RU56621U1

RU56621U1 - DEVICE FOR AUTOMATIC MEASUREMENT OF DENSITY OF LIQUID MEDIA

Info

Publication number: RU56621U1
Application number: RU2006115257/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Дмитриев; Сергей Иванович Карпов; Владимир Кириллович Куролес; Виктор Дмитриевич Савчук; Владимир Николаевич Трусов
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть применено для измерения плотности жидких сред, необходимой, например, для измерения концентрации хлора в воде. Предлагаемым устройством решается техническая задача повышения надежности устройства за счет устранения механического электроконтакта, а также увеличение точности измерений. Для решения данной технической задачи устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, регулятор тока обмотки, блок индикации, дополнительно содержит емкость с эталонной жидкостью (жидкостью с известной плотностью), в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу регулятора тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации. При этом в качестве датчика положения коромысла может быть применена, например, упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.The proposed device relates to the field of measurement technology and can be used to measure the density of liquid media, necessary, for example, to measure the concentration of chlorine in water. The proposed device solves the technical problem of increasing the reliability of the device by eliminating mechanical electrical contact, as well as increasing the accuracy of measurements. To solve this technical problem, a device for automatically measuring the density of a liquid, comprising a container with a controlled liquid in which a float is placed, an electromagnet in which the armature is mechanically connected to the float, a winding current regulator, an indication unit, additionally contains a container with a reference liquid (a liquid with a known density), in which a similar float is placed, the floats are interconnected by means of rods connected to an equal arm beam mounted on a knife support with a limiter rocker rocker and equipped with a position sensor that is connected to the input of the current regulator, while the electromagnet anchor is placed on the float of one of the containers, and the capacitance is equipped with an electromagnet winding so that the armature and winding form a magnetic circuit between themselves, the float of the second capacitance is equipped with a weight equivalent the anchor or is identical to the float of the first capacity, a current shunt is installed in the line between the current regulator and the electromagnet winding, which is connected to the display unit through the signal amplifier. In this case, for example, an elastic strain gauge beam equipped with a tensor bridge unbalance signal amplifier can be used as a rocker position sensor.

Description

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть применено для измерения плотности жидких сред, необходимой, например, для измерения концентрации хлора в воде.The proposed device relates to the field of measurement technology and can be used to measure the density of liquid media, necessary, for example, to measure the concentration of chlorine in water.

Как известно, плотность жидких сред определяют косвенным путем через измерение веса вытесненной поплавком жидкости. Измерение веса вытесненной жидкости производят различными способами и устройствами, принятыми в технике весоизмерения. Среди этих способов и устройств считаются наиболее точными способы с уравновешиванием силы веса. Известно принятое за прототип устройство для автоматического измерения плотности жидкости - патент на полезную модель РФ №31450, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, поплавок, выполненный в виде цилиндра из химически инертного материала, к которому посредством нити, выполненной также из химически инертного материала, закреплен шарик из ферромагнитного вещества, который размещен в нижней части корпуса соленоида и с зазором по отношению к сердечнику, при этом к шарику и сердечнику катушки соленоида соответственно электрически присоединены входы управления прерывателя электрического тока, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен со входом соленоида, другой вывод которого заземлен, третий вход прерывателя соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход счетчика и вход цифроаналогого преобразователя (регулятор тока катушки) соединены с входом блока индикации.As is known, the density of liquid media is determined indirectly by measuring the weight of the liquid displaced by the float. Measurement of the weight of the displaced fluid is carried out in various ways and devices adopted in the technique of weight measurement. Among these methods and devices are considered the most accurate methods with balancing weight. A known device for automatic measurement of the density of a liquid is taken as a prototype — patent for utility model of the Russian Federation No. 31450, containing a container with a controlled liquid, a float made in the form of a cylinder of chemically inert material, to which a ball is fixed by means of a thread made of chemically inert material from a ferromagnetic substance, which is located in the lower part of the solenoid housing and with a gap with respect to the core, while the ball and core of the solenoid coil are respectively electrically the control inputs of the electric current chopper are connected, the output of which is connected to the first input of the meter, the output of which is connected to the input of the solenoid, the other output of which is grounded, the third input of the chopper is connected to the output of the clock generator, the output of the meter and the input of the digital-analog converter (coil current regulator) are connected to the input of the display unit.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства, являются следующие - устройство для автоматического измерения плотности жидкости содержит емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, Common essential features of the prototype, coinciding with the essential features of the proposed device, are the following - a device for automatically measuring the density of a liquid contains a container with a controlled liquid in which the float is placed,

электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, а обмотка подключена к регулятору тока, блок индикации.an electromagnet in which the armature is mechanically connected to the float, and the winding is connected to a current regulator, an indication unit.

Главный недостаток известного устройства связан с наличием механического электроконтакта, управляемого магнитом. Как известно, такие устройства относятся к классу «релейных» устройств, которые имеют ограниченное число рабочих циклов и надежность их недостаточна. Кроме того, чувствительность данного прибора недостаточна.The main disadvantage of the known device is associated with the presence of a mechanical electrical contact controlled by a magnet. As you know, such devices belong to the class of "relay" devices, which have a limited number of duty cycles and their reliability is insufficient. In addition, the sensitivity of this device is insufficient.

Предлагаемым устройством решается техническая задача повышения надежности устройства за счет устранения механического электроконтакта, а также увеличение точности измерений.The proposed device solves the technical problem of increasing the reliability of the device by eliminating mechanical electrical contact, as well as increasing the accuracy of measurements.

Для решения данной технической задачи устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, регулятор тока обмотки, блок индикации, дополнительно содержит емкость с эталонной жидкостью (жидкостью с известной плотностью), в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу регулятора тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации. При этом в качестве датчика положения коромысла может быть применена, например, упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.To solve this technical problem, a device for automatically measuring the density of a liquid, comprising a container with a controlled liquid in which a float is placed, an electromagnet in which the armature is mechanically connected to the float, a winding current regulator, an indication unit, additionally contains a container with a reference liquid (a liquid with a known density), in which a similar float is placed, the floats are interconnected by means of rods connected to an equal arm beam mounted on a knife support with a limiter rocker rocker and equipped with a position sensor that is connected to the input of the current regulator, while the electromagnet anchor is placed on the float of one of the containers, and the capacitance is equipped with an electromagnet winding so that the armature and winding form a magnetic circuit between themselves, the float of the second capacitance is equipped with a weight equivalent the anchor or is identical to the float of the first capacity, a current shunt is installed in the line between the current regulator and the electromagnet winding, which is connected to the display unit through the signal amplifier. In this case, for example, an elastic strain gauge beam equipped with a tensor bridge unbalance signal amplifier can be used as a rocker position sensor.

Пара - якорь и обмотка электромагнита могут быть выполнены по разному. Так, например, якорь может быть размещен в нижней части поплавка, а емкость установлена на обмотку электромагнита. Якорь также может быть выполнен в виде поплавка или в виде покрытия (ферромагнитного) боковых стенок поплавка, а обмотка размещена по периметру стенки емкости или вообще является стенкой (гидроизолированной) емкости.A pair - an anchor and an electromagnet winding can be made in different ways. So, for example, the anchor can be placed at the bottom of the float, and the tank is installed on the winding of the electromagnet. The anchor can also be made in the form of a float or in the form of a coating (ferromagnetic) of the side walls of the float, and the winding is placed around the perimeter of the wall of the tank or is generally a wall of the (waterproofed) tank.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются наличие дополнительной емкости с эталонной жидкостью, в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу усилителя тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации, а также дополнительно, что в качестве датчика положения коромысла может быть применена упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.Distinctive features of the proposed device are the presence of an additional container with a reference liquid in which a similar float is placed, the floats are interconnected by rods connected to an equal arm rocker mounted on a knife support with rocker arms and equipped with a position sensor that is connected to the input of the current amplifier, the anchor of the electromagnet is placed on the float of one of the tanks, and the tank itself is equipped with an electromagnet winding so that the armature and the winding form between a magnetic circuit, the float of the second capacitance is equipped with the weight equivalent of the armature or is identical to the float of the first capacitance, a current shunt is installed in the line between the current regulator and the electromagnet winding, which is connected to the display unit through the signal amplifier, and additionally, which can be used as a rocker position sensor an elastic strain gauge beam equipped with a strain gage imbalance signal amplifier is used.

Благодаря данным отличительным признакам в совокупности с известными из прототипа достигается следующий технический результат:Thanks to these distinguishing features in conjunction with the known from the prototype achieved the following technical result:

- существенно (на несколько порядков) повышена чувствительность системы, поскольку измеряется не полная сила, действующая на поплавки, а лишь разница сил между силой эталонной жидкости и силой обусловленной контролируемой жидкостью;- significantly (by several orders of magnitude) the sensitivity of the system is increased, since not the total force acting on the floats is measured, but only the difference in forces between the strength of the reference fluid and the force due to the controlled fluid;

- повышена надежность системы за счет исключения прерывателя электрического тока. В предложенном устройстве релейная система - increased system reliability due to the exclusion of an electric current chopper. In the proposed device, the relay system

регулирования тока обмотки электромагнита заменена на аналоговое управление током магнита.regulation of the winding current of the electromagnet is replaced by analog control of the magnet current.

Предложенное техническое решение может найти применение при измерении плотности различных жидкостей. Одной из основных областей применения данного плотномера является водоподготовка на водозаборных станциях, в частности измерение концентрации хлора в воде по ее плотности. Так, если выполнить поплавки объемом 1 л., а чувствительность тензобалки при этом обеспечить 5-10 г., что вполне достижимо, то возможно достигнуть порога разрешения по измерению отличия плотности контрольной пробы от эталонной в 10 мкг/л.The proposed technical solution can find application in measuring the density of various liquids. One of the main areas of application of this densitometer is water treatment at water intake stations, in particular, measuring the concentration of chlorine in water by its density. So, if floats with a volume of 1 liter are performed, and the sensitivity of the strain gauge is ensured for 5–10 g, which is quite achievable, then it is possible to achieve a resolution threshold for measuring the difference in the density of the control sample from the reference sample of 10 μg / l.

Предложенное решение поясняется рисунком.The proposed solution is illustrated in the figure.

На рисунке изображено устройство для автоматического измерения плотности жидкости (плотномер), содержащее емкость 1 с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок 2, емкость 3 с эталонной жидкостью, в которой размещен идентичный поплавок 4, поплавки связаны между собой посредством тяг 5, соединенных с равноплечим коромыслом 6, установленным на ножевой опоре 7 с ограничителями качания коромысла (на рисунке не приведены) и снабженным датчиком положения, который выполнен в виде упругой балки (тензобалки) 8, снабженной тензомостом 9, который подключен к усилителю сигнала 10 разбаланса тензомоста 9. Усилитель сигнала 10 подключен к входу регулятора тока 11 обмотки 12 электромагнита, размещенной под емкостью 3. Якорь 13 электромагнита в данном случае выполнен в виде ферромагнитного груза, размещенного в нижней части поплавка 4. В линию между регулятором тока 11 и обмоткой 12 электромагнита установлен токовый шунт 14, который через усилитель сигнала 15 подключен к блоку индикации 16.The figure shows a device for automatically measuring the density of a liquid (densitometer), containing a container 1 with a controlled liquid in which the float 2 is placed, a container 3 with a reference liquid in which an identical float 4 is placed, the floats are interconnected by means of rods 5 connected to the equal arm rocker 6 mounted on a knife support 7 with rocker arms (not shown in the figure) and equipped with a position sensor, which is made in the form of an elastic beam (strain gauge) 8, equipped with a strain bridge 9, cat The signal amplifier 10 is connected to the input of the current regulator 11 of the winding 12 of the electromagnet located below the capacitance 3. The anchor 13 of the electromagnet in this case is made in the form of a ferromagnetic load located at the bottom of the float 4. In line between a current regulator 11 and an electromagnet winding 12 are equipped with a current shunt 14, which is connected to an indication unit 16 through a signal amplifier 15.

При этом электромагнитом может быть оснащена не емкость 1 с эталонной жидкостью, а емкость 3 с контролируемой жидкостью. Кроме того, электромагнит может быть выполнен следующим образом - стенки In this case, an electromagnet may not be equipped with a container 1 with a reference liquid, but a container 3 with a controlled liquid. In addition, the electromagnet can be made as follows - walls

емкости 1 (или 3) по периметру снабжены (являются) обмоткой 12, а стенки поплавка 2 (или 4) покрыты ферромагнитным материалом.tanks 1 (or 3) around the perimeter are equipped with (are) a winding 12, and the walls of the float 2 (or 4) are covered with ferromagnetic material.

Данное устройство для автоматического измерения плотности жидкости (плотномер) работает следующим образом. Принцип его работы основан на фиксации разбаланса тензомоста 9 тензобалки 8. Если плотность контролируемой жидкости в емкости 1 выше плотности эталонной жидкости в емкости 3, то поплавок 2 вытесняется вверх больше, чем поплавок 4. При этом левый край коромысла 6 приподнимется, а правый край опустится, изгибая в соответствующем направлении тензобалку 8. За счет этого в тензомосте 9 появляется разбаланс, который посредством усилителя сигнала 10 вызывает на выходе регулятора 11 увеличение тока требуемого знака. В зазоре между обмоткой 12 и якорем 13 уменьшается магнитный поток и к якорю 13, а следовательно и к поплавку 4 прикладывается меньшее препятствующее всплытию усилие, чем при одинаковой плотности жидкостей в контролируемой емкости 1 и эталонной емкости 3. Измерение силы тока производится посредством токового шунта 14, сигнал с которого через усилитель 15 подается на блок индикации 16. Точность измерения данным плотномером (по сравнению с прототипом) увеличивается существенно, поскольку измеряется (и соответственно усиливается полученный сигнал) не плотность контролируемой жидкости, а разница в плотностях между контролируемой и эталонной жидкостями.This device for automatic measurement of fluid density (densitometer) works as follows. The principle of its operation is based on fixing the imbalance of the strain gauge bridge 9 of the strain gauge 8. If the density of the controlled fluid in the tank 1 is higher than the density of the reference fluid in the tank 3, then the float 2 is pushed up more than the float 4. In this case, the left edge of the rocker arm 6 will rise and the right edge will lower bending in the corresponding direction the strain gauge 8. Due to this, an imbalance appears in the strain gauge 9, which, through the signal amplifier 10, causes the current of the desired sign to increase at the output of the regulator 11. In the gap between the winding 12 and the armature 13, the magnetic flux decreases and a smaller force is applied to the armature 13, and therefore to the float 4, than with the same density of liquids in the monitored capacitance 1 and the reference capacitance 3. The current is measured using a current shunt 14 , the signal from which through the amplifier 15 is fed to the display unit 16. The measurement accuracy with this densitometer (compared with the prototype) increases significantly, since the received signal is measured (and accordingly amplified) ) not the density of the controlled fluid, but the difference in densities between the controlled and reference fluids.

Claims

1. A device for automatically measuring the density of a liquid, comprising a container with a controlled liquid in which a float is placed, an electromagnet in which the armature is mechanically connected to the float, a winding current regulator, an indication unit, characterized in that it contains a container with a reference liquid in which a similar float, the floats are interconnected by means of rods connected to an equal arm beam mounted on a knife support with rocker limiters, and equipped with a position sensor, which it is connected to the input of the winding current controller, while the electromagnet anchor is placed on the float of one of the containers, and the capacitance is equipped with an electromagnet winding so that the armature and winding form a magnetic circuit between each other, the float of the second capacitance is equipped with the weight equivalent of the anchor or is identical to the float of the first capacitance, A current shunt is installed in the line between the current regulator and the electromagnet winding, which is connected to the display unit through a signal amplifier.

2. The device according to claim 1, characterized in that the rocker position sensor is made in the form of an elastic strain gauge beam equipped with an amplifier of the strain gage unbalance signal.