Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения плотности жидкости, в том числе пожаро- и взрыво-опасных жидкостей.
Известно устройство, для непрерывного измерения плотности жидкости, содержащее полностью погруженный в жидкости поплавок, который закреплен с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, оптоэлектронный преобразователь, включающий в себя: шток - толкатель, оптическую решетку, два светодиода, два фотодиода, оптоэлектронный преобразователь, блок обработки информации и блок индикации (Патент на полезную модель РФ №55986. 2006 г.).
Предлагаемое устройство является дополнительным к «Патенту на полезную модель РФ №55986. Бюл. №24, 27.08. 2006 г.»).
Задачей изобретения является создание надежного и простого в эксплуатации искро-, взрыво-безопасного 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, имеющий сквозное отверстие, закрепленный с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, крепящиеся к стенке емкости, шток-толкатель, отличающееся тем, что в данное устройство встроен оптоволоконный преобразователь (ОВП) перемещения, включающий в себя: опорную стальную пластину, армированную твердой резиной, рифленую из мягкой резины пластину с пазом, для оптоволокна, оптоволоконный кабель датчика, два оптоволоконных кабеля связи, четыре оптических разъема, входной оптоволоконный кабель связи, светоизлучающий диод, формирователь импульсов, выходной оптоволоконный кабель связи, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки данных.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем (ОВП).
На фиг.2 схема оптоволоконного преобразователя перемещения.
Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем содержит два кронштейна 1, крепящиеся к стенке емкости 2, плотность жидкости в которой измеряют, к кронштейнам одними концами закреплены сильфоны 3 и 4, другие концы которых герметично закреплены на поплавке 5, имеющим по центру сквозное отверстие, соединяющее полости сильфонов 3 и 4, шток-толкатель 6, патрубок 7, оптоволоконный преобразователь перемещения 8, закрепленный в патрубке 7, состоящий из стальной армированной твердой резиной пластины 9, рифленой из мягкой резины пластины 10 с пазом для оптоволокна, оптоволоконный кабель датчика 11, уложенный в паз рифленой резиновой пластины 10, оптоволоконные кабели 12 и 13, оптические разъемы 14, входной оптоволоконный кабель связи 15, соединенный одним концом с первым разъемом 14, светоизлучающий диод 16, выход излучения которого соединен со вторым концом оптоволоконного кабеля 15, формирователь импульсов 17, выход которого соединен с входом светоизлучающего диода 16, кабель связи 18, фотоприемник 19, вход которого соединен с оптоволоконным кабелем связи 18, который соединен со вторым оптическим разъемом 14, усилитель сигнала 20, детектор сигнала 21, АЦП 22, выход фотоприемника 19 соединен с входом усилителя сигнала 20, выход которого соединен с входом детектора сигнала 21, блок обработки данных 23, вход которого соединен с выходом детектора сигнала 21, алфавитно-цифровая индикация 24, вход которой соединен с выходом блока обработки данных 23.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
При заполнении емкости 2 жидкостью, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 5 перемещается и через шток-толкатель 6 перемещает армированную твердой резиной стальную пластину 9 вверх, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 5 перемещается и через шток-толкатель 6 перемещает армированную твердой резиной стальную пластину 9 вверх, которая с учетом эластичности резиновой рифленой пластины 10, выпрямляет (уменьшает изгибы) оптоволоконный кабель 11 оптоволоконного преобразователя 8, принцип действия оптоволоконного преобразователя 8 основан на изменении мощности пропускаемого через оптоволоконный кабель 11 при давления штока-толкателя 6 через пластину 9 в плоскости изогнутого оптоволокна, в оптоволокне происходит увеличение сигнала при выпрямлении оптоволоконного кабеля 11 или затухание при уменьшении радиуса изгиба. Данный преобразователь относится к амплитудным датчикам, в котором выполняются зависимости:
тогда , где - высота перемещения штока-толкателя,  - плотность жидкости,  - амплитуда выходного напряжения. Таким образом, плотность увеличивается, поплавок 5 поднимается вверх и воздействуя на оптоволоконный кабель 11 давлением пластины 9 выпрямляет оптоволокно, тем самым на выходе увеличивается амплитуда сигнала, пропорционально плотности жидкости и, наоборот при уменьшении плотности, амплитуда уменьшается.
Для предотвращения колебаний поплавка 5 от волнения жидкости, которое может возникнуть при каких либо ударах, толчках, колебаниях емкости 2 или под действием завихрений проходящей жидкости служат сильфоны 3 и 4, которые выполняют роль демпферов и способствуют уменьшению колебаний поплавка 5, что значительно повышает точность измерения плотности жидкости. Перед началом работы, устройство для измерения плотности жидкости, калибруют.За первоначальную точку отсчета принимается плотность жидкости равную .
Рассчитав объем и вес поплавка можно получить заданную точность измерения плотности жидкости.
В качестве оптоволоконного кабеля можно использовать многомодовое волокно с диаметром сердцевины 50 мкМ и оболочки 125 мкМ. Входные и выходные участки оптоволокна связи помещают в бронированный микрокабель, на концах участков ввода-вывода излучения оптоволокна установлены оптические разъемы.