны от плотности, чувствительный элемент помещен в цилиндрический полый корпус, торцовые поверхности которого закрыты шайбами, одна из которых выполнена подвиж842477

Составитель-Л.Свешникова

Редактор Т.Мермелштайн Техред Н.Савка Корректор Г.Решетник

Ъ

5054/43 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.. Проектная, 4 .ной и соединена с ареометрическим телом, струна чувствительного элемента снабжена жестко скрепленными с ее концами пластинами эллипсоидной формы, соединенными с двумя гибкими элементами, концы которых жестко прикреплены к шайбам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 525005, кл.G 01 N 9/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

М 577423, кл.G 01 N 9/02, 1973 (прототип)..