Поплавковый плотномер

(51)М. Кл,С 01 М 9/12 с присоединением заявкм НЕ(23) Приоритет 1 осударствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и откритийДата опубликования описания -,07.1 280(54) ПОПЛАВКОВЫЙ ПЛОтноМеР Изобретение относится к устройст вам для измерения плотности жидкостей.Известно устройство для измерения плотности жидкостей с использованием э полностью погруженных поплавков,подвешенных на оси вращения, которая смещена относительно центра выталкивания и центра тяжести поплавка в одну сторону,Сущность измерения плотности указанными устройствами заключается в уравновешивании вращающего момента сил выталкивания жидкости, 35 действующих на поплавок, моментами электромагнитной, пневматической силы или маятниковым моментом, соэдаваеьым за счет смещения центра тяжести поплавканиже оси его вра щения. уравновешивающие моменты в этих случаях пропорциональны углу отклонения поплавка от среднего по-ложения )13.Известен такжепоплавковый плотйомер,содержащий продолговатый поплавок,подвешенный на оси вращения со смещением относительно центра тяжести и центра выталкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнали затор наклона поплавка, коммутатори интегратор тока 23 Недостатком этого плотномера является невозможность применения устройств, использующих этот способ измерения, иа подвижных объектах, так как они чувствительны к механическим воздействиям (вибрации, качке, ускорению). Погрешность, возникающая при этом, обусловлена различной физической природой находящихся в равновесии сил: с одной стороны - силы выталкивания жидкости которая определяется ускорением земного тяготения, а также суммирующимися с ним ускоренияьв от механических воздействий, и с другой стороны - пневматической или электромагнитной силы, изменениями которой устройство реагирует на каждое изменение сила выталкивания, в томчисле и на ту составляющую силы, которая вызвана механическим воздействием. Поскольку уравновновешивающая сила или момент этой силы является мерой плотности, то появление составляющей силы, обусловленной механическим воздействием, эквивалентно появлению погрешности.Измерение плотности жидкости производится путем уравновешивания вращающего момента силы выталкивания поплавка маятниковым моментом смещенного вниз от продольной оси центра тяжести. Маятниковый момент возникает при отклонении продольной осипоплавка от горизонтали. Величиной,.пропорциональной плотности, счита.ют угол наклона поплавка. Настройкапоплавка на разные диапазоны измерения плотности производится неавтоматйческим перемещением по продоль-ной оси тарировочного груза, расположенного внутри поплавка.Применение подобных устройств наподвижных объектах ограничено следующими недостатками.Использование маятникового момента для уравновешивания сил выталкивания приводит к появлению погрешностейпри боковых ускорениях и наклонах 26резервуара с контролируемой жидкостьювокруг.оси, параллельной оси вращенияпоплавка, так как при этих воздействиях поплавок стремится сохранитьнеизменное положение относительнонаправления кажущегося ускорения, аотсчет положения поплавка производится относительно резервуара с контролируемой жидкостью, жестко связанногос объектом.30Угол поворота поплавка, используемый в качестве меры плотности,имеет нелинейную, а именно тангенциальную, зависимость от плотности контролируемой жидкости, что ограничива,ет диапазон измерения и ухудшает чув-.ствительность прибора вблизи границдиапазонаЦелью изобретения является повышение устойчивости плотномера к меха, ническим воздействиям. 40Поставленная цель достигаетсятем, что устройство уравновешивания .поплавка выполнено в виде размещенной .вдоль оси поплавка камеры,заполненной электролитом и снабженной в 45торцах электродами, соединенными синтегратором тока и подключенным кисточнику тока через коммутатор,который соединен с сигнализаторомнаклона поплавка.50По существу уравновешивающееустройство представляет собой обратимув электрохимическую ячейку, произ,вщящую реверсируемый перенос металл 4 электродов из одного конца поплав-ка в другой. Реверс переноса металла электродов осуществляется переменойполярности подводимого к электродам электрического напряжения, которая производится по сигналам сигнализатора наклона поплавка. 60Мерой плотности является алгебраическая сумма количества электричества, пропускаемого через электрохими,ческую ячейку в обоих направлениях,;которая может быть зарегистрирована у интегратором тока (счетчиком Амперчасов) .На фиг, 1 предоставлена схемапоплавкового плотномера с электрохимическим урав новешивающим устройствомна фиг, 2 - блок-схема поплавковогоплотномера,Плотномер (фиг, 1) состоит изпродолговатого поплавка 1, подвешенного на оси 2 и полностью погруженного в контролируемую жидкость. Поплавок имеет избыточную отрицательную плавучесть, но избыток отрицательной плавучести компенсируетсяреакцией опоры оси поплавка так,что свободный конец его находитсяв жидкости во взвешенном состоянии.Внутренний объем поплавка разбитгоризонтальной перегородкой 3 на двегерметичные камеры 4 и 5. Камера 4заполнена воздухом и служит длячастичной компенсации избыточнойотрицательной плавучести поплавка.В камере 5 расположено уравновешивающее устройство, состоящее из двухэлектроцов 6 и 7, расположенных уторцовых, стенок поплавка, и электролита, заполняющего пространствомежду электродами.Жестко с поплавком связан сигнализатор 8 наклона,который может бытьразмещен внутри или снаружи поплавка.В качестве сигнализатора наклонаможет быть использован жидкостныймаятник, который широко применя-ется в гидроскопии.Корпус маятника выполнен из полойстеклянной трубки, имеющей формутора, в стенке которого впаяны триметаллических контакта, Один из нихявляется центральным, по отношениюк нему боковые контакты располагаются симметрично, на одинаковыхрасстояниях от центрального контакта, Внутренняя полость тора частично заполнена токопроводящей жидкостью, постоянно контактирующей сцентральным электродом, а с боковыми электродами только при наклонах тора вокруг,его оси. Для демпфирования колебаний токопроводящейжидкости остальнаячасть внутреннейполости тора заполнена неэлектропроводящей жидкостью меньшего удельноговеса, Жидкостный маятник имеет типичную релейную реверсивную трехпозиционную характеристику с зонойнечувствительности.Сигнализатор наклона (фиг.2) соединен с коммутатором 9 тока, работой которого он управляет. Коммутатортока предназначен для подключенияэлектродов уравновешивающего устройства к источнику 10 постоянного тока Лолярность подключаемого напряженияисточника тока зависит от направлениянаклона поплавка. Коммутатор токаможет быть собран на коммутирующихэлементах любого типа, например наэлектромагнитных реле. Последовательно в цепь с электродами 6 и 7.включен интегратор 11 тока (счетчик Ампер- часов), являющийся показывающим прибором измерительного устройства, который регистрирует суммарное количество электричества, пропущенного через электроды уравновешивающего устройства, Причем пропускание тока в том направлении, которое ведет к уравновешиванию поплавка при увеличении плотности, увеличивает показания интегратора, а уравновешивание на меньшую плотность уменьшает. В качестве интегратора тока может быть использован реверсируемый счетчик Ампер-часов любого типа (электрохимический или электромеханический ), а также реверсируемый интегратор времени, регистрирующий время протекания тока в том идругом направлениях.Для осуществления электрохимического массопереноса в предлагаемом. уравновешивающем устройстве может быть применен один из процессов, широко применяемых в гальванотехнике.Поскольку гальванический процесс осуществляется в замкнутом объеме поплавковой камеры, необходимо режим электролита выбрать так, чтобы выход по току был равен единице, т.е. чтобы при электролизе не происходило выделения водорода.Электропитание уравновешивающего устройства датчика и сигнализатора наклона осуществляется с помощью гибких токоподводов изоляция которых должна выдерживать длительное воздействие окружающей среды без повреждений.При,изменении плотности контролируемой жидкости поплавок датчика 1 отклонится в ту или другую сторону от горизонтали, При этом сигнализатор 8 наклона выдаст сигнал на коммутатор 9 тока, который подключит электроды уравновешивающего устройства к источнику 10 тока. Причем под- ключение произойдет в такой полярности, что тот электрод, который становится выше по отношению к другому электроду при наклоне поплавка, становится анодом, При этом начнется электрохимическое растворение катода, перенос ионов металла через электролит и электроосаждение ионов металла на аноде. За счет электрохимического переноса металла электродов из одного конца поплавка в другой будет смещаться центр тяжести поплавка. Масса металла, перенесенного приэлектролизном процессе, определяетсязаконом Фарадея:= КЗС, относиПредлагаемый плотномер можетбыть применен для контроля плотности как жидких, так и газообразных продуктов. Линейность градуировочной характеристики создает пред .для уизмерительных устройств, а также облегчает введение поправок к плотности, например, по температуре идавлению.Нечувствительность к механическим 55 воздействиям устройств, реализующихданный способ, снижает требования ких установке и эксплуатации в стационарных заводских условиях, а также дает возможность применять их наподвижных объектах, например, дляконтроля плотности электролита всудовых аккумуляторных батареях,что позволяет оптимизировать процесс эксплуатации и значительно повысить срок службы батарей. В насто 5 10 15 20 25 30 35 40 где К - электрохимический эквивалеьтметалла электродов,1 - ток;выход по току;с - длительность электрокимического процесса;причем вес перенесенного металлаР:ю(2)где- ускорение земного тяготения.Перемещение металла будет производится на величину расстояниямежду электродами Э, и при этомвозникнет вращающий момент, который эквивалентен изменению моментапри перемещении центра тяжести поплавка на величину В:Р,-,=(з)Подставив в эТЬ уравнение выражения (1) и (2) с учетом выражения. 2 Кгде ф - плотность измеряемой жидкостиЧ - объем поплавка,Это выражение является градуировочной характеристикой устройствадля измерения плотности, в которомв качестве показывающего прибораиспользован реверсируемый интегратор 11 тока (счетчик Ампер-часов),включенный последовательно в цепьс электродами 6 и 7,Если решить уравнение 4тельно с, т.е.ЧЬ2%-" Это получим градуировочную характеристику устройства для измеренияплотности, в котором в качестве показывающего прибора использован реверсируемый интегратор времени. Вэтом случае ток электролиза необходимо стабилизировать785686 формула изобретения,Фиг,аф 2 Составитель В.СиэеневЖ.Рожкова Техред М.Петко Корректор. С.Шекмар едак ПодписиСССР Тираж 1019 осударственного ко елам изобретений и сква,Ж,Раушская 30/44 ВНИИПИ по 113035, митет ткрыт наб. к. 4/5 илиал ПППфПатент",г.ужгород,ул.Проектная,4 ящее время приборы подобного назначения на судах отсутствуют.Предлагаемое уравновешивающее устройство потенциально обладает очень высокой разрешающей способностью, т.е. воэможностью очень малой дозировки и точного измерения силы при возможности дистанционного проведения уравновешивания и измерения, что также создает предпосылки для повышения точности измеритель.ных устройств. Яоплавковый плотномер,содержащий 15 продолговатый поплавок, подвешенный на оси вращения со смещением относительно центра тяжести и центра выталкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнализатор наклонапоплавка, коммутатор и интегр.тор тока,о т.л и ч а ю щ и й с я тем,что,сцелью повышения устойчивост:. глотноме-.ра к механическим воздейст нивам устрой-ство уравновешивания поплавка выполнено в виде размещенной вдоль осипоплавка камеры, заполненной электролитом и снабженной в торцахэлектродами, соединенными с интегратором тока и подключенными к источнику тока через коммутатор, который соединен с сигнализаторомнаклона поплавка.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Глыбин И.П. Автоматическиеплотномеры. Киев, "Техника", 1965,с. 30.2. Патент США Р 3455169,кл . 0 01 й 9/30, 1969 (прототип).