SU714232A1 - Гидростатический плотномер - Google Patents

Description

. Изобретение касаетс  аналитическЬго приборостроени , а именно устройств дл  измерени  плотности жидкости и можетбыт использовано в химической, нефтехймической и других отрасл х промьтзленнос га. Известен гидростатический плотномер жидких сред, в котором в качестве чувст вительного элемента используютс  плоские мембраны, установленные на общем ксфпусе и соединенные общим вдтоком, который помещен в полость индукиио  кого преобразовател  Ш. Однако применение в качестве чувствительных элементов мембран с индукционными преобразовател ми обуславливает недостаточную точность измерени  и низкую чувствительность иэ-за нелинейности их характеристик и малой в еличины хода. Известен гидростатический плотномер жидкости с автрматической температурной компенсацией, в котором чувствитель ный элемент г ыполнен в виде блока силь- фонов малой жесткости и раынык эффактивньтх площадей, а узел вывода к датчику контрол  перемещений состоит из двух сильфонов, соединенных между собой диЬ ком и стойкой и помещенных в полость нижнего измерительного сильфона. Сильфоны установлены на участке трубопровода на различных уровн х, а внутренние полости сильфонов заполнены эталонной жидкостью и сообщаютс  с помощью соединительной трубки 2 , Однако сжимаемость эталонной жидкости , заполн ющей сильфоны и соединительную трубку, трение этой жидкости о трубку и сильфоны, трение в механизме узла вывода к датчику контрол  р азнос типеремещений оказывает отрицательное вли ние на чувствительность прибс а и точность производимых измерений и обуславливает значительную сложность конструкции блока сильфона и узла вывода разности перемещений. Цель изобретени  - увеличение чувствительности прибора и точности изм1эрений .

371

Это достигаетс  тем, что в гидростатическом плотномере датчик перемещеШ1Й выполнен в виде двух цилиндрических электродов, укрепленных внутри кфпуса-электрода , на котором расположен ны верттткально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждого из которых расположен шток. Один конец каждогоштокаскрепленный с соответствующим днищем сильфона. Другие концы штоков выполнены из хшэлектрика и расположены между электродами датчика перемещений . Параллельно датчику перемещений включен конденсатор, состо ний из кор пуса-электрода с расположенным на нем кольцом из диэлектрика, на котором закреплен внешний электрод.

На чертеже изображен гидростатический плотномер.

Плотномер содержит корпус 1 цилиндрической формы, выполненный из стали, к которому жестко креп тс  сильфоны 2 и 3. Дл  преобразовани  перемещени  дна (жестких центров) служат штоки 4 и 5 с закрепленными на них диэлектриками 6 и 7 из конденсита цилиндрической формы, которые помещены между цилиндрическими наружными обкладками 8 и 9 и общей внутренней цилиндрической обкладкой 1О. Дл  электрического контакта от наружных обкладок 8 и 9, а также обкладки 10 предусмотрены выводы 11, 12. Вывод 12 соединен с корпусом 1 и  вл етс  одновременно выводом от компенсационного конденсатора, образованного цилиндрическим корпусом 1, диэлектриками 13, 14 и наружными обкладками 15 и 16. Дл  включени  в электрическую схему компенсационный конденсатор имеет вырюд 17. С целью уменьшени  наводок предусмотрен экран 18, экранирующий выводьт и элементы емкостного преобразовател .

Гидростатический плотномер работает следующим образом.

При погружении плотномера в измер емую среду на верхний сильфон 2 оказывает давление гидростатический столб жидкости высотой с усилием, определ емым из зависимости (1), а на нижний сипьфон 3 оказывает давление гидростатический столб жидкости м 1сотой + +L с усилием,, определ емым из зависимости (2). Под действием усилий Q| и Q- жесткие центры сильфонов 2 и 3 перемещаютс  на величины ЛлИ К,

(1)

4232

.Рж(-)ЭС

(2),

де эффективна  площадь сильфона; И - усуорение свободтгого падени ;

. - база прибора;

л - плотность жидкости.

.

(3)

10

(4)

где Е - модуль упругости материала сильфона;

h - толщина стенки гофра; п - число гофр;

наружный Диаметр сильфонов;

Лд, - расчетный коэффициент, завис щий

от отношени  - , где Rg - внутренний диаметр сильфона. Разность перемещений жестких центров сильфонов может быть определена из выражени  (б) с учетом выражени  f5} дл  эффективной площади сильфонов.

Г J ( .

.

Эф

М,)-4Л .

30

Eh

35

К.

С означив величину- -- через К пр,

зс(Г

выражение (6) с учетом прин того обозначени  будет иметь вид

йЛ

Ж

(7)

Как видно из выражени  (7) зависимость плотности измер емой среды от разности хода сильфонов носит линейный характер.

Например, дл  сильфонов, выполненных из бронцы Бр. Б2 с модулем упругости ,35Ю кгс/мм и жесткостью К 0,552 кГс/мм , наружный диаметр которых равен мм, а внутренний диаметр ,5 мм. Э})фективна  площадь сильфонов определ етс  из соотноше1ам  (5) и равна F,O,007 м ,

Принима  базу прибора С-0,5 м, определ ем Кпр. 5 7 Иrt Кпр,1510 кг/м, при плотности жидкости 1,1 г/см разность кода сильфонов составит 7 мм, Дп  измерени  разности хода сильфоновА 4 примен етс  емкостной датчик состо щий из трех цилиндрических обкла док, который может быть представлен как два параллельно включенных конденсатора С| и С, образуемых обкладками 10, 8 и 1О, 9. Первоначально диэлектрик 6, занимающий половину длинь конденсатора С|, был неподвижен. При погружении датчика в жидкость диэлектрик выводитс  из полости eMKOCTHorot, преобразовател  в результате давлени  гидростатического столба жидкости на верхний сильфон 2. Дл  определени  емкости конденсатора С. может быть использовано выражение -&)«)-)J.s. - -I где И - высота пластины; . - диэлектрическа  проницаемость воздуха; У - рассто ние между пластинами; d. - диаметр внутреннего цилиндра; . - диэлектрическа  проницаемость диэлектрика; А - линейное перемещение диэлект; . рика; о 8,85 Ю ф/м посто нна . Емкость конденсатора С измен етс  за счет введени  диэлектрика 7 первоначально занимавшего половину длины конденсатора и перемещающегос  под действием давлени  гидростатического столба жидкости на нижний сильфон 3. Дл  определени  емкости конденсатора С воспользуемс  выражением (9), аналогичный выражению (8). (м-€) «(44 Суммарна  емкость преобразовател  определ етс  из и 1ражени  (10) с учетом выражений (8) и (9), 2%7) Преобразу  полученное ахражение (Ю) и подставл   в него значение раэ32 ности перемещений .из выражени  (7), получаем градуировочную зовисимость , .и ) - - ri , „,(ь|5) Как видно из выражени  (11) суммарна  емкость преобраэоватеп   вл етс  линейной функцией ппотности жидкости. Дп  определени  чувствительности прибора (V) к изменению плотности жидкости выражение (И) дифференцируетс  dc fo(V%y: v. (f (If) Как видно из выражени  (12), чувс-рвительность прибора пр мо пропоршюнальна диэлектрической проницаемости диэлектрика {, базе прибора L и обратно пропорциональна жесткости сильфоНапример ©ели выбрать диэлектрик с диэлектрической проницаемостью 6м 80, а габаритные размеры Щ1линдрических конденсаторов (-72 мм, DH 80 мм, . мм, мм, 1,. 1,1 г/смЗ, мм, мм, где d - наружный диаметр внутреннего цилиндра; 5 внутренний диаметр наружного цилиндра; И - длина цилиндров; дЛ - разность хода сильфонов; (J - рассто ние между пластинами; диэлектрическа  проницаемость воздуха; р; - ПЛОТНОСТЬ жидкости; L - база прибора; Гдф- эффективна площадь сильфонов , то при этом гЛд- суммарна  емкость преобразовател  составл ет 8932,17 пф, а емкость преобразовател  до погружени  составл ет 8904,17 пф. Дл  Кпр, 15- 10- кг/м и плотности жидкос тир.1 кг/см 3 суммарна  емкость преобразовател  составл ет 8624,17 пф. Таким образом, чувст вительность прибора к изменению плотости жидкости равна О,28 пф/кг/м. Плотность жидкости с увеличением температуры измен етс  согласно сооттюнгеНИЮPQ Pt T Ttfi3). де OQ - плотность среды при начальной температуре;

7 D. - ппотность среды при конечной „температуре; оС - температурный коэффициент рас ширени  жидкое in; t: температура среды. Таким образом, изменение плотности среды за счет изменени  температуры шлзывает дополнительное изменение емкости преобразовател  разности перемещений . Это изменение определ етс  из выражени  (11) с учетом выражени  (13) и может быть рассчитано согласно уравнению . гдед(ец-е) . .,t(..) d,,/ (14 Следовательно емкость компенсацион ного конденсатора должна также измен тьс  на величину, вьхчисленную по выражению (14) Это может достигатьс  применением конденсатора, диэлектрическа  проницаемость обкладки которого зависит от температуры. В Тсаче ;тае такого диэлектрика может быть примет нен тидол, зависимость диэлектрической проницаемости которого от температуры имеет вид f.. л п (Qr)j (1 где f J. - относительна  диэлектрическа  проницаемость при началь ной температуре f 5 - относительна  диэлектрическа проницаемость при конечной температуре; Л- (15-10) 10 - температурный коэффициент диэлектрика; конечна  температура; начальна  температура. При уменьшении плотности среды ем кость преобразор1ател  уменьшаетс , а кость компенсационного конденсатора р тет. При использовании диэлектрика с

Claims (2)

1. 8 отрицательным температурным коэффициентом датчик плотномера необходимо повернуть на 180, тогда при уменьшении плотности емкость преобразовател  растет , а емкость компенсационного конденсатора уменьшаетс . Формула изобретени  1.Гидростатический плотномер, содержащий корпус, блок из двух полых сильфонов малой жесткости и равных эффективных площадей, датчик перемещеНИИ , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности прибора и точности измерений, датчик перемещений выполнен в виде двух цилиндрических электродов, укрепленных внутри корпуса-электрода, на котором расположены вертикально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждого из которых расположен шток, один конец каждого ритока скреплен с соответствующим днищем сильфона, другие концы штоков выполнены из диэлектрика и расположены между электродами датчика перемещений. 2.Гидростатический плотномер, отличающийс  тем, что параллельно датчику перемещений включен, конденсатор, состо5паий из корпуса-электрода с расположенным на нем кольцом из диэлектрика, на котором закреплен внешний электрод. Источйики информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N9 160353, кл. 42 е 1/02, 1962.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 177142, кл. 426 1/03, 1964 (прототип).