Гидростатический плотномер

Гидростатический плотномер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАИИ Е

И ЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскик

Социалист мческия

Республик 714232 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 18,07.77(21) 2509290/18-25 (51) М. Кл. (j 01 И 9/26 с присоединением заявки М—.Веуларствеииьй кюиитет сезар ве йалаи изебрвтеиий и аерьпий (23) Приоритет

Опубликовано 05. 02.80. Бюллетень М

Дата опубликования описания 08.02.80 (53) УДК 5Э2. .14(088.8) /

9б, Ю. К. Тараненко, В. И. Снегур, В. И. Ватаманюк, А. И. Белоус, И. В. Мозопевский и Н. А. Гордиенко (72) Авторы изобретения (7т) Заявитель

1 (54) ГИЙРОСТАТИЧЕСКИЙ ПЛОТНОМЕР

Изобретение касается аналитического приборостроения, а именно устройств для измерения плотности жидкости и может быть использовано в химич еской, нефтехимич ес кой и других отраслях промышленности.

Известен гидростатический плотномер жидких сред, в котором в качестве чувст вительного элемента используются ппос кие мембраны, установленные на общем корпусе и соединенные общим штоком, который пометпен в полость индукдиои ного преобразователя (1т .

Однако применение в качестве чувст витальных элементов мембран с индукционными преобразователями обуславпивает недостаточную точность измерения и низкую чувствительность из-за нелинейности их характеристик и малой вели-, чины хода.

Известен гидростатический ппотномер, 6 жидкости с автоматической температурной компенсапией, в котором чувствитеп ный элемент выполнен в виде блока сильфонов малой жесткости и раыных эффек2 тивных площадей, а узел вывода к датчику контроли перемещений состоит из двух сильфонов, соединенных между собой диоком и стойкой и помещенных в полость нижнего измерительного сильфона. Сильфоны установлены на участке трубопровода на различных уровнях, а внутренние полости сильфонов заполнены эталонной жидкостью и сообщаются с помощью соединительной трубки $2J.

Однако сжимаемость эталонной жидкости, запопняющей сипьфоны и соединительную трубку, трение этой жидкости о трубку и сильфоны, трение в механизме узла вывода к датчику контроля разности перемещений оказывает отрицательное влияние на чувствительность прибора и точность производимых измерений и обуславливает значительную сложность конструкпии бпока сильфона и узла вывода разности переметпений.

Hem изобретения — увеличение чувствительности прибора и точности измерений.

714 232 (=с у ().) F, (2), где F +- эффективная площадь сильфона;

g — усуорение свободного падения;

5 — база прибора;

$ æ плотность жидкости. (" и

А -2nA (3)

15 (6) Ь (— жесткость сипьфо на. (7) ч, „е „, Это достигается тем, что в гидростатическом плотномере датчик перемещений выполнен в виде двух цилиндрических электродов, укрепленных внутри корпуса-электрода, на котором расположе ны вертикально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждого из которых расположен шток. Один конец каждого штока скрепленный с соответствую щим днищем сильфона. Другие концы Ul TOKOB выполнены из диэлектрика и расположены между электродами датчика перемещений. Параллельно датчику перемещений включен конденсатор, состоящий иэ корпуса-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 крепятся сильфоны

2 и 3. Для преобразования перемещения дна (жестких центров) служат штоки 4 и 5 с закрепленными на них диэлектриками 6 и 7 из конденсита цилиндричес- кой формы, которые помещены между цилиндрическими наружными обкладками

8 и S и общей внутренней цилиндрической обкладкой 10. Для электрического контакта от наружных обкладок 8 и 9, а также обкладки 10 предусмотрены выводы 11, 12. Рывод 12 соедиьен с корпусом 1 и является одновременно выводом от компенсационного конденсатора, образованного цилиндрическим корпусом

1, диэлектриками 13, 14 и наружными обкладками 15 и 16. Дпя включения в электрическую схему компенсационный конденсатор имеет вывод 17. С целью уменьшения наводок предусмотрен экран

18, экранирующий выроды и элементы емкостного преобразователя.

Гидростатич вский плотномер р аботает следующим образом.

При погружении плотномера в изме-ряемую среду на верхний сильфон 2 оказывает давление гидростатический столб жидкости высотой 3 сс ууссииллииеемм, опреде ляемым иэ зависимос1и (1), а на нижний сильфон 3 оказывает давление гидростатический столб жидкости высотой +

+L с усилием,. определяемым из зависимости (2). Под действием усилий Я и

Я жесткие центры сильфонов 2 и 3 перемещаются на вели А1и } 2..

} = я д ", (4) () й„

Й Q „3 где Š— модуль упругости материала сильфона;

1 — толщина стенки гофра;

n — число гофр; к„- наружный диаметр сильфонов; „- расчетный коэффициент, зависящий

20 от отношения — ", где в — внутренний диаметр сильфона.

Разность перемещений жестких центров сильфонов может быть определена иэ выражения (6) с учетом выражения

25 5) для эффективной площади сильфонов.

Р =- R, +R . (5) 26. 4 еЛ=Л-д = 9 6

2. 1 ) З д 2

6 ЪУ " (Rí

35 (Е 3 где К=

ЯаA Р, Обозначив величину через К п6, К с Р, выражение (6) с учетом принятого обозначения будет иметь вид

Р

Как видно из выражения (7) зависимость плотности измеряемой среды от разности хода сильфонов носит линейный характер.

Я1

Например, дпя сильфонов, выполненных иэ бронцы Бр. Б2 с модулем упругости

Е=1,35 10" кгс/мм и жесткостью К=

Й.

=0,552 кГс/мм, наружный диаметр которых равен Дн=100 мм, а внутренний диаметр Дан=75,5 мм. Зффективная площадь этих сильфонов определяется из соотношения (5) и равна Р =0,007 м . и

Принимая базу прибора L=O,5 м, опредепяем Кпр.

5 7

Кпр.=15 10 кг/м при плотности е1 жидкости (+=1,1 г/сме разность хода сильфонов составит 7 мм.

Для измерения разности хода сильфоnoah}((применяется емкостной датчик состоящий из трех цилиндрических обкладок, который может быть представлен квк двв параллельно включенных конденсатора С4 и С, образувмых обкладками 10, 8 и 10, 9. Первоначально диэлектрик 6, занимающий половину длины конденсатора С4, был неподвижен. При погружении датчика в жидкость диэлектрик выводится из полости емкостногот. преобразователя в результате давления гидростатического столба жидкости на верх; ний сильфон 2. Для определения емкости конденсатора С может быть использовано выражение

О ><+ 1 е 4 где Н вЂ” высота пластины;

Е. — диэлектрическая проницаемость воздуха; д — расстояние между пластинами;

c3е — диаметр внутреннего цилиндра; . с — диэлектрическая проницаемость

И диэлектрик а;

/! — линейное перемещение днэлекч

4 . рика; о =8,85 10(ф/м постоянная.

Емкость конденсатора Св изменяется за счет введения диэлектрика 7 первоначально занимавшего половину длины кон- денсатора и перемещающегося. под действием давления гидростатического столба жидкости на нижний сильфон 3. Для определения емкости конденсатора С воспользуемся выражением (9), аналогичный выражению (8).

40 (10) Преобразуя полученное выражение (10) и подставляя в него значение рве е(е+ е}

2 е-М ( (9) Суммарная емкость преобразователя определяется из выражения (10) с учетом выражений (8) и (9). о с=с+с = — (гне.(н ь-в }(е -е}) Ф 2 е(ейе} 2 1 Й

d) 14232

6 ности перемещений,из выражения (7), получаем градуировочную зависимость аы,(e„- ) amma,(„. ) е(е, гу) p(е,2ю ) („)

4 4

Как видно из выражения (11) суммарная емкость преобразователя является линейной функцией плотности жидкости.

Для определения чувствительности прибора (У) к изменению плотности жидкости выражение (11) дифференцируется

g e. (e„-» " .(.- }е У ду (аУ ) е (е ад ) (12

Как видно из выражения (12), чувст . вительность прибора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика Ееч, базе прибора !» и обратно пропорциональна жесткости Кпв сильфонов.

Например если выбрать диэлектрик

25 с диэлектрической проницаемостью E ее=

=80, а габаритные размеры цилиндрических конденсаторов d 72 мм, Оее — -80 мм, Н=200 ммф(.=7 мм, У=4 мм, C =1, 1 =

=1,1 г/см3,! =500 мм, Рч, — — 7107 мм, 30

rge d — нвружный диаметр внутреннего цилиндра;

9 — внутренний диаметр наружного

Ц цилиндра;

Н вЂ” длина цилиндров;

35 ьЛ вЂ” разность хода сильфонов;

g - расстояние между пластинами; — диэлектрическая проницаемость воздуха; р,„— плотность жидкости;

L — база прибора;

Гэд — эффективная площадь сильфснов, то при этом го„- суммарная емкость преобразователя составляет 8932,17 пф, а емкость преобразователя до погружения составляет

8904,17 пф. Для Кп =15 104 кг/м" и плотности жидкости л =1 кг/см З суммарж

50 ная емкость преобразователя составляет 8624, 1 7 пф. Таким образом, чувст вительность прибора к изменению плотности жидкости равна 0,28 пф/кг/м .

Плотность жидкости с увеличением температуры изменяется согласно соотноще55 нию о

yt=, t (13), где < — плотность среды при нвчальо ной темпер атур е;

714232

1 отрицательным темп ер & тур ным ко эффи ци ентом датчик плотномера необходимо пос- вернуть на 180о, тогда при уменьшении плотности емкость преобразователя рас« тет, а емкость компенсационного конденсатора уменыпается. и — плотность среды цри конечной

З1 температуре;

С вЂ”. температурный коэффициент ра ширения жидкОсти;

t - температура среды.

Таким образом, измененйе плотности среды за счет изменения температуры вызывает дополнительное изменение емкости преобразователя разности переме» щений. Это изменение определяется из выражения (11) с учетом выражении (13) и может быть рассчитано согласно уравнению о н пр ) (14)

Следовательно емкость комйенсацион« ного конденсатора должна также изменяться на величину, вычисленную по выражению (14). Это может достигаться применением конденсатора, диэлектри- ческая проницаемость обкладки которого зависит от температуры. В качестве такого, диэлектрика может быть применен тидол, зависимость диэлектрической проницаемости которого от температуры

6. Е Pg+ (g — Q )) () где . - относительная диэлектрическая проницаемость при начальной температуре; - относительная диэлектрическая проницаемость при конечной температуре; (15-10) 10 - температурный коэффициент диэлектрика; (- конечная температура;

Я - начальная температура.

При уменьшении плотности среды емкость цреобразователя уменьшается, а емкость компенсационного конденсатора растет. При использовании диэлектрика с

Формула изобр етения

1. Гидростатический плотномер, содержащий корпус, блок из двух полых сильфонов малой жесткости и равных эффективных площадей, gamma перемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности прибора и точности измерений, датчик перемещений выполнен в виде двух цилиндрических электродов, укрепленных внутри

В корпуса-электрода, на котором расположены вертикально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждого из которых расположен шток, один конец каждого штока скреплен с соответствующим днищем сильфона, другие концы штоков выполнены из диэлектрика и расположены между электродами датчика перемещений.

2. Гидростатический плотномер, о т—

З0 л и ч а ю шийся тем, что параллельно датчику перемещений включен, конденсатор, состоящий из корпуса-электрода с расположенным на нем кольцом из диэлектрика, на котором закреплен

З внешний электрод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

40 № 160353, кл. 42 Р 1/02, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 177142, кл. 42 6 1/03, 1964 (прототип ) .

714232

Составитель Л. Свешникова

Редактор А. Шмелькин Техред И. Лсталош Корректор И. Муска

Заказ 9274/38 Тираж 10 19 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4