RU2769809C1 - Устройство для измерения плотности жидкости - Google Patents
Устройство для измерения плотности жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769809C1 RU2769809C1 RU2021115348A RU2021115348A RU2769809C1 RU 2769809 C1 RU2769809 C1 RU 2769809C1 RU 2021115348 A RU2021115348 A RU 2021115348A RU 2021115348 A RU2021115348 A RU 2021115348A RU 2769809 C1 RU2769809 C1 RU 2769809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- control unit
- float
- electromagnet
- output
- Prior art date
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
- G01N9/12—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 by observing the depth of immersion of the bodies, e.g. hydrometers
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
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности жидкостей, и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности. Устройство для измерения плотности жидких сред содержит корпус с измерительной полостью, поплавок, электрический датчик измерения температуры, соединенный с блоком управления, электромагнит, соединенный с одним из входов коммутатора, подключенного другим входом к блоку питания, третий вход коммутатора соединен с выходом блока управления, второй выход блока управления подключен к блоку интерфейсов, второй вход блока управления соединен с выходом усилителя сигнала, входом подключенного к выходу силометрическому элементу, силометрический элемент одним концом неподвижно закреплен к корпусу, на другом конце подвешен поплавок через конусную опору, в верхней части которой находится пластина из ферромагнетика, расположенная с зазором между своей верхней границей и нижней границей электромагнита, соосно с ним, электромагнит своей верхней границей закреплен неподвижно корпусу. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности жидкостей и может быть использовано в химической, нефтехимической и других видах промышленности, в том числе при анализе растворов кислот.
Известно устройство поплавкового типа для измерения плотности жидкостей (Кивилис С.С. Плотномеры. - Москва: Энергия, 1980 - 279 с.). Например, электромагнитный плотномер содержит измерительный сосуд с измеряемой жидкой средой и размещенный внутри сосуда поплавок с установленным в нем постоянным магнитом, находящимся в магнитном поле соленоида. Датчик положения поплавка выполнен в виде индукционной катушки. Значение плотности определяется током соленоида в момент равновесия поплавка относительно «нулевой отметки». Недостатком данного устройства является погрешность измерения за счет смещения поплавка относительно нулевой точки отсчета.
Известно устройство, реализующее измерения плотности с возможностью погружения поплавка со встроенным в него постоянным магнитом в жидкость [RU №2277705, G01N 9/12, опубл. 27.09.2005]. Электромагнитный плотномер содержит измерительный сосуд с измеряемой жидкой средой и размещенный внутри сосуда поплавок с установленным в нем постоянным магнитом, находящимся в магнитном поле соленоида. Электромагнитом в зоне размещения постоянного магнита поплавка создается магнитное поле с вертикальной ориентацией магнитных силовых линий с регулированием силового взаимодействия этого поля с полем постоянного магнита поплавка. Так регулируется плавучесть последнего в измеряемой жидкой среде, а положение поплавка изменяется из фиксированного верхнего в фиксированное нижнее положение или наоборот.
Недостатком данного устройства является наличие дополнительных погрешностей, поскольку магнитная проницаемость магнитопровода зависит от температуры, существенно увеличивая его индуктивность и накопленную в нем энергию, что затрудняет или делает невозможным использование данного устройства во взрывозащищенном исполнении, например для измерения плотности нефтепродуктов.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является плотномер для измерения плотности жидкой среды [RU №2652647, G01N 9/00 (2006.01), опубл. 22.02.2018], содержащий корпус с измерительной полостью, поплавок со встроенным постоянным магнитом в данной полости, электрический датчик положения поплавка, соединенный с блоком вычисления плотности, электромагнит, соединенный с источником питания электромагнита. Магнитное поле создают электромагнитом без магнитопровода ступенчатым источником тока питания электромагнита, имеющим электрическую связь с блоком вычисления плотности, в корпусе плотномера установлены датчики температуры и вертикальности, соединенные с вычислителем плотности, постоянный магнит расположен в нижней части поплавка, корпус устройства перфорирован и подвешен вертикально на гибкой связи, проходящей через ось симметрии корпуса и поплавка.
Недостатком данного устройства является высокая погрешность измерения веса поплавка, обусловленная зависимостью электрического тока электромагнита от магнитных свойств постоянного магнита поплавка и их взаимных положений.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании устройства для измерения плотности жидкости, в котором применяемые конструктивные элементы (связанные со стабильностью и однородностью магнитного поля, температурными свойствами материалов и их старением) обусловливают малые погрешности измерения за счет непосредственного взвешивания силометрическим элементом поплавка, находящегося в жидкости, с периодичской калибровкой силометрического элемента путем кратковременного исключения влияния веса поплавка на него.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что устройство, содержащее корпус с измерительной полостью, поплавок, электрический датчик измерения температуры, соединенный с блоком управления, электромагнит, который согласно изобретению соединен с выходом коммутатора, подключенного входом к блоку питания, второй вход коммутатора соединен с выходом блока управления, второй выход блока управления подключен к блоку интерфейсов, второй вход блока управления соединен с выходом усилителя сигнала, входом подключенного к выходу силометрического элемента, силометрический элемент одним концом неподвижно закреплен к корпусу, на другом конце подвешен поплавок через конусную опору, в верхней части которой находится пластина из ферромагнетика, расположенная с зазором между своей верхней границей и нижней границей электромагнита, соосно с ним, электромагнит своей верхней границей закреплен неподвижно к корпусу.
Уменьшение погрешности обеспечивается за счет исключения влияния свойств и взаимного расположения магнитных материалов и электромагнитных элементов на результат измерений, свойства которых зависят от температуры, их взаимного расположения и старения, а также калибровки силометрического элемента, заключающейся в периодическом исключении воздействия веса поплавка на него.
Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на чертеже (фиг. 1). Устройство содержит корпус 1 с измерительной полостью, поплавок 2, электрический датчик измерения температуры 3, соединенный с блоком управления 4, электромагнит 5, соединенный с первым входом коммутатора 6, подключенного вторым входом к блоку питания 7. Третий вход коммутатора 6 соединен с выходом блока управления 4. Второй выход блока управления 4 подключен к блоку интерфейсов 8, который может быть представлен в виде индикатора, отображающего результаты измерений или цифрового интерфейса для передачи измеренного значения. Второй вход блока управления 4 соединен с выходом усилителя сигнала 9, входом подключенного к выходу силометрического элемента 10. Силометрический элемент 10 одним концом неподвижно закреплен к корпусу 1, на другом конце подвешен поплавок 2 через конусную опору 11, в верхней части которой находится пластина из ферромагнетика 12, расположенная с зазором между своей верхней границей и нижней границей электромагнита 5, соосно с ним. Электромагнит 5, помещенный в защитный чехол, своей верхней границей закреплен неподвижно корпусу 1. В качестве датчика температуры 3 можно использовать микросхему датчика температуры, например DS18B20, в качестве усилителя сигнала 9 – например, модуль НХ741, в качестве силометрического элемента 10 - тензодатчик, помещенный в защитный чехол, в качестве коммутатора 6 может быть использован реле или полевой транзистор.
Устройство для измерения плотности жидких сред работает следующим образом. Первоначально происходит калибровка силометрического элемента 10. Для этого с блока управления 4 подается сигнал на коммутатор 6, который соединяет блок питания 7 с электромагнитом 5, обеспечивая ток через него и, соответственно, магнитное поле в осевом направлении. Магнитное поле, взаимодействуя с ферромагнитной пластиной 12, притягивает поплавок 2 к нижней границе электромагнита 5, тем самым освобождая силометрический элемент 10 от веса поплавка 2. Сигнал с силометрического элемента 10 передается в блок управления 4, где преобразуется в значение измеренного веса:
где:
P1 - значение измеренного веса без учета веса поплавка, к - коэффициент пропорциональности силометрического элемента,
D0 - начальная деформация, обусловленная собственным состоянием силометрического элемента и состоянием защитных элементов,
Р0 - смещение сигнала, вызванное, к примеру, остаточной деформацией чехла силометрического элемента.
Затем с блока управления 4 подается сигнал на коммутатор 6, который отключает электромагнит 5 от блока питания 7, в результате чего исчезает магнитное поле, притягивающее ферромагнитную пластину 12. Поплавок 2 опускается и воздействует через конусную опору 11 на силометрический элемент 10. Сигнал с силометрического элемента 10 передается в блок управления 4, где преобразуется в значение измеренного веса:
где:
Р2 - значение измеренного веса с учетом веса поплавка,
Рр - вес поплавка в жидкой среде.
Далее определяется разница между полученными значениями веса Р1 и Р2:
где:
Р1 - значение измеренного веса без учета веса поплавка,
Р2 - значение измеренного веса с учетом веса поплавка.
Вычисляется плотность:
где:
r - значение плотности,
ν - известный объем поплавка.
Для вычисления плотности при фиксированной температуре используется датчик температуры 4, сигнал с которого поступает на блок управления 5. При этом используется зависимость:
где:
t - температура контролируемой среды,
α - температурный поправочный коэффициент для измеряемой жидкости, Блок управления 4 передает результат в блок интерфейсов 8, который отображает значение плотности на индикаторе и передает по цифровому интерфейсу.
Таким образом, устройство для измерения плотности жидких сред позволяет уменьшить погрешность измерений за счет исключения влияния магнитных материалов на результат измерений, а также калибровки силометрического элемента, заключающейся в периодическом исключении воздействия веса поплавка на него, соответствует вопросам химической промышленности, что в совокупности дает возможность использования данного устройства для осуществления непрерывного контроля плотности жидкостей, в том числе химически агрессивных, например растворов кислот.
Claims (1)
- Устройство для измерения плотности жидких сред, содержащее корпус с измерительной полостью, поплавок, электрический датчик измерения температуры, соединенный с блоком управления, электромагнит, отличающееся тем, что электромагнит соединен с одним из входов коммутатора, подключенного другим входом к блоку питания, третий вход коммутатора соединен с выходом блока управления, второй выход блока управления подключен к блоку интерфейсов, второй вход блока управления соединен с выходом усилителя сигнала, входом подключенного к выходу силометрическому элементу, силометрический элемент одним концом неподвижно закреплен к корпусу, на другом конце подвешен поплавок через конусную опору, в верхней части которой находится пластина из ферромагнетика, расположенная с зазором между своей верхней границей и нижней границей электромагнита, соосно с ним, электромагнит своей верхней границей закреплен неподвижно корпусу.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115348A RU2769809C1 (ru) | 2021-05-26 | 2021-05-26 | Устройство для измерения плотности жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115348A RU2769809C1 (ru) | 2021-05-26 | 2021-05-26 | Устройство для измерения плотности жидкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769809C1 true RU2769809C1 (ru) | 2022-04-06 |
Family
ID=81076005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021115348A RU2769809C1 (ru) | 2021-05-26 | 2021-05-26 | Устройство для измерения плотности жидкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769809C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3210719A1 (de) * | 1982-03-24 | 1983-10-06 | Bernd Dr Alber | Vorrichtung zum messen der dichte von fluessigkeiten |
| RU2277705C2 (ru) * | 2004-03-15 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество Инженерно-производственная фирма "Сибнефтеавтоматика" (ИПФ "СибНА") | Способ определения плотности жидкой среды и устройство для его осуществления |
| RU2652647C2 (ru) * | 2016-08-17 | 2018-04-28 | Татьяна Владимировна Свиридова | Устройство для измерения плотности жидкой среды |
| FR3077643B1 (fr) * | 2018-02-05 | 2020-03-06 | Universite de Bordeaux | Dispositif et procede de mesure de la masse volumique d'un liquide sursature en gaz |
-
2021
- 2021-05-26 RU RU2021115348A patent/RU2769809C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3210719A1 (de) * | 1982-03-24 | 1983-10-06 | Bernd Dr Alber | Vorrichtung zum messen der dichte von fluessigkeiten |
| RU2277705C2 (ru) * | 2004-03-15 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество Инженерно-производственная фирма "Сибнефтеавтоматика" (ИПФ "СибНА") | Способ определения плотности жидкой среды и устройство для его осуществления |
| RU2652647C2 (ru) * | 2016-08-17 | 2018-04-28 | Татьяна Владимировна Свиридова | Устройство для измерения плотности жидкой среды |
| FR3077643B1 (fr) * | 2018-02-05 | 2020-03-06 | Universite de Bordeaux | Dispositif et procede de mesure de la masse volumique d'un liquide sursature en gaz |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU494614A1 (ru) | Устройство дистанционного измерени уровн жидкости | |
| US5136884A (en) | Magnetic sight gage sensor | |
| US3038336A (en) | System for measuring height and density of liquids | |
| RU2012116010A (ru) | Системы и способы измерения импеданса для определения компонентов твердых и текучих объектов | |
| CN102288516A (zh) | 基于mems技术的同时测量流体密度、压力和温度的集成流体传感器 | |
| CN102365530A (zh) | 用于测量流的磁通流量计 | |
| US6499353B1 (en) | Method and apparatus for remote measurement of physical properties inside a sealed container | |
| RU2683139C1 (ru) | Поплавковый измеритель уровня жидкости | |
| Mandal et al. | Design of a flow transmitter using an improved inductance bridge network and rotameter as sensor | |
| RU2769809C1 (ru) | Устройство для измерения плотности жидкости | |
| US3754446A (en) | Apparatus for measuring fluid characteristics | |
| Ali et al. | Design and development of an electronic level transmitter based on hydrostatic principle | |
| Mandal et al. | A modified design of a flow transmitter using rotameter as a primary sensor and LVDT as a transducer | |
| US3331245A (en) | Sensory transducers | |
| RU2493551C2 (ru) | Устройство для определения плотности жидких сред | |
| KR101630301B1 (ko) | 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계 | |
| Behera et al. | Design and development of submersible hydrostatic level sensor using a GMR sensor | |
| US3039044A (en) | Electromagnetic device for measuring pressure | |
| RU2710007C1 (ru) | Байпасный уровнемер | |
| US3331248A (en) | Differential pressure sensor | |
| RU2335741C1 (ru) | Вибрационный уровнемер жидкости | |
| RU2234687C2 (ru) | Устройство для измерения уровня жидкости | |
| CZ309491B6 (cs) | Snímač výšky hladiny | |
| SE429584B (sv) | Anordning for metning av en kropps svellning eller krympning i ett fluidum | |
| EP0077305A1 (en) | An electro-hydrostatic device to measure the specific gravity of liquids |