RU2710082C1 - Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions) - Google Patents

Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2710082C1
RU2710082C1 RU2019110737A RU2019110737A RU2710082C1 RU 2710082 C1 RU2710082 C1 RU 2710082C1 RU 2019110737 A RU2019110737 A RU 2019110737A RU 2019110737 A RU2019110737 A RU 2019110737A RU 2710082 C1 RU2710082 C1 RU 2710082C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
float
plunger
density
cylindrical
Prior art date
Application number
RU2019110737A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Ивандаев
Original Assignee
Сергей Иванович Ивандаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Иванович Ивандаев filed Critical Сергей Иванович Ивандаев
Priority to RU2019110737A priority Critical patent/RU2710082C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710082C1 publication Critical patent/RU2710082C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/10—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing bodies wholly or partially immersed in fluid materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to methods and apparatus for determining liquid density. Device for measuring density of liquid includes a container with liquid and an open cylindrical thin-walled shell of constant diameter, which acts as a float or plunger, depending on density of liquid, upper edge of float barrel has conical expansion, protruding beyond its diameter, behind which regularly located along circle circumferential centering on conical grips float is freely suspended to cylindrical end washer of linear drive armature with fixed on it cylindrical sensitive element of electronic scales so that between end face of float and cylindrical sensitive element there is gap, plunger body in the form of a constant-diameter cylinder has a shank with an end washer lying on the cylindrical sensitive element of electronic scales, located in the cylindrical box, upper plane of cylindrical box is fixed on armature of linear drive coaxially to it, liquid container is introduced vertically with tube for supply of liquid into it with valve installed on it, vessel has overflow device located along perimeter of capacity and connected to vertical tube for discharge of poured liquid into collecting bowl with a drain tube equipped with a valve. In method with float cylindrical float is immersed into liquid and its coordinate z1 and pushing force F1 are measured, after which float is additionally immersed in liquid and coordinate z2 and pushing force F2 are measured, wherein constant level of liquid is maintained. Liquid density is calculated by formula: ρL=4(F2-F1)/[gπD2(z2-z1)], where g is gravitational acceleration; D is diameter of float. In method with plunger cylindrical plunger is weighed before immersion, then immersed in liquid and its coordinate is measured z1 and force F1, acting on the balance, after which the plunger is additionally immersed into the liquid and the float coordinate z2 and force F2 are measured, wherein constant level of liquid is maintained. Liquid density is calculated by formula: ρL=4[F2-F1+ρgg(z2-z1)]/[gπD2(z2-z1)], where ρg is reference gas density or calculated by formula: ρg=(G0-F0)/g/V0, where G0 is plunger weight in vacuum; F0 is plunger weight in gas medium; V0 plunger volume.
EFFECT: high accuracy of measurements in a wide range of variation of density of liquids, elimination of subjective errors during measurements and automation of the measurement process.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам определения плотности жидкости.The invention relates to methods and devices for determining the density of a liquid.

Известны способы определение плотности жидкостей, состоящие в определении силы Архимеда, действующей на погруженное в жидкость тело - поплавок, которая равна весу вытесненной поплавком жидкости. Измеряют вес поплавка G, который плавает в жидкости, и определяют объем V погруженной в жидкость части поплавка, и вычисляют плотность жидкости (С.С. Кивилис. Плотномеры. М., Энергия, 1980). Поскольку в состоянии равновесия поплавка сила Архимеда равна весу поплавка, плотность жидкости определяют по формуле:Known methods for determining the density of liquids, consisting in determining the force of Archimedes acting on a body immersed in a liquid - a float, which is equal to the weight of the liquid displaced by the float. The weight of the float G, which floats in the liquid, is measured, and the volume V of the part of the float immersed in the liquid is determined, and the density of the liquid is calculated (S. S. Kivilis. Density meters. M., Energy, 1980). Since in the equilibrium state of the float, the Archimedes force is equal to the weight of the float, the density of the liquid is determined by the formula:

ρL=G/V/g, где:ρ L = G / V / g, where:

G - вес поплавка;G is the weight of the float;

V - объем, погруженный в жидкость;V is the volume immersed in the liquid;

g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.

Здесь и далее под поплавком понимается тело, погружаемое в жидкость, которое имеет положительную плавучесть, а под плунжером понимается тело, которое заведомо тонет в жидкости.Hereinafter, a float means a body immersed in a liquid that has positive buoyancy, and a plunger means a body that deliberately drowns in a liquid.

Недостатком такого способа, именуемого ареометрическим, является необходимость создания разных ареометров для конкретных жидкостей, невысокая точность, в том числе за счет возможных субъективных ошибок при определении величины погружения поплавка в жидкость, влияние образования мениска на поплавке и необходимость его специального учета, и сложность автоматизации измерения.The disadvantage of this method, called areometric, is the need to create different hydrometers for specific liquids, low accuracy, including due to possible subjective errors in determining the value of immersion of the float in the liquid, the influence of the formation of the meniscus on the float and the need for its special accounting, and the difficulty of measuring automation .

Ареометрическим способом предложено измерять не только плотность жидкости, но по известной плотности жидкости определять, например, ее уровень в замкнутых сосудах известных размеров. Это осуществляют за счет подвешивания в сосуде неподвижного цилиндра (плунжера) и измерения усилия на подвесе (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). Фактически такой способ позволяет осуществлять измерение силы Архимеда, действующей на неподвижный плунжер при любом положении уровня жидкости при известной плотности, но плотность можно определить только при известном весе и объеме плунжера.By the areometric method, it is proposed to measure not only the density of the liquid, but to determine, for example, its level in closed vessels of known sizes by the known density of the liquid. This is accomplished by hanging a fixed cylinder (plunger) in the vessel and measuring the suspension force (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). In fact, this method allows the measurement of the Archimedes force acting on a stationary plunger at any position of the liquid level at a known density, but the density can be determined only with a known weight and volume of the plunger.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ, согласно которому для определения плотности жидкости используют полное погружение в нее неподвижного плунжера, подвешенного на тонкой нити к чувствительному элементу (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). При точно известных значениях объема и веса плунжера определяется плотность жидкости. Чем больше размер плунжера, тем точнее можно определить плотность жидкости.The closest analogue of the proposed method is a method according to which to determine the density of the liquid using complete immersion in it of a stationary plunger suspended on a thin thread from a sensitive element (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). With precisely known values of the volume and weight of the plunger, the density of the liquid is determined. The larger the size of the plunger, the more accurately you can determine the density of the fluid.

Недостатком указанного способа измерения плотности жидкости является полное погружение плунжера в жидкость, необходимое для исключения влияния на измерения сил поверхностного натяжения. Погружение поплавка в жидкость исключает появление мениска на его поверхности, а появлением мениска на тонкой нити подвеса можно пренебречь. В связи с этим при расчете плотности используют точные значения веса и объема плунжера. Это приводит к снижению диапазона равноточного измерения плотности жидкостей. Действительно, если плунжер не всплывает в очень тяжелой жидкости, то сила Архимеда может быть лишь незначительно меньше веса плунжера. При этом их разность может быть измерена достаточно точно. При использовании того же плунжера в очень легкой жидкости возникающая сила Архимеда может оказаться значительно меньше веса плунжера, и точность ее измерения может оказаться недостаточной. Кроме того, в таком методе необходим очень тонкий подвес плунжера (использована полиамидная нить диаметром 0.1 мм). Это существенно усложняет использование способа на практике, а именно, опорожнение прибора при смене жидкости, чистка и сушка тяжелого плунжера на тонком подвесе и т.д.The disadvantage of this method of measuring fluid density is the complete immersion of the plunger in the fluid, necessary to exclude the influence of surface tension forces on the measurements. Immersion of the float in the liquid eliminates the appearance of a meniscus on its surface, and the appearance of a meniscus on a thin suspension thread can be neglected. In this regard, when calculating the density, the exact values of the weight and volume of the plunger are used. This leads to a decrease in the range of equidistant measurement of the density of liquids. Indeed, if the plunger does not float in a very heavy fluid, then the force of Archimedes can be only slightly less than the weight of the plunger. Moreover, their difference can be measured quite accurately. When using the same plunger in a very light fluid, the resulting Archimedes force may turn out to be significantly less than the weight of the plunger, and the accuracy of its measurement may be insufficient. In addition, this method requires a very thin suspension of the plunger (a polyamide thread with a diameter of 0.1 mm was used). This significantly complicates the use of the method in practice, namely, emptying the device when changing the fluid, cleaning and drying a heavy plunger with a thin suspension, etc.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа измерения плотности жидкости в широком диапазоне изменения, исключение субъективных ошибок при измерениях и автоматизация всего процесса.The problem to which the invention is directed is the development of a method for measuring liquid density in a wide range of changes, the elimination of subjective errors in measurements and the automation of the whole process.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение точности измерений в широком диапазоне изменения плотности жидкостей, исключение субъективных ошибок при измерениях и легкая автоматизация процесса измерений.The technical result achieved in the claimed invention is to increase the accuracy of measurements in a wide range of changes in the density of liquids, the elimination of subjective errors in measurements and easy automation of the measurement process.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что до погружения поплавка в жидкость ее заливают в емкость до установления в ней ее максимального уровня, который определяется переливом жидкости через кромку емкости. После этого цилиндрический поплавок калиброванного диаметра, за счет приложения к нему вертикальной силы частично погружают в жидкость и измеряют координату поплавка z1 относительно его исходного положения и действующую на него со стороны жидкости выталкивающую силу F1. После чего за счет увеличения вертикальной силы дополнительно погружают поплавок в жидкость и измеряют координату поплавка z2 относительно его исходного положения и действующую на него со стороны жидкости выталкивающую силу F2. При погружениях поплавка поддерживают постоянный уровень жидкости в емкости за счет перелива ее через кромку емкости. После этого плотность жидкости рассчитывают по формуле:Obtaining the technical result of the invention is due to the fact that prior to immersion of the float in the liquid, it is poured into the tank until it reaches its maximum level, which is determined by the overflow of liquid through the edge of the tank. After that, a cylindrical float of calibrated diameter, due to the application of a vertical force to it, is partially immersed in the liquid and the coordinate of the float z 1 relative to its initial position and the buoyancy force F 1 acting on it from the liquid side are measured. Then, by increasing the vertical force, the float is additionally immersed in the liquid and the coordinate of the float z 2 relative to its initial position and the buoyant force F 2 acting on it from the liquid side are measured. When diving the float maintain a constant liquid level in the tank by overflowing it over the edge of the tank. After that, the density of the liquid is calculated by the formula:

ρL=4(F2-F1)/[gπD2(z2-z1)], где:ρ L = 4 (F 2 -F 1 ) / [gπD 2 (z 2 -z 1 )], where:

D - диаметр поплавка.D is the diameter of the float.

В другом варианте изобретения получение технического результата осуществляется за счет того, что неподвижный цилиндрический плунжер калиброванного диаметра, исходно расположенный над емкостью, заполненной жидкостью до верхней кромки, взвешивают и определяют силу F0, действующую на весы со стороны сухого плунжера до его погружения в жидкость. Отсюда определяют плотность газа:In another embodiment of the invention, the technical result is obtained due to the fact that the fixed cylindrical plunger of calibrated diameter, initially located above the container filled with liquid to the upper edge, is weighed and the force F 0 acting on the balance from the dry plunger before it is immersed in the liquid is determined. From here, the gas density is determined:

ρg=(G0-F0)/g/V0, где:ρ g = (G 0 -F 0 ) / g / V 0 , where:

G0 - собственный вес плунжера (в вакууме), который определяют заранее;G 0 - dead weight of the plunger (in vacuum), which is determined in advance;

V0 - объем плунжера, также заранее определенный.V 0 - the volume of the plunger, also predetermined.

Затем частично погружают плунжер в жидкость за счет вертикального перемещения вниз в емкость с жидкостью. Перемещение осуществляют настолько, что часть плунжера частично оказывается под уровнем жидкости. Измеряют координату плунжера z1 относительно его исходного положения и силу F1 воздействия плунжера на весы. После этого дополнительно перемещают плунжер вниз и измеряют координату плунжера z2 относительно его исходного положения и силу F2 воздействия плунжера на весы. Плотность жидкости рассчитывают по формуле:Then, the plunger is partially immersed in the liquid due to vertical movement down into the container with the liquid. The movement is carried out so that part of the plunger is partially below the liquid level. Measure the coordinate of the plunger z 1 relative to its initial position and the force F 1 the impact of the plunger on the scale. After that, the plunger is additionally moved down and the coordinate of the plunger z 2 relative to its initial position and the force F 2 of the plunger impact on the balance are measured. The density of the liquid is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Здесь для плотности газа ρg используют выше рассчитанную величину, или справочное значение.Here, for the gas density ρ g , the above calculated value, or reference value, is used.

Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что при таком способе исключается какое-либо влияние поверхностного натяжения жидкости на расчет плотности. Действительно, мениск образуется на цилиндрической части поплавка или плунжера в обоих случаях погружения в жидкость, но при этом он вносит одинаковый вклад в измеренные силы F1 и F2, и не сказывается на разности этих сил. Кроме того, при таком способе в зависимости от ожидаемой плотности жидкости можно изменять разницу уровней (z2-z1), повышая диапазон и точность измерения. При этом легко автоматизировать процесс измерений.An advantage of the present invention is that with this method, any influence of the surface tension of the liquid on the density calculation is eliminated. Indeed, the meniscus is formed on the cylindrical part of the float or plunger in both cases of immersion in the liquid, but at the same time it makes the same contribution to the measured forces F 1 and F 2 , and does not affect the difference of these forces. In addition, with this method, depending on the expected density of the liquid, you can change the difference in levels (z 2 -z 1 ), increasing the range and accuracy of measurement. It is easy to automate the measurement process.

Предлагаемый способ поясняется Фиг. 1-2. На Фиг. 1 представлена схема измерений при погружении подвижного поплавка в жидкость, находящуюся в неподвижной емкости, а на Фиг. 2 - схема варианта способа с подвижным плунжером.The proposed method is illustrated in FIG. 1-2. In FIG. 1 shows a measurement scheme when a movable float is immersed in a liquid in a fixed container, and FIG. 2 is a diagram of a variant of the method with a movable plunger.

На Фиг. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа. В исходном состоянии (Фиг. 1а) поплавок 1 удерживают над жидкостью, его начальное положение определяют неподвижной базовой плоскостью 0-0, от которой отсчитывают перемещения поплавка. Выбор положения базовой плоскости 0-0 на измерения влияния не оказывает и может быть произвольным. Выталкивающей силой, действующей на поплавок со стороны газа, пренебрегают. При измерениях определяют силу, действующую на чувствительный элемент 2 электронных весов со стороны торца поплавка. В положении Фиг. 1а на чувствительный элемент действует нулевая сила. Постоянный уровень жидкости поддерживают за счет переливного устройства (не показано). В положении Фиг. 1б поплавок принудительно погружен в жидкость так, что выталкивающая сила Архимеда F1Ar превосходит собственный вес поплавка G, и их разность может быть измерена с требуемой точностью. Измеряют вертикальную координату z1 торца поплавка по отношению к плоскости 0-0 отсчета и силу F1=F1Ar-G, действующую на чувствительный элемент 2. В положении Фиг. 1в поплавок дополнительно погружен в жидкость. Измеряют его вертикальную координату z2 и силу F2=F2Ar-G, действующую на чувствительный элемент 2. Отсюда разность измеренных усилий равна F2-F1=F2Ar-F1Ar. Очевидно, что при перемещении поплавка на z2-z1 из положения 1 в положение 2 поплавок дополнительно вытесняет объем жидкости, равный V=(z2-z1)πD2/4, а на этот дополнительный объем действует дополнительная выталкивающая сила Архимеда, равная F2Ar-F1Ar=F2-F1. Диаметр поплавка D измеряют заранее с высокой точностью. По результатам измерения плотность жидкости рассчитывают по формуле, приведенной выше.In FIG. 1 presents a diagram of the implementation of the proposed method. In the initial state (Fig. 1a), the float 1 is held above the liquid, its initial position is determined by a fixed base plane 0-0, from which the displacement of the float is counted. The choice of the position of the base plane 0-0 does not affect the measurements and can be arbitrary. The buoyant force acting on the float from the gas side is neglected. During measurements, the force acting on the sensitive element 2 of the electronic balance from the end face of the float is determined. In the position of FIG. 1a, a zero force acts on the sensing element. A constant fluid level is maintained by an overflow device (not shown). In the position of FIG. 1b, the float is forcibly immersed in the liquid so that the buoyancy force of Archimedes F 1Ar exceeds the dead weight of the float G, and their difference can be measured with the required accuracy. The vertical coordinate z 1 of the end face of the float is measured with respect to the reference plane 0-0 and the force F 1 = F 1Ar -G acting on the sensor element 2. In the position of FIG. 1c, the float is additionally immersed in liquid. Measure its vertical coordinate z 2 and the force F 2 = F 2Ar -G acting on the sensing element 2. Hence the difference in the measured forces is F 2 -F 1 = F 2Ar -F 1Ar . Obviously, when the float is moved to z 2 -z 1 from position 1 to position 2 the float further displaces the volume of fluid equal to V = (z 2 -z 1) πD 2/4, and this additional amount of extra buoyancy force acts Archimedes equal to F 2Ar -F 1Ar = F 2 -F 1 . The diameter of the float D is measured in advance with high accuracy. According to the measurement results, the density of the liquid is calculated according to the formula above.

Предлагаемый способ может использоваться и для контроля переменной во времени плотности текущей среды, например, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Для этого жидкость подают непрерывно в емкость, в которой за счет перелива через кромку уровень остается неизменным. После измерений плотности, как это описано выше, поплавок оставляют в положении с координатой z2, при этом силу F2 измеряют непрерывно. При следующем измерении плотности поплавок перемещают вверх и измеряют его новую координату z1' и силу F1' и вычисляют новое значение плотности по той же формуле и т.д. Если характерное время изменения (колебания) плотности существенно больше времени перемещения поплавка между двумя положениями и измерения сил, то таким образом можно измерять переменную плотность жидкости.The proposed method can also be used to control the time-varying density of the current medium, for example, a wide fraction of light hydrocarbons (BFLH). To do this, the liquid is fed continuously into the tank, in which, due to overflow through the edge, the level remains unchanged. After density measurements, as described above, the float is left in position with coordinate z 2 , while the force F 2 is measured continuously. In the next density measurement, the float is moved up and its new coordinate z 1 'and force F 1 ' are measured and a new density value is calculated using the same formula, etc. If the characteristic time of the change (oscillation) of the density is significantly longer than the time the float moves between the two positions and the forces are measured, then the variable density of the liquid can be measured.

На Фиг. 2 показан вариант способа с погружаемым плунжером. Этот вариант способа можно использовать, например, для измерения плотности сжиженных газов при высоких давлениях, т.е. в случаях, когда плотность газовой фазы заметно влияет на выталкивающую силу. В исходном состоянии (Фиг. 2а) плунжер 1 находится над жидкостью. Торцевая шайба 3 хвостовика плунжера 1 находится на чувствительном элементе 2 электронных весов. Нижнюю плоскость шайбы 3 фиксируют как базовую плоскость 0-0, от которой отсчитывают перемещения плунжера. Выбор положения базовой плоскости 0-0 на измерения влияния не оказывает и может быть произвольным. Весами измеряют вес плунжера до его погружения и при погружениях в жидкость. Объем V0 плунжера как тела, состоящего из трех цилиндров, заранее точно рассчитывают по измерениям диаметров и длин цилиндров. Собственный вес плунжера G0 (в вакууме) также определяют заранее. В положении Фиг. 2а измеряют силу F0, действующую на весы со стороны сухого плунжера до его погружения в жидкость. Очевидно, что эта сила равна:In FIG. 2 shows an embodiment of a plunger plunger method. This method variant can be used, for example, to measure the density of liquefied gases at high pressures, i.e. in cases where the density of the gas phase significantly affects the buoyancy force. In the initial state (Fig. 2A), the plunger 1 is located above the liquid. The end washer 3 of the shank of the plunger 1 is located on the sensitive element 2 of the electronic scale. The lower plane of the washer 3 is fixed as the base plane 0-0, from which the movement of the plunger is counted. The choice of the position of the base plane 0-0 does not affect the measurements and can be arbitrary. Weights measure the weight of the plunger before immersion and when immersed in a liquid. The volume V 0 of the plunger as a body consisting of three cylinders is calculated in advance accurately from measurements of the diameters and lengths of the cylinders. The dead weight of the plunger G 0 (in vacuum) is also determined in advance. In the position of FIG. 2a measure the force F 0 acting on the balance from the side of the dry plunger before it is immersed in the liquid. Obviously, this force is equal to:

F0=G0-ρggV0.F 0 = G 0 -ρ g gV 0 .

Здесь ρg - плотность газовой среды над жидкостью. Отсюда определяют плотность газа:Here ρ g is the density of the gaseous medium above the liquid. From here, the gas density is determined:

ρg=(G0-F0)/g/V0.ρ g = (G 0 -F 0 ) / g / V 0 .

Обозначим для удобства расстояние между нижним торцом плунжера и уровнем жидкости как Δ, а длину цилиндрической части, частично погружаемой в жидкость, как L. Величину Δ не измеряют, она использована лишь для удобства. На Фиг. 2б показано положение плунжера относительно уровня жидкости после его частичного опускания в емкость с жидкостью. Измеряют вертикальную координату z1 плунжера по отношению к плоскости 0-0 отсчета и силу F1 воздействия плунжера на весы. Очевидно, что эта сила равна:For convenience, we denote the distance between the lower end of the plunger and the liquid level as Δ, and the length of the cylindrical part partially immersed in the liquid as L. The Δ value is not measured, it is used only for convenience. In FIG. 2b shows the position of the plunger relative to the liquid level after it is partially lowered into a container with liquid. The vertical coordinate z 1 of the plunger is measured with respect to the 0-0 reference plane and the force F 1 of the plunger impact on the balance. Obviously, this force is equal to:

F1=G0-ρgg[V0-πD2(L-(z1-Δ))/4]-ρLgπD2(z1-Δ)/4.F 1 = G 0 -ρ g g [V 0 -πD 2 (L- (z 1 -Δ)) / 4] -ρ L gπD 2 (z 1 -Δ) / 4.

Здесь z1-Δ глубина погружения плунжера в жидкость, второй член с квадратными скобками - выталкивающая сила, действующая со стороны газа на не погруженную в жидкость часть плунжера, а последний член - выталкивающая сила, действующая со стороны жидкости на погруженную часть плунжера. На Фиг. 2в показано положение уровня жидкости после дополнительного погружения плунжера. Измеряют вертикальную координату z2 плунжера по отношению к плоскости 0-0 отсчета и силу F2 воздействия плунжера на весы. Очевидно, что эта сила равна:Here z 1 -Δ is the immersion depth of the plunger in the liquid, the second term with square brackets is the buoyant force acting on the gas side of the plunger that is not immersed in the liquid, and the last term is the buoyant force acting on the immersed part of the plunger from the liquid side. In FIG. 2c shows the position of the liquid level after an additional immersion of the plunger. The vertical coordinate z 2 of the plunger is measured with respect to the 0-0 reference plane and the force F 2 of the plunger impact on the balance. Obviously, this force is equal to:

F2=G0-ρgg[V0-πD2(L-(z2-Δ))/4]-ρLgπD2(z2-Δ)/4F 2 = G 0 -ρ g g [V 0 -πD 2 (L- (z 2 -Δ)) / 4] -ρ L gπD 2 (z 2 -Δ) / 4

Разность измеренных сил:The difference of the measured forces:

F2-F1=[ρggπD2(z2-z1)-ρLgπD2(z2-z1)]/4.F 2 -F 1 = [ρ g gπD 2 (z 2 -z 1 ) -ρ L gπD 2 (z 2 -z 1 )] / 4.

Отсюда плотность жидкости определяют по формуле:Hence, the density of the liquid is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

здесь для плотности газа ρg используют выше рассчитанную величину, или справочное значение.here for the gas density ρ g use the above calculated value, or reference value.

Предлагаемый способ может использоваться и для контроля переменной во времени плотности текущей среды, например, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Для этого жидкость подают непрерывно в емкость, в которой за счет перелива через кромку уровень остается неизменным. После измерений плотности, как это описано выше, плунжер оставляют в положении с координатой z2, при этом силу F2 измеряют непрерывно. При следующем измерении плотности плунжер перемещают вверх и измеряют его новую координату z1' и силу F1' и вычисляют новое значение плотности по той же формуле и т.д. При этом для плотности газа ρg используют выше рассчитанную величину, или справочное значение. Если характерное время изменения (колебания) плотности существенно больше времени перемещения поплавка между двумя положениями и измерения сил, то таким образом можно измерять переменную плотность жидкости.The proposed method can also be used to control the time-varying density of the current medium, for example, a wide fraction of light hydrocarbons (BFLH). To do this, the liquid is fed continuously into the tank, in which, due to overflow through the edge, the level remains unchanged. After density measurements, as described above, the plunger is left in position with coordinate z 2 , while the force F 2 is measured continuously. In the next density measurement, the plunger is moved up and its new coordinate z 1 ′ and force F 1 ′ are measured and a new density value is calculated using the same formula, etc. In this case, for the gas density ρ g , the above calculated value, or reference value, is used. If the characteristic time of the change (oscillation) of the density is significantly longer than the time the float moves between the two positions and the forces are measured, then the variable density of the liquid can be measured.

Пример 1. Рассмотрим силы, действующие на поплавок в виде тонкостенного стакана диаметром 0.1 м, высотой 0.1 м, с толщиной стенки 0.4 мм. Поплавок помещают в пропан на линии насыщения при 20°С. При этих условиях плотность жидкости равна 499 кг/м3, а газа 17.74 кг/м3 (Н.А. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. Справочник по газоснабжению и использованию газа. Л. Недра, 1990).Example 1. Consider the forces acting on the float in the form of a thin-walled glass with a diameter of 0.1 m, a height of 0.1 m, and a wall thickness of 0.4 mm. The float is placed in propane on the saturation line at 20 ° C. Under these conditions, the density of the liquid is 499 kg / m 3 and the gas 17.74 kg / m 3 (N. A. Staskevich, G. N. Sevyarynets, D. Ya. Vigdorchik. Handbook of gas supply and gas use. L. Nedra, 1990 )

При погружении поплавка между двумя измерениями на 0.01 м выталкивающая сила, действующая со стороны газа на поплавок, изменяется на ΔFg=17.74⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.01⋅0.0004=2.18⋅10-4 Н. Изменение ΔFL в выталкивающих силах со стороны жидкости составит 499⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.1⋅0.01/4=0.384 Н. Отсюда ΔFg/ΔFL⋅100=0.0567% и влияние газа на точность измерения в данном случае можно не учитывать.When the float is submerged between two measurements at 0.01 m, the buoyant force acting from the gas side to the float changes by ΔF g = 17.74⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.01⋅0.0004 = 2.18⋅10 -4 N. The change in ΔF L in the buoyancy forces with the liquid side is 499⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.1⋅0.01 / 4 = 0.384 N. Hence, ΔF g / ΔF L ⋅100 = 0.0567% and the influence of gas on the measurement accuracy in this case can be ignored.

Пример 2. При использовании варианта с плунжером ΔFg=17.74⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.1⋅0.01/4=0.0137 Н и ΔFg/ΔFL⋅100=3.56%. Поэтому учитывать силу Архимеда, действующую на плунжер со стороны газа, необходимо.Example 2. When using the option with the plunger ΔF g = 17.74⋅9.81⋅3.1416⋅0.1⋅0.1⋅0.01 / 4 = 0.0137 N and ΔF g / ΔF L ⋅100 = 3.56%. Therefore, it is necessary to take into account the Archimedes force acting on the plunger from the gas side.

Известно устройство измерения плотности жидкости (плотномер), в котором имеется поплавок, погруженный в жидкость на жестком стержне, который передает усилие на рычажную систему измерения усилия. При изменении плотности жидкости поплавок со стержнем могут изменять свое положение по высоте емкости и, тем самым, объем погруженный в жидкость. Для компенсации изменения этого объема на рычаге, связанном с исходным рычагом, подвешивают такой же стержень, который совершает движения, жестко связанные со стержнем поплавка через рычаги и пару зубчатых колес (Дубовец О.М., Тошиньский В.И., Литвиненко И.И. патент UA 7746, 2013).A device for measuring the density of a liquid (densitometer) is known, in which there is a float immersed in liquid on a rigid rod that transmits force to a lever system for measuring force. When changing the density of the liquid, the float with the rod can change its position along the height of the tank and, thus, the volume immersed in the liquid. To compensate for changes in this volume, the same rod is suspended on the lever connected with the initial lever, which makes movements rigidly connected to the float rod through the levers and a pair of gears (Dubovets OM, Toshinsky VI, Litvinenko I.I. Patent UA 7746, 2013).

Недостатком такого плотномера является громоздкость и сложность, им трудно измерять, например, плотность сжиженных газов. Кроме того, наличие осей вращения рычагов и зубчатых колес приводят к появлению сил трения, влияние которых на точность измерения трудно учитывать, а тем более, исключить. Кроме того, в зависимости от продолжительности и условий эксплуатации, эти силы трения могут изменяться, что потребует частых наладок и тарировок устройства.The disadvantage of such a densitometer is its bulkiness and complexity; it is difficult for them to measure, for example, the density of liquefied gases. In addition, the presence of rotation axes of levers and gears leads to the appearance of friction forces, the influence of which on the measurement accuracy is difficult to take into account, and even more so, to exclude. In addition, depending on the duration and operating conditions, these friction forces can vary, which will require frequent adjustments and calibration of the device.

Известно устройство измерения плотности жидкости (денсиметр), в котором измеряют вес плунжера, подвешенного на тонкой нити к чувствительному элементу и полностью погруженного в жидкость (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). При точно известных значениях объема и веса плунжера определяется плотность жидкости. Чем больше размер плунжера, тем точнее можно определить плотность жидкости.A device for measuring liquid density (densimeter) is known in which the weight of a plunger suspended on a thin thread from a sensor element and completely immersed in liquid is measured (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). With precisely known values of the volume and weight of the plunger, the density of the liquid is determined. The larger the size of the plunger, the more accurately you can determine the density of the fluid.

Недостатком указанного денсиметра является полное погружение плунжера в жидкость, необходимое для исключения влияния сил поверхностного натяжения на измерения. Погружение плунжера в жидкость исключает появление мениска на его поверхности, а влиянием мениска на тонкой нити подвеса на точность измерений можно пренебречь. В связи с этим при расчете плотности используют точные значения веса и объема плунжера. Это приводит к снижению диапазона равноточного измерения плотности жидкостей. Действительно, если плунжер не всплывает в очень тяжелой жидкости, то сила Архимеда может быть лишь незначительно меньше веса плунжера. При этом их разность может быть измерена достаточно точно. При использовании того же плунжера в очень легкой жидкости возникающая сила Архимеда может оказаться значительно меньше веса плунжера, и точность ее измерения может оказаться недостаточной. Кроме того, в таком методе необходим очень тонкий подвес плунжера (использована полиамидная нить диаметром 0.1 мм). Это существенно усложняет использование такого денсиметра на практике, а именно, опорожнение прибора при смене жидкости, чистка и сушка тяжелого плунжера на тонком подвесе и т.д.The disadvantage of this densimeter is the complete immersion of the plunger in the liquid, necessary to exclude the influence of surface tension forces on the measurements. Immersion of the plunger in the liquid eliminates the appearance of a meniscus on its surface, and the influence of the meniscus on a thin suspension thread on the measurement accuracy can be neglected. In this regard, when calculating the density, the exact values of the weight and volume of the plunger are used. This leads to a decrease in the range of equidistant measurement of the density of liquids. Indeed, if the plunger does not float in a very heavy fluid, then the force of Archimedes can be only slightly less than the weight of the plunger. Moreover, their difference can be measured quite accurately. When using the same plunger in a very light fluid, the resulting Archimedes force may turn out to be significantly less than the weight of the plunger, and the accuracy of its measurement may be insufficient. In addition, this method requires a very thin suspension of the plunger (a polyamide thread with a diameter of 0.1 mm was used). This greatly complicates the use of such a densimeter in practice, namely, emptying the device when changing fluid, cleaning and drying a heavy plunger with a thin suspension, etc.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства измерения плотности жидкости в широком диапазоне изменения, исключение субъективных ошибок при измерениях и автоматизация всего процесса.The task to which the invention is directed is the development of a device for measuring liquid density in a wide range of changes, the elimination of subjective errors in measurements and the automation of the whole process.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение точности измерений в широком диапазоне изменения плотности жидкостей, исключение субъективных ошибок при измерениях и легкая автоматизация процесса измерений.The technical result achieved in the claimed invention is to increase the accuracy of measurements in a wide range of changes in the density of liquids, the elimination of subjective errors in measurements and easy automation of the measurement process.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что тело поплавка имеет форму открытого цилиндрического тонкостенного стакана постоянного диаметра. Верхняя кромка стакана поплавка имеет выступающую за его диаметр коническую развальцовку. За эту коническую развальцовку равномерно расположенными по окружности центрирующими по конической поверхности захватами поплавок свободно подвешен к цилиндрической торцевой шайбе якоря линейного привода. На цилиндрической торцевой шайбе якоря закреплен цилиндрический чувствительный элемент электронных весов. Между торцом поплавка и цилиндрическим чувствительным элементом имеется зазор. В емкость для жидкости введена вертикально трубка подачи в нее жидкости. На трубке установлен вентиль. Емкость имеет переливное устройство, расположенное по периметру емкости и соединенное с вертикальной трубкой отвода перелитой жидкости в сборный стакан с дренажной трубкой, оснащенной вентилем. Для измерения плотности жидкостей в равновесии со своими парами или жидкостей, для которых необходима защитная газовая атмосфера, устройство имеет герметичный кожух с трубками, подвода и отвода газа (пара) оснащенными вентилями, и систему задания и контроля температуры и давления. Емкость для жидкости снабжена теплообменным аппаратом, а трубки подвода и дренажа жидкости соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости.The technical result of the invention is obtained due to the fact that the body of the float has the form of an open cylindrical thin-walled cup of constant diameter. The upper edge of the float glass has a conical flare protruding beyond its diameter. For this conical expansion, the grips evenly spaced around the conical surface centering the float are freely suspended from the cylindrical end plate of the armature of the linear actuator. A cylindrical sensitive element of the electronic balance is mounted on the cylindrical end plate of the anchor. There is a gap between the end of the float and the cylindrical sensing element. A liquid supply pipe is vertically inserted into the liquid container. A valve is installed on the handset. The tank has an overflow device located along the perimeter of the tank and connected to a vertical pipe for draining the transfused liquid into a collection cup with a drain pipe equipped with a valve. To measure the density of liquids in equilibrium with its vapors or liquids, which require a protective gas atmosphere, the device has a sealed casing with tubes, gas inlet and outlet (steam) equipped with valves, and a system for setting and monitoring temperature and pressure. The liquid tank is equipped with a heat exchanger, and the liquid supply and drain pipes are connected to the liquid storage and temperature control circuit.

Предлагаемое устройство поясняется Фиг. 3, где на Фиг. 3а представлено устройство в исходном положении перед началом измерений, а на Фиг. 3б представлен его фрагмент в процессе измерения.The proposed device is illustrated in FIG. 3, where in FIG. 3a shows the device in its initial position before the start of measurements, and FIG. 3b presents a fragment of it during the measurement process.

Устройство (Фиг. 3а) содержит цилиндрический поплавок 1, который имеет форму открытого цилиндрического тонкостенного стакана постоянного диаметра. Верхняя кромка стакана поплавка имеет выступающую за его диаметр коническую развальцовку 4. Коническая поверхность развальцовки 4 лежит на равномерно расположенных по окружности центрирующих по конической поверхности захватах 5. Захваты 5 свободно подвешивают поплавок 1 к цилиндрической торцевой шайбе 6 якоря 7 линейного привода 8, на которой крепятся захваты 5. На торцевой шайбе 6 закреплен цилиндрический чувствительный элемент 2 электронных весов. Между торцом поплавка 1 и чувствительным элементом 2 имеется зазор δ, показанный на виде I. В емкость 9 для исследуемой жидкости введена вертикально трубка 10 подачи в нее жидкости, которая подключена к линии 11 с установленным на ней вентилем 12. Емкость 9 имеет переливное устройство 13, которое соединено с вертикальной трубкой 14 отвода перелитой жидкости. Трубка 14 входит в сборный стакан 15. Сборный стакан 15 имеет дренажную трубку 16, оснащенную вентилем 17. Для случая измерения плотности, например, сжиженных газов, указанное устройство имеет герметичный кожух 18 и теплообменник 19. Система задания и контроля температуры и давления не показана. Внешний бокс 18 оснащен трубками 20 подвода и отвода газа (пара), оснащенными вентилями 21. При этом трубки 11 и 16 соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости (не показано).The device (Fig. 3A) contains a cylindrical float 1, which has the form of an open cylindrical thin-walled cup of constant diameter. The upper edge of the float cup has a conical flare protruding beyond its diameter 4. The conical flare surface 4 lies on the grips 5, centering on the conical surface 5. The grips 5 freely hang the float 1 to the cylindrical end plate 6 of the armature 7 of the linear actuator 8, on which captures 5. A cylindrical sensing element 2 of an electronic balance is mounted on the end plate 6. Between the end face of the float 1 and the sensing element 2 there is a gap δ shown in view I. A liquid supply pipe 10 is inserted vertically into the container 9 for the liquid under investigation, which is connected to line 11 with the valve 12 installed on it. The tank 9 has an overflow device 13 which is connected to a vertical tube 14 for draining the overflow fluid. The tube 14 is included in the collection cup 15. The collection cup 15 has a drainage tube 16 equipped with a valve 17. For the case of measuring density, for example, liquefied gases, this device has a sealed casing 18 and a heat exchanger 19. A system for setting and monitoring the temperature and pressure is not shown. The outer box 18 is equipped with tubes 20 for supplying and discharging gas (steam) equipped with valves 21. In this case, the tubes 11 and 16 are connected to the storage and temperature control circuits of the liquid (not shown).

Согласно настоящему изобретению устройство работает следующим образом. В исходном положении перед измерениями, поплавок 1 подвешен над емкостью 9. Положение верхнего торца поплавка - плоскость 0-0 принимается за начало отсчета его перемещений. Поплавок 1 висит на скошенных поверхностях захватов 5 и благодаря конической развальцовке 4 центрируется, при этом он не касается чувствительного элемента 2 электронных весов. В этом положении вертикальная сила, действующая на поплавок снизу вверх равна нулю. Емкость 9 залита исследуемой жидкостью полностью, вплоть до перелива избытка жидкости через верхнюю кромку емкости. Жидкость в емкость заливается по вертикальной трубке 10 при открытии вентиля 12, который плавно перекрывают после наполнения емкости 9. Избыток поданной жидкости после перелива через верхнюю кромку емкости 9 попадает в переливное устройство 13, откуда по трубке 14 сливается в сборный стакан 15.According to the present invention, the device operates as follows. In the initial position before the measurements, the float 1 is suspended above the tank 9. The position of the upper end of the float - the plane 0-0 is taken as the reference point of its movements. The float 1 hangs on the beveled surfaces of the grippers 5 and, due to the conical expansion 4, is centered, while it does not touch the sensitive element 2 of the electronic balance. In this position, the vertical force acting on the float from bottom to top is zero. The container 9 is completely filled with the investigated liquid, up to the overflow of excess liquid through the upper edge of the container. The liquid is poured into the tank through a vertical tube 10 when the valve 12 is opened, which is smoothly closed after filling the tank 9. The excess liquid supplied after overflow through the upper edge of the tank 9 enters the overflow device 13, from where it is discharged through the tube 14 into a collection cup 15.

На Фиг. 3б показано положение поплавка 1 после его частичного погружения в жидкость. При включении линейного привода 8 его якорь 7 медленно перемещается вниз и поплавок 1 опускается. После касания донцем поплавка 1 уровня жидкости по мере его опускания за счет выталкивающей силы выбирается зазор δ, как показано на виде II. В результате этого чувствительный элемент 2 электронных весов ложится на верхний торец поплавка 1, а захваты 5 уже не контактируют с конической поверхностью развальцовки 4. Таким путем поплавок вводят в жидкость без его смещения относительно исходной оси. Дальнейшее движение якоря 7 приводит к устойчивому погружению поплавка 1 в жидкость и возрастанию выталкивающей силы Архимеда. Положение уровня жидкости в емкости 9 при этом не изменяется за счет ее перелива через кромку емкости 9 и дренажа через переливное устройство 13 и трубку 14 в сборный стакан 15. При некотором положении поплавка измеряют его координату z1 и силу F1. Далее дополнительно погружают поплавок в жидкость и измеряют координату z2 его нового положения и действующую на него силу F2.In FIG. 3b shows the position of the float 1 after partial immersion in the liquid. When you turn on the linear actuator 8, its anchor 7 slowly moves down and the float 1 is lowered. After the bottom touches the float 1 of the liquid level as it lowers due to the buoyancy force, a gap δ is selected, as shown in view II. As a result of this, the sensing element 2 of the electronic balance lies on the upper end of the float 1, and the grippers 5 are no longer in contact with the conical surface of the flare 4. In this way, the float is introduced into the liquid without its displacement relative to the original axis. Further movement of the armature 7 leads to a stable immersion of the float 1 in the liquid and an increase in the buoyancy force of Archimedes. The position of the liquid level in the tank 9 does not change due to its overflow through the edge of the tank 9 and drainage through the overflow device 13 and the tube 14 into the collection cup 15. At a certain position of the float, its coordinate z 1 and force F 1 are measured. Then, the float is additionally immersed in the liquid and the coordinate z 2 of its new position and the force F 2 acting on it are measured.

Работа устройства не изменяется, если производится измерение плотности сжиженных газов или жидкостей, для которых необходима защитная газовая атмосфера. Для этого все измерительное устройство помещается во внешний бокс 18. Перед заполнением емкости 9 жидкостью бокс 18 продувают при открытых вентилях 21 через трубки 20 подвода и отвода газа (пара). При работе с двухфазными смесями жидкость-пар может быть использован теплообменник 19 в качестве нагревателя или холодильника, а трубки 11 и 16 могут быть соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости. Далее устройство работает так, как описано выше. Расчет плотности жидкости осуществляется по выше приведенной формуле.The operation of the device does not change if the density of liquefied gases or liquids for which a protective gas atmosphere is needed is measured. To do this, the entire measuring device is placed in the outer box 18. Before filling the tank 9 with liquid, the box 18 is purged with the valves 21 open through the tube 20 for supplying and discharging gas (steam). When working with two-phase liquid-vapor mixtures, heat exchanger 19 can be used as a heater or a refrigerator, and tubes 11 and 16 can be connected to the storage and temperature control circuits of the liquid. Further, the device operates as described above. The calculation of the density of the liquid is carried out according to the above formula.

При контроле переменной во времени плотности текущей среды, например, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) вентили 12 и 17 приоткрыты. В результате постоянно в нижнюю часть емкости 9 по трубке 10 подается жидкость. В емкости 9 жидкость поднимается вверх, проходит с небольшой скоростью кольцевое пространство между поплавком 1 и стенкой емкости 9 и поступает через переливное устройство 13 и трубку 14 в сборный стакан 15. Оттуда через приоткрытый вентиль 17 жидкость отводится по трубке 16.When controlling the time-varying density of the current medium, for example, a wide fraction of light hydrocarbons (NGL), valves 12 and 17 are ajar. As a result, liquid is constantly supplied to the lower part of the container 9 through the tube 10. In the tank 9, the liquid rises, passes at a small speed the annular space between the float 1 and the wall of the tank 9 and enters through the overflow device 13 and the tube 14 into the collection cup 15. From there, through the ajar valve 17, the liquid is discharged through the tube 16.

В другом варианте изобретения получение технического результата осуществляется за счет того, что тело плунжера в виде цилиндра постоянного диаметра имеет хвостовик с торцевой шайбой, лежащей на цилиндрическом чувствительном элементе электронных весов. Чувствительный элемент электронных весов расположен в цилиндрической коробке, верхняя плоскость цилиндрической коробки закреплена на якоре линейного привода соосно с ним. В емкость жидкости введена вертикальная трубка для подачи в нее жидкости, на трубке установлен вентиль. Емкость имеет переливное устройство, расположенное по периметру емкости и соединенное с вертикальной трубкой отвода перелитой жидкости в сборный стакан с дренажной трубкой, оснащенной вентилем.In another embodiment of the invention, the technical result is obtained due to the fact that the plunger body in the form of a cylinder of constant diameter has a shank with an end washer lying on a cylindrical sensitive element of the electronic balance. The sensitive element of the electronic balance is located in a cylindrical box, the upper plane of the cylindrical box is mounted on the anchor of the linear actuator coaxially with it. A vertical tube is introduced into the fluid container to supply fluid to it; a valve is installed on the tube. The tank has an overflow device located along the perimeter of the tank and connected to a vertical pipe for draining the transfused liquid into a collection cup with a drain pipe equipped with a valve.

Предлагаемое устройство поясняется Фиг. 4, где на Фиг. 4а представлено устройство в исходном положении перед началом измерений, а на Фиг. 4б представлен его фрагмент в процессе измерения.The proposed device is illustrated in FIG. 4, where in FIG. 4a shows the device in its initial position before the start of measurements, and FIG. 4b presents a fragment of it during the measurement process.

Устройство (Фиг. 4а) содержит плунжер 1, который имеет хвостовик с торцевой шайбой 3, которая лежит на цилиндрическом чувствительном элементе 2 электронных весов. Чувствительный элемент 2 электронных весов расположен в цилиндрической коробке 22. Цилиндрическая коробка 22 соосно закреплена на цилиндрической торцевой шайбе 6 якоря 7 линейного привода 8, осуществляющего вертикальное перемещение. В емкость 9 жидкости введена вертикально трубка 10 подачи в нее жидкости, которая подключена к линии 11 с установленным на ней вентилем 12. Емкость 9 имеет переливное устройство 13, которое соединено с вертикальной трубкой 14 отвода перелитой жидкости. Трубка 14 входит в сборный стакан 15. Сборный стакан 15 имеет дренажную трубку 16, оснащенную вентилем 17. Для случая измерения плотности, например, сжиженных газов, указанное устройство имеет герметичный кожух 18 и теплообменник 19. Система задания и контроля температуры и давления не показана. Внешний бокс 18 оснащен трубками 20 подвода и отвода газа (пара), оснащенными вентилями 21. При этом трубки 11 и 16 соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости (не показано).The device (Fig. 4a) contains a plunger 1, which has a shank with an end washer 3, which lies on a cylindrical sensitive element 2 of the electronic scale. The sensing element 2 of the electronic scale is located in a cylindrical box 22. The cylindrical box 22 is coaxially mounted on the cylindrical end plate 6 of the armature 7 of the linear actuator 8, which carries out vertical movement. A liquid supply pipe 10 is vertically inserted into the liquid container 9 and is connected to a line 11 with a valve 12 installed on it. The tank 9 has an overflow device 13 that is connected to a vertical overflow pipe 14. The tube 14 is included in the collection cup 15. The collection cup 15 has a drainage tube 16 equipped with a valve 17. For the case of measuring density, for example, liquefied gases, this device has a sealed casing 18 and a heat exchanger 19. A system for setting and monitoring the temperature and pressure is not shown. The outer box 18 is equipped with tubes 20 for supplying and discharging gas (steam) equipped with valves 21. In this case, the tubes 11 and 16 are connected to the storage and temperature control circuits of the liquid (not shown).

Устройство работает следующим образом. В исходном положении перед измерениями плунжер 1 находится вне жидкости. В этом положении вертикальная сила, действующая на плунжер снизу вверх, определяется выталкивающей силой газовой среды. При этом измеряется сила F0, с которой плунжер воздействует на чувствительный элемент 2 электронных весов. Емкость 9 залита исследуемой жидкостью полностью, вплоть до перелива избытка жидкости через верхнюю кромку емкости 9. Жидкость в емкость 9 заливается по вертикальной трубке 10 при открытии вентиля 12, который плавно перекрывают после наполнения емкости 9. Избыток поданной жидкости после перелива через верхнюю кромку емкости 9 попадает в переливное устройство 13, откуда по трубке 14 сливается в сборный стакан 15. Положение опорной плоскости 0-0 емкости 9 принимается за начало отсчета перемещений уровня жидкости в емкости 9.The device operates as follows. In the initial position before the measurements, the plunger 1 is out of fluid. In this position, the vertical force acting on the plunger from the bottom up is determined by the buoyancy force of the gaseous medium. In this case, the force F 0 is measured, with which the plunger acts on the sensitive element 2 of the electronic balance. The container 9 is completely filled with the investigated liquid, up to the overflow of excess liquid through the upper edge of the container 9. The liquid is poured into the container 9 along the vertical tube 10 when the valve 12 is opened, which smoothly shuts off after filling the container 9. The excess of the supplied liquid after overflow through the upper edge of the container 9 gets into the overflow device 13, from where it is discharged through the tube 14 into the collection cup 15. The position of the reference plane 0-0 of the tank 9 is taken as the reference point for the movements of the liquid level in the tank 9.

На Фиг. 4а показано положение плунжера 1 после его частичного погружения в жидкость. При включении линейного привода 8 его якорь 7 медленно перемещает вниз плунжер 1, в результате чего происходит погружение плунжера 1 в жидкость. При этом вытесняемая из емкости 9 жидкость переливается через кромку емкости 9 и попадает в переливное устройство 13, откуда по трубке 14 сливается в сборный стакан 15. При некотором положении плунжера в жидкости измеряют координату z1 перемещения плунжера и силу F1, с которой плунжер воздействует на чувствительный элемент 2 электронных весов. Далее дополнительно погружают плунжер в жидкость за счет перемещения якоря 7 линейного привода 8 и измеряют координату z2 нового положения плунжера и силу F2, с которой плунжер воздействует на чувствительный элемент 2 электронных весов.In FIG. 4a shows the position of the plunger 1 after partial immersion in the liquid. When the linear actuator 8 is turned on, its armature 7 slowly moves down the plunger 1, as a result of which the plunger 1 is immersed in the liquid. In this case, the liquid displaced from the container 9 is poured over the edge of the container 9 and enters the overflow device 13, from where it is discharged through the tube 14 into the collection cup 15. At a certain position of the plunger in the liquid, the coordinate z 1 of the movement of the plunger and the force F 1 with which the plunger acts on a sensitive element 2 electronic scales. Next, the plunger is additionally immersed in the liquid by moving the armature 7 of the linear actuator 8 and the coordinate z 2 of the new position of the plunger and the force F 2 with which the plunger acts on the sensitive element 2 of the electronic balance are measured.

Работа устройства не изменяется, если производится измерение плотности сжиженных газов или жидкостей, для которых необходима защитная газовая атмосфера. Для этого все измерительное устройство помещается во внешний бокс 18. Перед заполнением емкости 9 жидкостью бокс 18 продувают при открытых вентилях 21 через трубки 20 подвода и отвода газа (пара). При работе с двухфазными смесями жидкость-пар может быть использован теплообменник 19 в качестве нагревателя или холодильника, а трубки 11 и 16 могут быть соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости. Далее устройство работает так, как описано выше. Расчет плотности газа и жидкости осуществляется по выше приведенным формулам.The operation of the device does not change if the density of liquefied gases or liquids for which a protective gas atmosphere is needed is measured. To do this, the entire measuring device is placed in the outer box 18. Before filling the tank 9 with liquid, the box 18 is purged with the valves 21 open through the tube 20 for supplying and discharging gas (steam). When working with two-phase liquid-vapor mixtures, heat exchanger 19 can be used as a heater or a refrigerator, and tubes 11 and 16 can be connected to the storage and temperature control circuits of the liquid. Further, the device operates as described above. The calculation of the density of gas and liquid is carried out according to the above formulas.

При контроле переменной во времени плотности текущей среды, например, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) вентили 12 и 17 приоткрыты. В результате постоянно в нижнюю часть емкости 9 по трубке 10 подается жидкость. В емкости 9 жидкость поднимается вверх, проходит с небольшой скоростью кольцевое пространство между поплавком 1 и стенкой емкости 9 и поступает через переливное устройство 13 и трубку 14 в сборный стакан 15. Оттуда через приоткрытый вентиль 17 жидкость отводится по трубке 16.When controlling the time-varying density of the current medium, for example, a wide fraction of light hydrocarbons (NGL), valves 12 and 17 are ajar. As a result, liquid is constantly supplied to the lower part of the container 9 through the tube 10. In the tank 9, the liquid rises, passes at a small speed the annular space between the float 1 and the wall of the tank 9 and enters through the overflow device 13 and the tube 14 into the collection cup 15. From there, through the ajar valve 17, the liquid is discharged through the tube 16.

Claims (6)

1. Способ измерения плотности жидкости, состоящий в измерении глубины погружения поплавка в жидкость, отличающийся тем, что до погружения поплавка в жидкость ее заливают в емкость до установления в ней ее максимального уровня, который определяется переливом жидкости через кромку емкости, после чего цилиндрический поплавок калиброванного диаметра за счет приложения к нему вертикальной силы частично погружают в жидкость и измеряют координату поплавка z1 относительно его исходного положения и действующую на него со стороны жидкости выталкивающую силу F1, после чего за счет увеличения вертикальной силы дополнительно погружают поплавок в жидкость и измеряют координату поплавка z2 относительно его исходного положения и действующую на него со стороны жидкости выталкивающую силу F2, при этом поддерживают постоянный уровень жидкости в емкости при погружениях поплавка за счет перелива ее через кромку емкости, после этого плотность жидкости рассчитывают по формуле ρL=4(F2-F1)/[gπD2(z2-z1)], где g - ускорение силы тяжести; D - диаметр поплавка.1. The method of measuring the density of the liquid, consisting in measuring the depth of immersion of the float in the liquid, characterized in that prior to immersion of the float in the liquid it is poured into the tank until it reaches its maximum level, which is determined by the overflow of the liquid through the edge of the tank, after which the cylindrical float is calibrated of the diameter due to the application of vertical force to it is partially immersed in the liquid and the coordinate of the float z 1 relative to its initial position is measured and the outflow acting on it from the side of the liquid the nodding force F 1 , after which, by increasing the vertical force, the float is further immersed in the liquid and the coordinate of the float z 2 relative to its initial position and the buoyant force F 2 acting on it from the liquid side are measured, while maintaining a constant liquid level in the tank when the float dives by overflowing it over the edge of the container, then the fluid density is calculated by the formula ρ L = 4 (F 2 -F 1 ) / [gπD 2 (z 2 -z 1 )], where g is the acceleration of gravity; D is the diameter of the float. 2. Способ измерения плотности жидкости, состоящий в измерении выталкивающей силы, действующей на плунжер при его погружении в жидкость, отличающийся тем, что до погружения плунжера в жидкость ее заливают в емкость до установления в ней ее максимального уровня, который определяется переливом жидкости через кромку емкости, после чего цилиндрический плунжер калиброванного диаметра взвешивают и определяют силу F0, действующую со стороны плунжера на весы, рассчитывают плотность газовой среды над жидкостью, затем за счет приложения к нему вертикальной силы плунжер частично погружают в жидкость и измеряют его координату z1 относительно его исходного положения и силу F1, действующую со стороны плунжера на весы, после чего дополнительно перемещают плунжер в жидкость и измеряют его координату z2 относительно его исходного положения и силу F2, действующую со стороны плунжера на весы, после этого плотность газа рассчитывают по формуле ρg=(G0-F0)/g/V0, где G0 - вес плунжера (в вакууме); V0 - объем плунжера, а плотность жидкости рассчитывают по формуле
Figure 00000003
где ρg - рассчитанное по приведенной формуле или справочное значение плотности газа.2. The method of measuring the density of the liquid, consisting in measuring the buoyant force acting on the plunger when it is immersed in the liquid, characterized in that before the plunger is immersed in the liquid, it is poured into the tank until it reaches its maximum level, which is determined by the overflow of the liquid through the edge of the tank , after which the cylindrical plunger of calibrated diameter is weighed and the force F 0 acting on the side of the plunger on the balance is determined, the density of the gaseous medium above the liquid is calculated, then, by applying to it Of particular force, the plunger is partially immersed in the liquid and its coordinate z 1 relative to its initial position and the force F 1 acting on the side of the plunger on the balance are measured, after which the plunger is additionally moved into the liquid and its coordinate z 2 relative to its initial position and force F 2 are measured acting on the scales side of the plunger, then the gas density is calculated by the formula ρ g = (G 0 -F 0 ) / g / V 0 , where G 0 is the weight of the plunger (in vacuum); V 0 - the volume of the plunger, and the fluid density is calculated by the formula
Figure 00000003
where ρ g - calculated by the above formula or a reference value of the gas density. 3. Устройство измерения плотности жидкости, имеющее емкость с жидкостью и поплавок, помещаемый в жидкость, отличающееся тем, что тело поплавка имеет форму открытого цилиндрического тонкостенного стакана постоянного диаметра, верхняя кромка стакана поплавка имеет выступающую за его диаметр коническую развальцовку, за которую равномерно расположенными по окружности центрирующими по конической поверхности захватами поплавок свободно подвешен к цилиндрической торцевой шайбе якоря линейного привода с закрепленным на ней цилиндрическим чувствительным элементом электронных весов так, что между торцом поплавка и цилиндрическим чувствительным элементом имеется зазор, в емкость для жидкости введена вертикально трубка подачи в нее жидкости с установленным на ней вентилем, емкость имеет переливное устройство, расположенное по периметру емкости и соединенное с вертикальной трубкой отвода перелитой жидкости в сборный стакан с дренажной трубкой, оснащенной вентилем.3. A device for measuring the density of a liquid having a container with liquid and a float placed in a liquid, characterized in that the body of the float has the form of an open cylindrical thin-walled cup of constant diameter, the upper edge of the cup of the float has a conical flare protruding beyond its diameter, beyond which are evenly spaced the circumference by centering grips on a conical surface, the float is freely suspended from the cylindrical end plate of the armature of the linear actuator with a cylindrical mounted on it a sensitive element of the electronic balance so that there is a gap between the end of the float and the cylindrical sensitive element, the liquid supply pipe is vertically inserted into the liquid tank with a valve installed on it, the tank has an overflow device located along the perimeter of the container and connected to the vertical overflow pipe liquid into a collection cup with a drain pipe equipped with a valve. 4. Устройство измерения плотности жидкости по п. 3, отличающееся тем, что для измерения плотности жидкостей в равновесии со своими парами или жидкостей, для которых необходима защитная газовая атмосфера, устройство имеет герметичный кожух с трубками, оснащенными вентилями, подвода и отвода газа (пара) и систему задания и контроля температуры и давления, емкость для жидкости снабжена теплообменным аппаратом, а трубки подвода и дренажа жидкости соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости.4. A device for measuring the density of a liquid according to claim 3, characterized in that for measuring the density of liquids in equilibrium with its vapors or liquids for which a protective gas atmosphere is required, the device has a sealed casing with tubes equipped with valves for supplying and discharging gas (steam ) and a system for setting and monitoring temperature and pressure, a liquid tank is equipped with a heat exchanger, and liquid supply and drain pipes are connected to the liquid storage and temperature control circuit. 5. Устройство измерения плотности жидкости, имеющее емкость с жидкостью и плунжер, помещаемый в жидкость, отличающееся тем, что тело плунжера в виде цилиндра постоянного диаметра имеет хвостовик с торцевой шайбой, лежащей на цилиндрическом чувствительном элементе электронных весов, располагающемся в цилиндрической коробке, верхняя плоскость цилиндрической коробки закреплена на якоре линейного привода соосно с ним, в емкость жидкости введена вертикально трубка подачи в нее жидкости с установленным на ней вентилем, емкость имеет переливное устройство, расположенное по периметру емкости и соединенное с вертикальной трубкой отвода перелитой жидкости в сборный стакан с дренажной трубкой, оснащенной вентилем.5. A device for measuring the density of a liquid having a container with liquid and a plunger placed in a liquid, characterized in that the body of the plunger in the form of a cylinder of constant diameter has a shank with an end washer lying on a cylindrical sensitive element of the electronic balance located in a cylindrical box, the upper plane the cylindrical box is mounted on the anchor of the linear actuator coaxially with it, the fluid supply pipe is vertically inserted into the liquid tank with the valve installed on it, the tank has overflow a device located around the perimeter of the tank and connected to a vertical pipe for draining the transfused liquid into a collection cup with a drain pipe equipped with a valve. 6. Устройство измерения плотности жидкости по п. 5, отличающееся тем, что для измерения плотности жидкостей в равновесии со своими парами или жидкостей, для которых необходима защитная газовая атмосфера, устройство имеет герметичный кожух с трубками, оснащенными вентилями, подвода и отвода газа (пара) и систему задания и контроля температуры и давления, емкость для жидкости снабжена теплообменным аппаратом, а трубки подвода и дренажа жидкости соединены с контуром хранения и термостатирования жидкости.6. A device for measuring the density of a liquid according to claim 5, characterized in that for measuring the density of liquids in equilibrium with its vapors or liquids for which a protective gas atmosphere is required, the device has a sealed casing with tubes equipped with valves for supplying and discharging gas (steam ) and a system for setting and monitoring temperature and pressure, a liquid tank is equipped with a heat exchanger, and liquid supply and drain pipes are connected to the liquid storage and temperature control circuit.
RU2019110737A 2019-04-10 2019-04-10 Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions) RU2710082C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110737A RU2710082C1 (en) 2019-04-10 2019-04-10 Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110737A RU2710082C1 (en) 2019-04-10 2019-04-10 Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710082C1 true RU2710082C1 (en) 2019-12-24

Family

ID=69022857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110737A RU2710082C1 (en) 2019-04-10 2019-04-10 Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710082C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112833984A (en) * 2020-12-31 2021-05-25 吕梁学院 Rapid determination device based on physical variation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5614672A (en) * 1996-01-23 1997-03-25 Legendre; W. J. Apparatus for measuring the liquid contents of a tank
RU2193181C2 (en) * 2001-02-14 2002-11-20 Каган Марк Яковлевич Device for measurement of liquid density
UA32021C2 (en) * 1998-12-11 2003-01-15 Сєвєродонецьке Державне Виробниче Підприємство "Об'Єднання Азот" Method for measuring dencity of liquid in a vessel and a device for realization of the method
RU2457461C1 (en) * 2011-02-24 2012-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" Method and apparatus for measuring density of liquid
WO2013105840A1 (en) * 2012-01-12 2013-07-18 Universite Moulay Ismail Densimeter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5614672A (en) * 1996-01-23 1997-03-25 Legendre; W. J. Apparatus for measuring the liquid contents of a tank
UA32021C2 (en) * 1998-12-11 2003-01-15 Сєвєродонецьке Державне Виробниче Підприємство "Об'Єднання Азот" Method for measuring dencity of liquid in a vessel and a device for realization of the method
RU2193181C2 (en) * 2001-02-14 2002-11-20 Каган Марк Яковлевич Device for measurement of liquid density
RU2457461C1 (en) * 2011-02-24 2012-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" Method and apparatus for measuring density of liquid
WO2013105840A1 (en) * 2012-01-12 2013-07-18 Universite Moulay Ismail Densimeter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112833984A (en) * 2020-12-31 2021-05-25 吕梁学院 Rapid determination device based on physical variation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2710082C1 (en) Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions)
RU2537524C1 (en) Method of determining viscosity and density of liquid and apparatus therefor
CA2637497A1 (en) Liquid level and density measurement device
CN105021496A (en) Density measuring apparatus with tiny error
CN110646323A (en) Device and method for measuring liquid density by using equal-volume static buoyancy comparison method
US5447063A (en) Liquid density monitoring apparatus
RU80574U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING RHEOLOGICAL PARAMETERS OF LIQUID OIL PRODUCTS
US4584866A (en) Method and apparatus for the determination of non-dissolved gas in liquids
CN108590626A (en) A kind of micro self-measuring device of oil gas water three phase and method
RU2733954C1 (en) Method of measuring production of oil well
RU2716873C1 (en) Method of measuring density of liquid and device for measuring density by this method
US3034331A (en) Flowmeter calibrator
CN104406890A (en) Method for measuring surface tension coefficient of liquid through discharging liquid by hollow cylinder
RU2355884C1 (en) Method of measuring well production and facility for implementation of this method
RU2243536C1 (en) Method of determining gas concentration in liquid
RU2457461C1 (en) Method and apparatus for measuring density of liquid
RU194085U1 (en) Device for measuring the amount of oil, water and gas in the production of low-yield wells
RU213522U1 (en) Stand for calibration of level gauges
CN220323063U (en) Device for detecting hole rate of sintered porous brick
RU175045U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING OIL CONSUMPTION ON A SHOCK IN ICE
RU2076309C1 (en) Method of determination of bulk strength of liquids
RU119887U1 (en) DEVICE FOR STUDYING THE INTERACTION OF CLAYS WITH LIQUIDS
SU1571468A1 (en) Apparatus for determining coefficient of surface tension of liquid
RU67264U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING SPECIFIC SURFACE OF POWDER MATERIALS
RU2593675C1 (en) Device for measuring density of loose bodies

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210411