Поплавковый плотномер

(19 (11) 0 А зсЮ 01 К 9 18 ВЮВяйидиар е". с.1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДФРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ 19 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССРф 84206 клС 01 М 9/18 19482. Авторское свидетельство СССР9128649, кл. 6 01 М 9/18, 1959,(54) (57) 1. ПОППА 8 К 081 Ю ПЛОП 101 ПР, содержащий поплавок частичного погружения и прибор для измерения его наклона, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения плотности жидкостей со значительным поверхностным натяжением, поплавок выполнен в виде сектора кругового кольца прямоугольного сечения с центральным углом менее 15 , на не- погруженной образующей которого установлен прибор для измерения наклона поплавка.2. Плотномер по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что поплавок выполнен из однородного материала.1 11229Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь"зовано для измерения плотности жидкости поплавковым методом.Известен дистанционный ареометр5с двумя жестко связанными герметически закрытыми камерами разного объемного веса, одна иэ которых имеетположительную плавучесть и содержитконтактное устройство, а другаявсплывает или погружаетсялри изменении плотности жидкости, вызываяповорот прибора и срабатывание контактного устройства1 3Недостатком его является зависимость показаний от поверхностногонатяжения среды.Наиболее близким по техническойсущности является прибор для измерения плотности жидкостей, содержащий поплавок частичного погруженияи прибор для измерения его наклона.Поплавок укреплен на сборном кольце, свободно плавающем в жидкости.Внутри кольцевой полости наружногокольца, заполненной спиртом, помещен воздушный пузырек для отсчетапоказаний. При погружении приборав испытываемую жидкость он поворачивается относительно центра сборно 30го кольца на угол, определяемыйплотностью и фиксируеьвК на шкаЛепо положению пузырька 2 3Однако показания известного плотномера зависят не только от плотности испытываемых жидкостей, нои от силы поверхностного натяжения, которая вызывает дополнительный поворот, так как в плотномере линия ее действия смещена относительно центра тяжести площадиплоскости плавания, т.е. фигуры,ограниченной линией пересечениясвободной поверхности жидкости е поверхностью плавающего тела. Поправку, которую следует при этом ввестив показания, определить сложно,Цель изобретения - повышениеточности измерений плотности жидкостей со значительным поверхностнымнатяжением.50указанная цель достигается тем,что в поллавковом плотномере, содержащем поплавок частичного погружения и прибор для измерения егонаклона, поплавок выполнен в видесектора кругового кольца прямоугольного сечения с центральным угломменее 15, на нелогруженной обра 20 1 зующей которого установлен прибордля.измерения наклона поплавка,а также тем, что прплавок выполнениз однородного материала.На фиг,1 изображен поплавковыйплотномер, общий вид, на фиг.2 -вид его сверху.Поплавковый плотномер содержитпоплавок 1 частичного погруженияи уровень 2 с регулировочным винтом 3.Поплавок 1 выполнен из однородного материала с формой сектора кругового кольца, имеющего прямоугольное сечение и ось 0-0. Ось 0-0 вдальнейшем именуется геометрическойосью поплавка (сектора) . Центральный угол сектора , т.е. угол между радиальными плоскостями 4 и 5,образующими сектор, составляетменее 15. Радиальная плоскость4 является нижней и при измерениипогружена в испытуемую жидкость.Верхняя радиальная плоскость 5 жидкостью не смачивается,Выбор значения центральногоугла поплавка 1 менее 15 обосновывается тем, что это является дополнительным условием по исключению влияния поверхностного натяжения на измерение плотности. Иэтеории плавания тел известно,что при углах крена тел о менее15 перемещение центра давления ител происходит относительно неизменной оси, что необходимо дляисключения влияния сил поверхностного натяжения на показания плотно- мера, Этому же сопутствует расположение центра тяжести поплавка и центра водоизмещения на одной вертикали при его малых ( Ы ( 15) поворотах. Поэтому для исключения влияния поверхностного натяжения необходимо, чтобы центральный угол поплавка р, равный максимальному углу его наклона (крена) о былОЪЦ( меньше 15 ф.Плоскость плавания погруженного в жидкость поплавка 1 является по отношению к нему радиальной и находится между нижней 4 и верхней 5 радиальными плоскостями поплавка 1.Плотность материала поплавка 1 назначается по требуемым чувствительности прибора и нижнему пределу измерения плотности. Чувствительность плотномера максимальна при плотности материала поплавка, близкой к плотности испытываемой жилкос20 4р: Яр/, (3) Р=ТР (4) 45где Т - величина поверхностного натяжения жидкости,Е - периметр плоскости плавания поплавка АВСД (фиг.2).50 Вектор равноцействующей сил поверхностного натяжения проходит через центр тяжести М плоскости плавания поплавка 1 АВСД, а так как она является прямоугольником, то 55 появляется равномерное дополнительное погружение поплавка на величину Ь (см.фиг.1) которое уравновешивается дополнительной выталкивающей силой(2), откуда 3 11229ти а нижний предел измерения практически равен плотности материалапоплавка,Пользуясь нижеприведенными формулами можно показать, что для определения плотности жидкостейблизких к р =1000 кг/м при требуемойчувствительности измерений 10 рад/кг/мЗнеобходимо выполнить поплавок изматеРиала с плотностьюр =380 кг/м,Уровень 2, служащий для регистрации наклона поплавка 1, прикрепленна верхней плоскости 5 поплавка1 и сориентирован в плоскости, перпендикулярной к его оси 0-0Винт 315предназначен для регулированияположения уровня 2 относительно поплавка 1. Шкала уровня отградуирована в единицах плотности и нанесенана верхней поверхности ампулы уров-.ня 2.20Плотномер работает следующимобразом,При опускании поплавка 1 в испытуемую жидкость в момент соприкосно 25вения нижней радиальной плоскости4 поплавка 1 и совпадении ее со свободной поверхностью жидкости пузырек уровня 2 находится в крайнейправой позиции (обозначена на фиг.1и 2 пунктиром), занимая наивысшееположение в цилиндрической ампулеуровня 2.При свободном плавании поплавка 1 правая часть его ввиду ее большей. толщины погружается в жидкость 35больше, чем левая, причем величинапогружения отдельных частей поплавка 1 пропорциональна его толщине.Другими словами, поплавок 1 в процессе погружения получает наклон 40или поворот относительно его геометрической оси 0-0, совпадающей сосвободной поверхностью жидкости.Уровень 2 поворачивается вместес поплавком 1 на тот же угол с,что вызывает перемещение его шкалыотносительно пузырька, занимающего всегда наивысшее положение,на величину .Ь . На шкале уровня 2,проградуированной в единицах плотности, по положению пузырька снимают отсчет.Из уравнения равновесия поплавкав жидкости, составленного с учетоммалости углов (я 1 ь О Ы 1 51 н /3 =/3 )имеем, чторо=РРмЬ=ЫР где р - плотность жидкости",Р - радиус кривизны ампулыуровня;б - центральный угол поплавка;- смещение шкалы уровняотносительно пузырька;р - плотность материала поплавка;о - угол крена поплавка,Формула (3) может применятьсядля вычисления плотности испытуемойжидкости по непосредственно измеренному смещению или же для градуировки шкалы уровня в единицахплотности жидкости,Из уравнения (1), следует, чтопри снижении плотности жидкостидо плотности материала поплавкарщ угол с крена поплавка 1 становится равным центральному углу рпоплавка, что соответствует полномупогружению поплавка и совпадениюего верхней радиальной плоскости5 с уровнем жидкости, Таким образом, максимальный угол крена поплавка о, соответствует нижнему пре(делу измерения плотности жидкости(р =р 1 и равен центральному углу рпоплавка,При бесконечно большой плотности жидкости о( =О. Это соответствует нулевому погружению поплавка 1и совпадению его нижней радиальной плоскости 4 со свободной поверхностью жидкости.Выше рассмотрено поведение поплавка 1 в жидкости без учета силповерхностного натяжения. В случаесмачивания поплавка 1 жидкостьюравнодействующая сил поверхностного натяжения Р направлена внизи равна1122920 ИИПИ Заказ 8128/34 Тираж 8Филиал ППП ффПатфнт"г. Уйгород,П еПроектная,где я," - ускорение свободного падения 6 - площадь плоскости плава -ния поплавка АВСД; Ь - величина дополнительного погружения поплавка.Учитывая, что р с 15 , поворот поплавка 1 при изменении плотности жидкости всегда осуществляется отно- сительно неизменной оси О-О, являющейся геометрической осью поплавка 1. Неизменность оси поворота, од з нородность материала и фЬрма поплав.ка обеспечивают перпендикулярноепересечение поверхностей поплавка1 свободной поверхностью жидкости,поэтому небольшое дополнительноепогружение поплавка 1 за счет силповерхностного натяжения не смещаетплоскость плавания поплавка АВСДи их равнодействующую силу Р относительно оси 0-0, что обеспечиваетравномерность погружения Ь поплавка 1 по всей плоскости плавания иисключает его дополнительный поворот.от сил поверхностного натяжения жидкости.