Устройство для измерения плотности жидких сред

Полезная модель относится к технике измерения физических величин и может быть использована для измерения плотности жидких сред, находящихся в открытых и закрытых резервуарах, трубопроводах и аппаратах работающих под давлением.
Известно устройство для измерения плотности жидких сред, см. авторское свидетельство СССР № 935744 кл. G01N 9/18, 1992 г., содержащее проточный корпус, измерительный поплавок в виде дифференциальной катушки индуктивности с сердечником.
Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения, обусловленная наличием трения в системе блочных тросов, динамического напора анализируемой жидкости на поплавок, а также наличием в жидкости растворенного воздуха или газа, что характерно для промышленных растворов, транспортируемых по трубопроводам с помощью центробежных насосов.
Кроме того у известного устройства сравнительно низкая общая работоспособность. Действительно, чтобы уравновесить на блоке дифкатушку и сердечник, а он в 20-30 раз легче катушки (как сказано в описании), выталкивающая сила поплавка должна быть равна примерно весу катушки и направлена вверх. А так как, поплавок, находясь в жидкости, ничем не центрируется, то при колебании или движении жидкости он безусловно потеряет равновесие (вертикальное положение) и в системе измерения наступит отказ. Известно так же устройство для измерения плотности жидких сред,
содержащее проточный корпус с крышкой, поплавок с сердечником, находящимся в поле дифференциальной катушки индуктивности, систему перемещения поплавка с блоком и тросом и измерительный прибор.
По сравнению с предыдущим аналогом устройство отличается повышенной устойчивостью так как остаточный вес поплавка (вес погруженного поплавка в жидкость) равен весу дифференциальной катушки, т.е. вес катушки и поплавка направлен вниз, суммируясь, создают достаточную устойчивость системе измерения, однако при этом сила трения в системе блочных тросов увеличивается, что приводит к дополнительной погрешности измерения.
К другим недостаткам известного устройства, отрицательно сказывающимся на измерении, относится влияние динамического напора на поплавок, а также насыщенность измеряемой среды воздухом или газом.
Кроме этого, вышеуказанные устройства отличаются сравнительной громоздкостью обусловленной значительной величиной объема поплавка, необходимой в данном случае для увеличения выталкивающей силы с целью частичной компенсации сил трения в системе блочных тросов.
Известно устройство для измерения плотности жидких сред, содержащее проточный корпус с крышкой, поплавок с сердечником находящимся в поле дифференциальной катушки индуктивности, и измерительный прибор, оно так же снабжено двумя упругими пластинами и измерительным сосудом, жестко соединенным с крышкой корпуса и имеющим в нижней части дросселирующее отверстие и ограничительный упор, верхний край сосуда расположен ниже линии перелива жидкости в проточном корпусе, а поплавок вместе с сердечником помещен в измерительный сосуд и посредством упругих пластин, зафепленных в верхней и нижней части поплавка, жестко с ним соединен. Дросселирующее
2 отверстие расположено на боковой , противоположной от входного патрубка,
стенке измерительного сосуда. Ограничительный упор выполнен с возможностью вертикального перемещения. См. патент РФ № 2084864 на изобретение кп. G 01N 9/18, 1993г.
Это изобретение принято за ближайший аналог (прототип).
Прототип обладает следующими недостатками:
- наличие упругих элементов для вывешивания поплавка в рабочем положении существенно ограничивает диапазон изменения плотности измеряемой жидкости, в среднем до 10%, что неприемлемо для ряда продуктов нефтехимической и газовой промышленности. В частности для сжиженных углеводородных газов, где диапазон изменения плотности в одних и тех же рабочих объемах в зависимости от температуры может составлять 20 %, а также для других легкокипящих жидкостей;
взвешенное рабочее положение поплавка на упругих элементах ограничивает диапазон изменения давления измеряемой жидкости несколькими атмосферами (текстильная, пищевая промышленность), так как при большом диапазоне изменения давления в трубопроводе или рабочем объеме (в пять, десять, двадцать раз ... до 50 атм., что имеет место в нефтехимической и газовой промышленности) необходимость в заведомой прочности поплавка приведет к столь существенному увеличению его веса, что составляющая плотности в силе воздействия измеряемой жидкости на поплавок станет неприемлемо малой, а вызванное этим явлением увеличение жесткости упругих элементов сведет на нет измеряемый диапазон изменения плотности измеряемой жидкости;
взвешенное рабочее положение поплавка и необходимость регулировки его за счет добавления (изъятия) в него дроби при настройке на требуемый диапазон изменения плотности измеряемой жидкости, делает
3 невозможным применение указанного устройства для измерения плотности
жидкостей родственных по своему химическому составу но существенно различных по плотности и попеременно протекающих по одним и тем же трубопроводам и рабочим объёмам, например, различные нефтепродукты керосин, бензин, сжиженные углеводородные газы, в этом случае потребуется многократная настройка устройства на требуемый диапазон изменения плотности, потребуется так же остановка технологического процесса, всфытие устройства, его аттестация после механической настройки.
Технический результат и задача предлагаемой полезной модели заключаются в расширении диапазона изменения плотности и давления в рабочих объемах измеряемой жидкости, расширении таким образом технологических возможностей, повышении надежности и долговечности, упрощении конструкции.
Это достигнуто новыми техническими решениями, находящимися в причинно-следственно связи с техническими результатом.
Сущность заявленного устройства выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.
В устройстве для измерения плотности жидких сред, содержащем проточный корпус с крышками, поплавок жестко соединенный с сердечником, измерительный сосуд с дросселирующим отверстием жестко соединённым с крышкой, отличительными от прототипа признаками являются:
на крышке проточного корпуса установлен сильфонный разделитель сред предназначенный для заполнения его измерительной жидкостью, а также стакан, в котором размещен тензопреобразователь давления;
на другой крышке установлен электромагнит с возможностью взаимодействия с указанным сердечником;
//
4 сердечник установлен подвижно вдоль оси симметрии устройства и
упирается в рабочий элемент тензопреобразователя давления.
Приведенная совокупность существенных признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна.
На чертеже изображено предлагаемое устройство для измерения плотности жидких сред в разрезе.
Устройство содержит проточный корпус 1 с крышками верхней 2 и нижней 3. Крышки с помощью прокладок и болтовых соединений герметично закрывают проточный корпус. На нижней крышке 3 стойками 16 жестко закреплен измерительный сосуд 5 с дросселирующим отверстием 17. По оси симметрии измерительного сосуда 5 жестко закреплен на сердечнике 15 поплавок 4 полностью погруженный в измеряемую жидкость 28. Сердечник 15 установлен подвижно с возможностью осевого перемещения в направляющих фторопластовых втулках 10, 29. На верхней крышке расположен электромагнит 8, предназначенный для подъема поплавка с помощью тяговой площадки19 при настройке устройства.
Тяговая площадка 19 расположена на сердечнике 15. Арретир кулачковый 9 предназначен для фиксации поплавка при сборке, транспортировке и монтаже устройства в какой либо агрегат. Измерительный сосуд с отбойной стенкой 27 защищает поплавок от динамического воздействия на него протекающей в корпусе измеряемой жидкости 28. Дросселирующее отверстие 17 в верхней части кожуха на боковой его стенке, расположенное со стороны противоположной подводу в устройство измеряемой жидкости, через патрубок 25, обеспечивает гидростатическое выравнивание плотностей жидкости в потоке и в около поплавковом пространстве под измерительным сосудом, что при равенстве
5
температур в указанных пространствах обеспечивает идентичность свойств жидкости в потоке и под измерительным сосудом.
Расположение дросселирующего отверстия на противоположной стороне относительно входного патрубка 25 благоприятно сказывается на процессе дегазации жидкости, а также на противозасорении дросселирующего отверстия. На нижней крышке 3 установлен сильфонный разделитель сред 21 помещенный в корпус 7, имеющим отверстие 20, через которое измеряемая жидкость 28 заполняет этот корпус. На нижней крышке так же установлен стакан 24. Внутренние полости сильфонного разделителя сред 21 и стакана 24 соединены патрубком 23 и заполнены измерительной жидкостью 11. В стакане 24 размещен тензопреобразователь давления 6 с электрическими выводами 12 через герметизированный изолятор. Через отверстие 22 измерительная жидкость заполняет камеру 30 в корпусе тензопреобразователя давления 6. Измерительной жидкостью (трансформаторное масло, глицерин и т.д.) заполнены сильфонный разделитель сред, патрубок, стакан, камера 30 в корпусе тензопреобразователя давления без какого либо наличия воздуха в них.
Сердечник 15 своим концом 31 во время измерений постоянно упирается в рабочий элемент 18 тензопреобразователя давления. На верхней крышке 2 размещен предохранительный клапан 13 для аварийного сброса давления и манометр 14 для контроля давления и датчик температуры.
Устройство работает следующим образом. Измеряемая жидкость 28, проходя через входной патрубок 25, наполняет проточный корпус 1 и вытекает через патрубок 26. С помощью сильфонного разделителя сред 21 в измерительной жидкости 11, находящейся в камере 30 создается давление равное давлению измеряемой жидкости внутри проточного корпуса 1.
в зависимости от значения плотности измеряемой жидкости поплавок погружного типа, который заведомо имеет отрицательную плавучесть, концом 31 сердечника 15 воздействует на рабочий элемент 18 тензопреобразователя с той или иной (большей или меньшей) силой. В результате формируется электрический сигнал, поступающий через электрические выводы 12 в измерительную схему, где преобразовывается в информационный или управляющий сигнал, например, для систем автоматического регулирования.
Для проверки отсутствия воздействия давления измеряемой жидкости на рабочий элемент тензопреобразователя давления 18с помощью электромагнита 8 поднимают поплавок, проверяют показания тензопреобразователя давления, которые должны быть близки к нулю.
Работа полезной модели подтверждается следующей формулой
Fon  Р - Рвыт.  Р  РЖ -Упопл. (кг)
Роп-Р
РЖ (кг/м),
Упопл.
где Рвыт. - выталкивающая сила, действующая на поплавок со стороны измеряемой жидкости и зависящая от плотности этой жидкости (кг);
Р - вес поплавка в воздухе (кг);
Р оп - отрицательная плавучесть поплавка, сила воздействующая на рабочий элемент тензопреобразователя давления в результате совместного действия на поплавок его веса и архимедовой силы выталкивания со стороны измеряемой жидкости (кг);
Упопл. - объем поплавка (м);
РЖ - плотность измеряемой жидкости (кг/м). Из приведенного уравнения видно, что при отсутствии измеряемой
жидкости в проточном корпусе с тензометрического датчика снимают сигнал пропорциональный весу поплавка, который используют для вычисления значения плотности измеряемой жидкости.
При включенном магните и при наличии давления в проточном корпусе 1 такое же давление создается и в полости с измерительной жидкостью 11 и рабочий элемент 18 тензопреобразователя давления не имеет деформации и не выдает никаких сигналов в измерительную схему.
При выключенном магните устройство реагирует только на воздействие поплавка, отрицательная плавучесть которого зависит от плотности измеряемой жидкости.
На основании вышеизложенного можно утверждать, что предлагаемое устройство осуществимо в промышленности и имеет следующие показатели:
-достаточно высокую точность измерения;
-сравнительно малые габариты;
-расширенный диапазон измерений, так как может быть использовано для измерения плотности жидких сред открытых и находящихся под давлением в различных отраслях промышленности торговли и хозяйства таких как химической, текстильной, пищевой, при распределении и отпуске таких продуктов как сжиженный углеводородный газ, бензин, керосин, а так же других высоко или низкокипящих жидкостей;
-простота конструкции не требующая механической настройки при изменении или замене измеряемой жидкости или изменении её давления.
По предлагаемому устройству разработана проектно-конструкторская документация, изготовлены и испытаны образцы устройства. Испытания дали положительные результаты.
8