УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения плотности жидкости.
Известно устройство, для измерения плотности жидкости, содержащее сосуд с рабочей жидкостью и погруженный в нее поплавок, соединенный с узлом регистрации, узел регистрации содержит омметр и упругий эластичный шнур, выполненный в виде электроизолированного проводника, верхний конец которого электрически соединен с электропроводным поплавком, а нижний конец закреплен у основания электропроводного сосуда, электроизолирован от сосуда и жидкости и соединен с первым входом омметра, при этом второй вход омметра соединен с электропроводным сосудом. (Патент РФ №2031395, G 01 N 9/20, 1995.03.20).
Известен поплавковый плотномер, для измерения плотности жидкости, содержащий измерительный сосуд, размещенный внутри сосуда поплавок с установленным в нем постоянным магнитом, измерительный соленоид, расположенный снаружи измерительного сосуда, блок аналого-цифрового преобразования, аналоговый управляющий блок, цифровой управляющий и вычислительный блок и датчик положения поплавка, содержащий индукционную катушку, и фиксирующий соленоид, расположенный так, что постоянный магнит поплавка при полном погружении поплавка расположен в области однородного магнитного поля этого соленоида, а при полном всплытии в области неоднородного магнитного поля этого соленоида, и охватывающий верхнюю часть измерительного соленоида и нижнюю часть измерительного сосуда, опирающегося на верхнюю торцовую поверхность измерительного соленоида, а индукционная катушка расположена, непосредственно над фиксирующим соленоидом. (Патент РФ №2082151, 6 G 01 N 9/12, 1997.06.20). Недостатком данных
плотномеров является его сложность и наличие аналоговых элементов, что значительно влияет на точность и надежность устройства). Известно устройство для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкости, содержащее помещаемый в сосуд с исследуемой жидкостью вибрационный преобразователь, подключенный к генератору колебаний, и блоки регистрации и индикации, блок регистрации содержит два стабилизатора тока, два вольтметра переменного напряжения, два вольтметра постоянного напряжения, два измерителя разности напряжения, а вибрационный преобразователь выполнен в виде вертикально расположенной [-образной скобы с поплавком, укрепленным на концах скобы при помощи двух упругих эластичных шнуров, представляющих собой петли, внутренняя часть которых выполнена из токопроводящего упругого эластичного материала, а оболочка из упругого эластичного материала. (Патент РФ №2069848, 6 G 01 N 11/16, 1996.11.27).
Недостатками известного устройства являются недостаточная точность и довольно ненадежная конструкция и сложность реализации. Задачей полезной модели является создание надежного и простого в эксплуатации устройства для измерения плотности жидкости в реальном времени технологического процесса.
В соответствии с поставленной задачей предлагаемое устройство для измерения плотности жидкости содержит полностью погруженный в жидкости поплавок, отличающееся тем, что данный поплавок имеет сквозное отверстие и закреплен с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, крепящиеся к стенке емкости, кроме этого дополнительно введены, оптоэлектронный преобразователь, включающий в себя: шток-толкатель, оптическую решетку, два светодиода, два фотодиода, корпус оптоэлектронного преобразователя, логический фильтр, счетчик прямого счета, счетчик обратного счета, электронный нониус, шина данных, блок обработки информации и блок индикации.
На фиг. Представлена функциональная схема устройства.
Устройство для измерения плотности жидкости содержит кронштейны 1 и 2, крепящиеся к стенке емкости 3, плотность жидкости в которой измеряют, к кронштейнам одними концами закреплены сильфоны 4 и 5, другие концы которых герметично закреплены на поплавке 6, имеющим по центру сквозное отверстие, соединяющее полости сильфонов 4 и 5, шток-толкатель 7, оптическая решетка 8, жестко соединенная со штоком-толкателем 7, который в свою очередь упирается нижним концом в выступ поплавка, два светодиода 9 и два фотодиода 10, расположенные по обе стороны оптической решетки 8, корпус оптоэлектронного преобразователя 11, в котором закреплены неподвижно светодиоды 9 и фотодиоды 10, и свободно перемещается шток-толкатель 7 с оптической решеткой 8, логический фильтр 12, счетчик прямого счета 13, счетчик обратного счета 14, электронный нониус 15, шина данных 16, блок обработки информации 17, блок индикации 18, выходы с фотодиодов 10 соединены соответственно с первым и вторым входом логического фильтра 12, первый выход которого соединен с входом счетчика прямого счета 13, второй выход с входом счетчика обратного счета 14, третий выход с входом электронного нониуса 15, выходы счетчиков 13, 14 и выходы электронного нониуса соединены с шиной данных 16, которая соединена с блоком обработки информации 17, выход которого соединен с блоком индикации 18.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
При заполнении емкости 3 жидкостью, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 6 перемещается и через шток-толкатель 7 перемещает оптическую решетку 8, поплавок 6 перемещается на сильфонах 4, 5 пропорционально плотности жидкости,
Оптоэлектронный преобразователь малых перемещений 11 работает следующим образом. При перемещении поплавка 6, одновременно с ним перемещается оптическая решетка 8, в результате чего она пересекает оптические излучения светодиодов 9 и попеременно затемняются фотодиоды, которые вырабатывают импульсные синусоидальные сигналы,
принимающие нулевые значения при каждом смещении решетки 8 на один шаг (1 мкм). Сигналы на выходах фотодиодов между собой сдвинуты на 90°. Сигналы с выходов оптоэлектронного преобразователя 11 поступают на логический фильтр 12, на выходе которого создаются импульсы или прямого, или обратного счета, Эти импульсы поступают на входы счетчиков 13, 14 прямого и обратного счета, Как вариант, в качестве счетчиков применены счетчики-таймеры К580ВИ53. При прямом перемещении оптической решетки 8 (вверх), плотность жидкости растет, фильтр 12 пропускает импульсы на вход счетчика 13 прямого счета, при обратном перемещении (плотность падает) пропускает импульсы на вход счетчика 14 обратного счета. Цена данных импульсов равна 16 мкм. Так как счетчики таймеров работают в обратном направлении, то для определения фактической величины импульсов, нужно произвести следующие вычисления
факт
Где N - фактическое значение импульсов,
N1 - первоначальное значение счетчика,
N2 - текущее значение счетчика.
Для предотвращения так называемого дребезга оптоэлектронного преобразователя, который может возникнуть при каких либо ударах, толчках, колебаниях емкости или под действием завихрений проходящей жидкости возможны колебания поплавка 6, а соответственно и оптической решетки, то истинное значение перемещения оптической решетки 8 определяется следующим образом: из значения счетчика 13 прямого счета следует вычесть значение счетчика 14 обратного счета. Для преобразования показаний счетчиков в метрическую меру, нужно разность умножить на 16 согласно формуле (2)
,
где L - истинное значение перемещения оптической решетки в мкм.
Это будет результат по грубой шкале отсчета. Для улучшения разрешающей способности оптоэлектронного преобразователя перемещения, используется электронный нониус 15, который представляет собой схему преобразования аналогового сигнала, представляющего собой часть синусоиды, т.е. меньше полного периода развертки, в цифровой восьмибитный код, который через шину данных 16 считывается блоком обработки информации 17, в качестве блока обработки информации может быть использована любая однокристальная микроЭВМ, которая в таблице, хранящейся в памяти микроЭВМ, в соответствии с прочитанным кодом выбирает соответствующее коду значение точного перемещения оптической решетки в единицах мкм, т.е. это будет результат по нониусу точного отсчета. Общий результат перемещения оптической решетки будет равен согласно (3).
,
где 1 - показания нониуса в ед. измерения.
Так как перемещение оптической решетки пропорционально плотности жидкости, то для получения показателя плотности нужно метрическую величину перемещения оптической решетки умножить на коэффициент пропорциональности K.
.
Электронный нониус работает следующим образом. Потенциометрические резисторы устанавливают пороговый уровень срабатывания компараторов таким образом, чтобы сигналы на их входах имели сдвиг на 1/16 шага оптической решетки. Уровни компараторов поступают на восьмиразрядный регистр электронного нониуса, код с которого и считывается блоком обработки информации. Результат вычисленной плотности выводится на блок индикации 18.
За первоначальную точку отсчета принимается плотность жидкости равная p=1 г/куб.см.
Рассчитав объем и вес поплавка можно получить заданную точность измерения плотности жидкости.