SU1122920A1 - Поплавковый плотномер - Google Patents

Abstract

1. ПОПЛАВКОВЫЙ ПЛОТНОМЕР, содержащий поплавок частичного погружени  и прибор дл  измерени  его наклона, отличающийс  тем, что, с целью повьпиени  точности измерени  плотности жидкостей со значительным поверхностным нат жением, поплавок вьтолнен в виде сектора кругового кольца пр моугольного сечени  с центральным углом менее 15°, на непогруженной образующей которого установлен прибор дл  измерени  наклона поплавка. 2. Плотномер по п.1, отличающийс  тем, что поплавок выполнен из однородного материала.

Description

to to

ф ю Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано дл  измерени  плотности жидкости поплавковым методом. Известен дистанционный ареометр с двум  жестко св занными герметиче ки закрытыми камерами разного объем ного веса, одна из которых имеет положительную плавучесть и содержит контактное устройство, а друга  всплывает или погружаетс -при изменении плотности жидкости, вызыва  поворот прибора и срабатывание контактного ycTpoicTBa 11 3. Недостатком его  вл етс  зависи . мость показаний от поверхностного нат жени  среды. Наиболее близким по технической сущности  вл етс  прибор дл  измерени  плотности жидкостей, содержащий поплавок частичного погружени  и прибор дл  измерени  его наклона Поплавок укреплен на сборном кольце , свободно плавающем в жидкости. Внутри кольцевой полости наружного кольца, заполненной спиртом, помещен воздушный пузырек дп  отсчета показаний. При погружении прибора в испытываемую жидкость он поворачиваетс  относительно центра сборно го кольца на угол, определ емый плотностью и фиксируемый, на вжале по положению пузырька 2 3. Однако показани  известного плот номера завис т не только от плотности испытываемых жидкостей, но и от силы поверхностного нат жени , котора  вызывает дополнительный поворот, так как в плотномере лини  ее действи  смещена относительно центра т жести площади плоскости плавани , т.е. фигуры, ограниченной линией пересечени  свободной поверхности жидкости с по верхностью плавакицего тела. Поправку , которую следует при этом ввести в показани , определить сложно. Цель изобретени  - повышение точности измерений плотности жидкос тей со значительным поверхностным нат жением. Указанна  цель достигае с  тем, что в поплавковом плотномере, содержащем поплавок частичного погружени  и прибор дл  измерени  его наклона, поплавок вьшолнен в виде сектора кругового кольца пр моуголь ного сечени  с централышм углом менее 15, на непогруженной образующей которого установлен прибор дл  измерени  наклона поплавка, а также тем, что прплавок выполнен из однородного мат-ериала. На фиг.1 изображен поплавковый плотномер, общий вид j на фиг.2 вид его сверху. Поплавковый плотномер содержит поплавок 1 частичного погружени  и уровень 2 с регулировочным винтом 3 . Поплавок 1 выполнен из однородного материала с формой сектора кругового кольца, имеющего пр моугольное сечение и ось 0-0. Ось 0-0 в дальнейшем именуетс  геометрической осью поплавка (сектора). Центральный угол сектора , т.е. угол между радиальными плоскост ми 4 и 5, образующими сектор, составл ет менее 15. Радиальна  плоскость 4  вл етс  нижней и при измерении погружена в испытуемую жидкость. Верхн   радиальна  плоскость 5 жидкостью не смачиваетс . Выбор значени  центрального угла поплавка 1 менее 15 обосновьтаетс  тем, что зто  вл етс  дополнительным условием по исключению вли ни  поверхностного нат жени  на измерение плотности. Из теории плавани  тел известно, что при углах крена тел d. менее 15 перемещение центра давлени  и тел происходит относительно неизменной оси, что необходимо дл  исключени  вли ни  сил поверхностногй нат жени  на показани  плотномера . Этому же сопутствует расположение центра т жести поплавка и центра водоизмещени  на одной вертикали при его малых (od 15°) поворотах . Поэтому дл  исключени  вли ни  поверхностного нат жени  необходимо, чтобы центральный угол поплавка /з, равный максимальному углу его наклона (крена)об был меньше 15. Плоскость плавани  погруженного в жидкость поплавка 1  вл етс  по отношению к нему радиальной и находитс  между нижней 4 и верхней 5 радиальными плоскост ми поплавка 1. Плотность материала поплавка 1 назначаетс  по требуемым чувствительности прибора и нижнему пределу измерени  плотности. Чувствительность плотномера максимальна при плотности материала поплавка, близкой к плотности испытываемой жидкоети , a нижний предел измерени  практ чески равен плотности материала поплавка. Пользу сь нижеприведенными форму лами можно показать, что дл  определени  плотности жидкостей,.близких к р 1000 кг/м при требуемой чувствительностиизмерений 10 рад/кг необходимо выполнить поплавок из материала с плотностьюр 380 кг/м Уровень 2, служащий дл  регистра ции наклона поплавка 1, прикреплен на верхней плоскости 5 поплавка 1 и сориентирован в плоскости, перпендикул рной к его оси 0-0. Винт 3 предназначен дл  регулировани  положени  уровн  2 относительно поп лавка 1. Шкала уровн  отградуирована в единицах плотности и нанесена на верхней поверхности ампулы уровн  2. Плотномер работает следующим образом. При опускании поплавка 1 в испытуемую жидкость в момент соприкосн вени  нижней радиальной плоскости 4 поплавка 1 и совпадении ее со сво бодной поверхностью жидкости пузырек уровн  2 находитс  в крайней правой позиции (обозначена на фиг. и 2 пунктиром), занима  наивысшее положение в цилиндрической ампуле уровн  2. При свободном плавании поплавка 1 права;  часть его ввиду ее боль шей, толщины погружаетс  в жидкость больше, чем лева , причем величина погружени  отдельных частей поплавка 1 пропорциональна его толщине. Другими словами, поплавок 1 в процессе погружени  получает наклон или поворот относительно его геомет рической оси 0-0, совпадающей со свободной поверхностью жидкости. Уровень 2 поворачиваетс  вместе с поплавком 1 на тот же угол об , что вызывает перемещение его шкалы относительно пузырька, занимающего всегда наивысшее положение, на величину .L . На шкале уровн  2, проградуированной в единицах плотности , по положению пузырька снимают отсчет. Из уравнени  равновеси  поплавка в жидкости, составленного с учетом малости углов (sin i ci ; ,9 ) имеем, что .f (1) и L-dK (2), откуда 1 Р R/bpM/L, (3) f - плотность жидкости; R - радиус кривизны ампулы уровн ; fb - центральный угол поплавка} L, - смещение шкалы уровн  относительно пузырька; Рд - плотность материала поплавка; cL - угол крена поплавка. Формула (3) может примен тьс  дл  вычислени  плотности испытуемой жидкости по непосредственно измеренному смещению или же дл  градуировки шкалы уровн  в единицах плотности жидкости. Из уравнени  (1), следует, что при снижении плотности жидкости до плотности материала поплавка об крена поплавка 1 становитс  равным центральному углу /i поплавка, что соответствует полному погружению поплавка и совпадению его верхней радиальной плоскости 5 с уровнем жидкости. Таким образом , максимальный угол крена поплавка oL с«х соответствует нижнему пределу измерени  плотности жидкости (Р Рм) и равен центральному углу /з поплавка. При бесконечно большой плотности жидкости oL 0. Это соответствует нулевому погружению поплавка 1 и совпадению его нижней радиальной плоскости А со свободной поверхностью жидкости. Bbmie рассмотрено поведение поплавка 1 в жидкости без учета сил поверхностного нат жени . В случае смачивани  поплавка 1 жидкостью равнодействующа  сил поверхностного нат жени  Р направлена вниз и равна (4) где Т - величина поверхностного нат жени  жидкости, - периметр плоскости плавани  поплавка АВСД (фиг.2). Вектор равнодействующей сил поверхностного нат жени  проходит через центр т жести М плоскости плавани  поплавка 1 АВСД, а так как она  вл етс  пр моугольником, то по вл етс  равномерное дополнительное погружение поплавка на величину fi (см.фиг.1) которое уравновешиваетс  дополнительной выталкивающей силой

(5)

F i

, где f - ускорение свободного падеНИЯ}

S - площадь плоскости плава ни  поплавка АВСД;

h - величина дополнительного погружени  поплавка.

Учитыва , что / 15, поворот поплавка 1 при изменении плотности жидкости всегда осуществл етс  относитёльно неиэменнбй .оси 0-(  вл ющейс  геометрической осью поплавка 1. Неизменность оси поворота однородность матвриф1а и фЬрма поплавка обеспечивают перпендикул рное пересечение поверхностей поплавка 1 свободной поверхностью жидкости, поэтому небольшое дополнительное погружение поплавка 1 за счет сил поверхностного нат жени  не смещает плоскость плавани  поплавка АВСД и их равнодействуюп(ую силу Р относительно оси 0-0, что обеспечивает равномерность погружени  Ь поплавка 1 по всей плоскости плавани  и исключает его дополнительный поворот от сил поверхностного нат жени  жидкости.

СЫвдна  affejtfHOcaa таЙте т

Claims (2)

1. ПОПЛАВКОВЫЙ ПЛОТНОМЕР, содержащий поплавок частичного погружения и прибор для измерения его наклона, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения плотности жидкостей со значительным поверхностным натяжением, поплавок выполнен в виде сектора кру гового кольца прямоугольного сечения с центральным углом менее 15°, на непогруженной образующей которого установлен прибор для измерения наклона поплавка.

2. Плотномер по п.1, отличающийся тем, что поплавок выполнен из однородного материала.