Плотномер

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к области измерения плотности жидкостей, и может быть использована при разработке измерителей плотности различных, в том числе и взрывоопасных, жидкостей в резервуарах.
Известен автоматический плотномер с магнитным уравновешиванием выталкивающей силы, действующей на полностью или частично погруженный в контролируемую жидкость поплавок, содержащий поплавок со встроенным или закрепленным на нем сердечником из магнитомягкого или магнитотвердого материала, соленоид, систему контроля положения поплавка, регулятор величины тока, протекающего по обмотке соленоида, и измерительный прибор, измеряющий величину этого тока [Кацнельсон О. Г., Эдельштейн А. С. Автоматические измерительные приборы с магнитной подвеской. - М.: «Энергия», 1970, 216c.].
Недостатком автоматического плотномера с магнитным уравновешиванием выталкивающей силы являются большие и постоянные затраты энергии на поддержание магнитного поля для уравновешивания поплавка, что затрудняет использование плотномера для автономного, а не лабораторного использования.
Известен плотномер для жидкости, содержащий погруженный в жидкость уравновешенный вертикально перемещающийся тороидальный поплавок с размещенными в нем магнитами, средство для уравновешивания поплавка, например цепочки, преобразователь перемещения поплавка в электрический сигнал, помещенный в трубчатый корпус из немагнитного материала, охватываемый тороидальным поплавком, причем преобразователь перемещения поплавка выполнен в виде магнитострикционного волновода с расположенной на нем катушкой считывания и подключенным к нему формирователем импульсов [Патент РФ № 2273838. МПК G01N9/12. Опубл. 10.04.2006, бюлл. № 10].
Недостатком такого плотномера является необходимость выполнения звукопровода жестким, что ограничивает его использование в высоких резервуарах, а также большая амплитуда импульса через магнитострикционный волновод, особенно при большой длине волновода, что затрудняет обеспечение условий искро- и взрывобезопасности при использовании плотномера для нефтепродуктов. Также в таком плотномере могут возникнуть дополнительные погрешности из-за соприкосновения поплавка и трубчатого корпуса, что приводит к дополнительному влиянию сил (поверхностного) притяжения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании такого плотномера, который позволяет повысить экономичность работы, уменьшить ошибку измерения плотности и способен работать во взрывоопасной среде.
Поставленная задача достигается за счет того, что плотномер содержит тороидальный поплавок, в котором размещены два разнесенных по высоте кольцевых магнита с радиально ориентированными магнитными полями, причем магнитное поле верхнего магнита направлено южным полюсом к центру, а магнитное поле нижнего магнита направлено северным полюсом к центру. В отверстие поплавка с зазором помещена трубка из немагнитного материала, жестко закрепленная к днищу (и, или крыше) резервуара. В трубке вертикально размещен линейный магнит с магнитным полем, направленный  южным полюсом кверху. Выше верхнего и ниже нижнего магнита в трубке размещены датчики магнитного поля, электрически, подключенные к блоку обработки и измерению.
Кроме того, согласно заявляемому техническому решению, в трубке установлены два магнита выше верхнего и ниже нижнего датчиков магнитных полей, причем магнитные поля этих магнитов ориентированы вдоль трубки, и направлены навстречу магнитным полям ближайших к ним магнитов трубки.
Также, согласно заявляемому техническому решению, снаружи трубки зафиксировано два кольцевых ограничителя перемещения поплавка выше верхнего и ниже нижнего датчиков магнитных полей.
Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1-3, где представлены схемы реализации плотномера.
Плотномер (фиг. 1) состоит из тороидального поплавка 4 с двумя разнесенными кольцевыми магнитами 5 и 8, имеющими радиально ориентированное магнитное поле. В отверстие поплавка вставлена трубка из немагнитного материала 3, внутри трубки размещены два центральных линейных магнита 6 и 7 со встречно ориентированными магнитными полями, датчики магнитных полей 2 и 9, а в верхней части трубки размещен блок обработки и измерения 1. Поплавок помещен в жидкость 10, плотность которой измеряется.
Плотномер (фиг. 2) состоит из тороидального поплавка 4 с двумя разнесенными кольцевыми магнитами 5 и 8, имеющими радиально ориентированное магнитное поле. В отверстие поплавка вставлена трубка из немагнитного материала 3, внутри трубки размещены два центральных линейных магнита 6 и 7 со встречно ориентированными магнитными полями, датчики магнитных полей 2 и 9, внешние линейные магниты 11 и 12, магнитные поля которых встречно направлены по отношению к магнитным полям центральных магнитов 6 и 7 соответственно, а в верхней части трубки размещен блок обработки и измерения 1. Поплавок помещен в жидкость 10, плотность которой измеряется.
Плотномер (фиг. 3) состоит из тороидального поплавка 4 с двумя разнесенными кольцевыми магнитами 5 и 8, имеющими радиально ориентированное магнитное поле. В отверстие поплавка вставлена трубка из немагнитного материала 3, снаружи которой зафиксировано два кольцевых ограничителя перемещения поплавка 13 и 14, а внутри трубки размещены два центральных линейных магнита 6 и 7 со встречно ориентированными магнитными полями, датчики магнитных полей 2 и 9, внешние линейные магниты 11 и 12, магнитные поля которых встречно направлены по отношению к магнитным полям центральных магнитов 6 и 7 соответственно, а в верхней части трубки размещен блок обработки и измерения 1. Поплавок помещен в жидкость 10, плотность которой измеряется.
Заявляемое техническое решение поясняется во взаимодействии между отдельными элементами в процессе работы.
На поплавок 4, кроме магнитных сил из-за взаимодействия кольцевых магнитов 5 и 8 поплавка с центральными линейными магнитами 6 и 7 трубки действуют сила тяжести и сила выталкивания. Поплавок тем больше смещается вверх относительно своего среднего положения, чем больше плотность жидкости. При соответствующем выборе объема и массы поплавка величина его смещения относительно линейных магнитов трубки может быть пересчитана в плотность жидкости. Это смещение может быть измерено бесконтактным способом с помощью датчиков магнитных полей 2 и 9, включенных последовательно друг с другом таким образом, что их сигналы вычитаются. Общий выходной сигнал датчиков поступает на вход блока обработки и измерения 1.
Внешние линейные магниты 11 и 12 в трубке 3, магнитные поля которых направлены встречно по отношению к магнитным полям центральных магнитов 6 и 7 соответственно, предназначены для компенсации действия на датчики магнитного поля 2 и 9 полей от центральных линейных магнитов 6 и 7, что может улучшить чувствительность датчиков магнитного поля по отношению к магнитному полю магнитов 5 и 8 поплавка.
Перемещение поплавка 4 по вертикали может быть ограничено тороидальными ограничителями перемещения 13 и 14, что может быть полезно при транспортировке и монтаже, чтобы за счет внешних сил поплавок не был смещен за пределы действия магнитных полей центральных магнитов.
Технические результаты: обеспечение высокой экономичности (все элементы, за исключением датчиков магнитного поля и измерительной схемы, не требуют питания), способность работы во взрывоопасных средах, так как отсутствуют высокие токи и напряжения, возможность измерения плотности в емкостях любой высоты, так как диэлектрическая трубка может быть гибкой, что упрощает ее транспортировку и монтаж, уменьшение погрешности измерения уровня, так как тороидальный поплавок центрирован по отношению к трубке.