АНАЛИЗАТОР ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам измерений плотности жидкостей и средствам метрологического обеспечения средств измерений плотности жидкостей.
Уровень техники
Анализатор плотности предназначен для эксплуатации в составе эталонной установки для воспроизведения, хранения и передачи единицы объема жидкости при прецизионных измерениях плотности жидкости в условиях транспортирования по технологическим трубопроводам, а также для проведения поверки, калибровки и градуировки преобразователей плотности и каналов измерений плотности счетчиков-расходомеров массовых в условиях эксплуатации и лаборатории.
Принцип измерений плотности с использованием анализатора плотности основан на определении массы пробы жидкости, отобранной в анализатор плотности известной вместимости при температуре и давлении в трубопроводе. Плотность жидкости находят как частное от деления разности значений массы заполненного и пустого анализатора на значение вместимости анализатора при условиях отбора пробы жидкости. Давление, температуру жидкости и температуру тела анализатора определяют в момент отбора пробы жидкости при помощи средств измерений из комплекта эталонной установки.
Из уровня техники известен прибор для определения плотности жидкости под давлением, состоящий из цилиндрического резервуара, выполненного из нескольких свариваемых частей из нержавеющей стали, и двух запорных игл, расположенных на одной оси (см. [1] авторское свидетельство SU 142798 А1, МПК G01N 9/02, И.Л. Мархасин, И.А. Фахреев, Г.П. Мейнцер, опубл. в 1961 году).
Недостатком указанного прибора является невозможность обеспечения погрешности измерений плотности жидкости менее 0,4 кг/м3.
Из уровня техники известен пикнометр металлический для эталона единицы плотности (см. [2] патент RU 205581 U1, МПК G01N9/04, опубл. 22.07.2021), включающий верхнюю и нижнюю части, соединенные между собой сварным круговым швом, каждая из которых снабжена запорным краном, которые расположены соосно с пикнометром, а нижняя часть дополнительно оснащена аварийной предохранительной мембраной, при этом пикнометр выполнен из сплава нержавеющей стали с титаном.
3
3
3
Недостатком указанного пикнометра является невозможность обеспечения погрешности измерений плотности жидкости менее 0,1 кг/м, необходимой для прецизионных измерений плотности жидкости, а также для проведения поверки, калибровки и градуировки некоторых современных средств измерений плотности (например, эталонных преобразователей плотности с пределами допускаемой абсолютной погрешности от ±0,10 кг/м до ±0,20 кг/м).
В качестве наиболее близкого аналога, взятым за прототип, принимаем пикнометр металлический для эталона единицы плотности (см. [3] патент RU 206662 U1, МПК G01N 9/04, опубл. 21.09.2021), включающий верхнюю и нижнюю части, соединенные между собой сварным круговым швом, каждая из которых снабжена запорным краном, которые расположены соосно с пикнометром, а нижняя часть дополнительно оснащена аварийной предохранительной мембраной, при этом кромки верхней и нижней частей пикнометра выполнены со ступенчатым скосом для сварки.
3
Недостатком наиболее близкого аналога также является невозможность обеспечения погрешности измерений плотности жидкости менее 0,1 кг/м, необходимой для прецизионных измерений плотности жидкости, а также для проведения поверки, калибровки и градуировки некоторых современных средств измерений плотности.
Сущность полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является создание анализатора плотности для прецизионных измерений плотности жидкости и метрологического обеспечения средств измерений плотности жидкостей, обладающего повышенными метрологическими характеристиками.
3
Техническим результатом является снижение погрешности измерений плотности жидкости до значения, не превышающего 0,05 кг/м.
3
3
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет анализатора плотности для прецизионных измерений плотности жидкостей, включающего цилиндрический корпус в виде цельнометаллического сосуда с двумя горловинами, расположенными на одной оси, двумя запорными кранами, расположенными на горловинах, и предохранительный клапаном сброса давления, при этом емкость цилиндрического корпуса имеет метрологически оптимальную вместимость 1450±50 см, обеспечивающую пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений плотности жидкости ±0,05 кг/м.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - общий вид анализатора плотности для прецизионных измерений плотности жидкостей.
На фигуре обозначены следующие позиции: 1 - корпус; 2, 3 - горловина; 4, 5 - запорный кран; 6 - предохранительный клапан сброса давления.
Осуществление полезной модели
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет заявленного анализатора плотности для прецизионных измерений плотности жидкостей. Конструктивно анализатор состоит из цилиндрического корпуса (1) в виде цельнометаллического сосуда с двумя горловинами (2, 3), расположенными друг напротив друга на одной оси. На каждой горловине (2) и (3) установлен запорный кран (4) и (5), соответственно (см. фиг. 1). На корпусе (1) установлен предохранительный клапан сброса давления (6).
3
3
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является метрологически оптимальная вместимость емкости цилиндрического корпуса 1 анализатора, составляющая 1450±50 см. При этом следует отметить, что значение ±50 см, является допуском значений объема у различных анализаторов плотности, которые не могут быть точно одинаковыми в связи с технологией изготовления этих анализаторов плотности.
Применение заявленной вместимости позволяет обеспечить меньшую, по сравнению с аналогами, погрешность измерений плотности жидкости в силу выявленной зависимости погрешности измерений плотности от вместимости корпуса анализатора, определяемой формулой:
АП
3
где Δρ -абсолютная погрешность измерений плотности жидкости анализатором, кг/м;
ном
3
V - вместимость корпуса анализатора, см;
П
3
W, W- результаты взвешивания пустого и заполненного анализатора соответственно, г;
Гп
Гз
ΔМ, ΔМ - суммарная абсолютная погрешность значений массы наборов гирь, замещающих пустой и заполненный анализатор соответственно, г.
S - среднее квадратическое отклонение показаний весового устройства, г;
0,95
t - квантиль распределения Стьюдента, соответствующая количеству измерений, при котором было определено среднеквадратическое отклонение показаний весового устройства;
а
3
ρ - плотность атмосферного воздуха, г/см;
а
3
Δρ - абсолютная погрешность вычислений плотности атмосферного воздуха, г/см;
г
ρ - плотность материала гирь;
г
3
Δρ - отклонение плотности материала гирь от значения, принятого при вычислениях, г/см;
t
3
K - коэффициент изменения вместимости анализатора при изменении температуры жидкости, см/°С;
t
3
ΔK - погрешность определения коэффициента изменения вместимости анализатора при изменении температуры жидкости, см/°С;
P
3
K - коэффициент изменения вместимости анализатора при изменении давления жидкости, см/бар;
P
3
ΔK - погрешность определения коэффициента изменения вместимости анализатора при изменении давления жидкости, см/бар;
t - температура жидкости в анализаторе, °С;
Δt - погрешность средства измерений температуры в анализаторе, °С;
Р - давление жидкости в анализаторе, бар;
ΔР - погрешность средства измерений давления в анализаторе, бар.
3
Заявляемый анализатор обеспечивает пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений плотности жидкости ±0,05 кг/м.
Заявляемый анализатор плотности для прецизионных измерений плотности жидкостей работает следующим образом:
анализатор плотности эксплуатируется в составе эталонной установки для метрологического обеспечения средств измерений плотности жидкостей, в которую кроме одного или нескольких анализаторов плотности также входят средства измерений температуры и давления, весовое устройство (весы или компаратор массы), индикатор расхода, технологическая оснастка;
перед началом измерений промывают и сушат анализатор плотности;
взвешивают пустой анализатор плотности;
установку для метрологического обеспечения средств измерений плотности жидкостей подсоединяют к трубопроводу с анализируемой жидкостью;
открывают запорные краны 4 и 5;
выдерживают время, необходимое для стабилизации температуры жидкости;
закрывают запорные краны 4 и 5 и регистрируют температуру и давление анализируемой жидкости;
промывают и сушат снаружи анализатор плотности;
взвешивают заполненный жидкостью анализатор плотности;
определяют плотность жидкости как частное от деления разности значений массы заполненного и пустого анализатора на значение вместимости анализатора при условиях отбора пробы жидкости.