УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY

Изобретение относится к области измерений плотности жидкости в технологических аппаратах без избыточного давления и может быть использовано для определения концентрации азотной кислоты, тяжелых элементов и других веществ в технологических растворах радиохимического производства при переработке отработанного ядерного топлива.
Известно устройство (см. фиг.1) измерения плотности жидкости в аппаратах без избыточного давления [И.П.Глыбин. Автоматические плотномеры. Киев, “Техника”, 1965 г., стр.82, рис.42; С.С.Кивилис. Плотномеры. Москва, “Энергия”, 1980 г., стр.212, рис.8-86; Ф.Л.Гильдин и др. Гидростатический плотномер. А.С. СССР №516943, G01N 9/28], содержащее барботажный (“пузырьковый”) датчик в виде двух барботажных разновысотных трубок 1 и 2, погруженных в контролируемую жидкость, задатчик расходов воздуха 3 и дифманометр 4. Минусовая трубка датчика 2 подключена к задатчику расходов воздуха и дифманометру через компенсационный сосуд 5.
Основная задача применения компенсационного сосуда - скомпенсировать часть перепада рабочего датчика, которая определяется растворителем, чтобы на дифманометр подавался перепад давлений, зависящий только от концентрации интересующего компонента.
В компенсационном сосуде размещена барботажная трубка 6. Жидкость в сосуде малоиспаряющаяся (для сохранения уровня рабочей жидкости) со стабильной во времени плотностью с тем, чтобы максимально зафиксировать перепад давления воздуха, формируемый компенсационным сосудом. Точность поддержания перепада в датчике компенсационного сосуда не хуже точности поддержания перепада, формируемого рабочим датчиком.
Глубина погружения барботажной трубки в компенсационном сосуде выбирается такой, чтобы скомпенсировать ту часть перепада давлений воздуха в рабочем датчике, которая определяется растворителем, и в итоге на дифманометр подается результирующий перепад от системы “рабочий датчик-компенсационный сосуд”, соответствующий только концентрационной составляющей плотности.
Недостатком известного устройства является то, что на длительный период в данном устройстве застабилизировать уровень рабочей жидкости в компенсационном сосуде не удается из-за неизбежного уноса рабочей жидкости барботирующим воздухом. В лучшем случае стабильный компенсационный перепад удается сохранить несколько дней (межпроверочный интервал). Поэтому данное устройство не получило большого распространения.
Более предпочтительно устройство [И.П.Глыбин. Автоматические плотномеры. Киев, “Техника”, 1965 г., стр.79, рис.39].
Оно является прототипом заявляемого устройства, наиболее близко к нему по конструкции и показано на фиг.2.
Здесь два компенсационных сосуда 5 и 7 с барботажными трубками. Через компенсационные сосуды к задатчику расходов воздуха 3 подключаются как минусовая 2, так и плюсовая 1 трубки рабочего датчика. Разность глубин погружения пневмотрубок 6 и 8 в рабочие жидкости компенсационных сосудов подбирается таким образом, чтобы разность перепадов, формируемых сосудами, была точно равна доле перепада рабочего датчика, соответствующей растворителю, и направлена встречно ей.
Межпроверочный интервал при обслуживании данного устройства доведен до нескольких недель, так как уносы рабочей жидкости в сосудах при одинаковых расходах воздуха практически одинаковы и уровни жидкости в сосудах уменьшаются синхронно. Разность перепадов компенсационных сосудов, вычитаемую из перепада рабочего датчика, как часть, соответствующую растворителю, удается поддерживать постоянной в течение гораздо большего промежутка времени. Временная стабильность устройства существенно возрастает. Межпроверочный интервал устройства при его обслуживании увеличивается в несколько раз по сравнению с представленным на фиг.1.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, являлось дальнейшее увеличение надежности работы и временной стабильности устройства и, как следствие, еще большее увеличение длительности межпроверочного интервала.
Поставленная задача решается в заявляемом устройстве исключением барботажных трубок из компенсационных сосудов прототипа, что предотвращает унос рабочей жидкости, и подключением нижних частей сосудов к измерительным камерам дифманометра с подачей рабочих жидкостей сосудов непосредственно в камеры.
Конструкция предлагаемого устройства представлена на фиг.3.
Как и в прототипе, к задатчику расходов воздуха 3 подключены минусовая 2 и плюсовая 1 трубки рабочего датчика.
Вблизи дифманометра 4 установлены вертикально жестко связанные между собой два сосуда 5 и 6 с одинаковыми внутренними диаметрами, заполненные рабочей жидкостью. Нижние части сосудов соединены со входами измерительных камер дифманометра. Измерительные камеры дифманометра расположены заведомо ниже сосудов, чтобы исключить создание «воздушных» мешков и пробок.
Воздушные пространства верхних частей сосудов подсоединены к плюсовой и минусовой барботажным трубкам 1 и 2 датчика плотномера. В каждой из измерительных камер дифманометра действует сумма двух давлений: давление гидростатического столба жидкости сосуда и давление барботажной трубки датчика. Таким образом, на входе дифманометра действует результирующий перепад давлений воздуха, являющийся разностью этих суммарных перепадов.
Уровни заполнения сосудов жидкостью таковы, что разница давлений гидростатических столбов жидкости в сосудах в точности равна доле перепада давлений рабочего датчика плотномера, соответствующей растворителю, и направлена встречно ей. На диафрагму дифманометра действует перепад давлений воздуха, соответствующий только концентрационной составляющей измеряемой плотности жидкости.
Конструкция и соединения сосудов таковы, что исключают создание «воздушных» мешков и пробок в камерах дифманометра и на коммуникациях от сосудов к камерам.
Компенсационные сосуды заполнены малоиспаряющейся жидкостью. При отсутствии такой жидкости допустимо использование воды. Даже с водой при отсутствии уноса межпроверочный интервал плотномера должен увеличиться по сравнению с известным устройством на порядок и достигнуть нескольких месяцев.
Главным отличием предлагаемого устройства от известного и преимуществом перед ним является то, что с исключением барботажных трубок из компенсационных сосудов устранен существенный источник нестабильности работы компенсационных сосудов - унос рабочей жидкости из сосудов. Это позволяет застабилизировать уровни жидкости в сосудах во много раз и увеличить длительность межпроверочного интервала на порядок.
В процессе работы над новым устройством был введен в его конструкцию еще один отличительный элемент - уравнительный вентиль 7 (фиг.3).
Уравнительный вентиль подключен к нижним частям компенсационных сосудов ниже уровней рабочей жидкости.
Он переводится в открытое состояние в момент, когда в аппарате, в котором установлен датчик плотномера, находится один растворитель без растворенного вещества.
Жидкость перетекает из одного компенсационного сосуда в другой сосуд до полного уравнивания давлений в измерительных камерах дифманометра (то есть до тех пор, пока в них не установится гидростатический баланс, так называемый “концентрационный нуль”). Перепад давлений от разницы в высотах гидростатических столбов жидкости в компенсационных сосудах в этот момент в точности равен перепаду от рабочего датчика, помещенного в растворитель, и направлен встречно ему. Суммарный перепад, фиксируемый дифманометром, будет равен нулю. После окончания переходного процесса уравнительный вентиль закрывается.
Эта операция «подстройки концентрационного нуля» предлагаемого устройства эквивалентна операции проверки нуля стандартных дифманометров. Там также применяется уравнительный вентиль. Ряд стандартных дифманометров при выпуске из производства конструктивно снабжается таким вентилем.
Опытный образец предлагаемого устройства был разработан, изготовлен и испытан на стенде.
Начало опытной эксплуатации предлагаемого устройства показало, что его надежность и временная стабильность существенно увеличились и можно рассчитывать на увеличение межпроверочного интервала до 10 месяцев непрерывной работы, что на порядок превысит длительность межпроверочного периода известного устройства.