Плотномер жидкостей

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(Ф 1) Воронежское опытное конструкторское бюро автоматики Научно-производственногр обьединения "Химавтоматика"(57) Использование: химическая, нефтехимическая, пищевая и др. отрасли промышленноИзобретение относится к области приборостроения, а именно к автоматическим плотномерам жидкости, предназначенным для непрерывного измерения плотности контролируемой жидкости и преобразования результатов измерения в стандартный выходной сигнал, Предлагаемый плотномер может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для контроля плотности жидких технологических сред.Целью изобретения является повышение точности определения,На чертеже приведена схема предложенного поплавкового плотномера.Плотномер содержит два основных блока; измерительную кинематйческую систему 1 и блок формирования выходного сигнала 2. Измерительная кинематическая сти для контроля плотности технологических сред. Сущность изобретения: плотномер содержит проточную камеру с упругим гермовыводом, измерительную кинематическую систему с поплавком, штоком и опорой вращения, соединенную с блоком формирования выходного сигнала, и размещенный внутри поплавка жидкостно-грузовой блок температурнойкомпенсации с компенсационным и регулировочным сильфонами. Регулировочный и компенсационный сильфоны блока температурной компенсации размещены на противоположных торцах поплавка, а подвижный буртрегулировочногосильфона регулировочной шпилькой соединен с наружным торцом полого штока измерительной кинематической системы. 1 ил,система 1 содержит проточную камеру 3, вкоторой размещен поплавок (жесткий, ци,линдрической формы) 4, соединенный по- а лым штоком 5, имеющим опору вращения 6 О) с блоком формирования выходного сигнала 2, Вывод штока 5 из проточной камеры 3 герметизирован разделительным сильфоном 7, Проточная камера 3 снабжена вход- Оф ным 8 и выходным 9 штуцерами, Внутри д поплавка 4 размещен блок температурной1 Я компенсации, содержащий компенсационную полость 10, размещенную на переднем торце поплавка и узел компенсационного сильфона 11, размещенный на заднем торце поплавка. Полость компенсационного сильфона 11 капилляром 12 сообщена с компенсационной полостью 10. Узел компенсационного сильфона 11 содержит компенсационный сильфон 13, подвижный бурт которого соеди 1803812нен штоком 14 с траверсой 15, с которой посредством шпилек 16 с гайками 17 связан компенсационный груз 18, Груз 18 перемещается по направляющей 19, через пазы в которой проходит траверса 15. Направляющая 19 закреплена на внутренней стенке 20 компенсационной полости 10 и на торце полости компенсационного сильфона 11. На переднем торце поплавка 4, внутри компенсационной полости 10 размещен регулировочный сильфон 21, подвижный бурт которого соединен регулировочной шпилькой 22 с наружным торцем полого штока 5 с помощью П-обраэного кронштейна 23 и гаек 24. Проточная камера плотномера 3 заполнена контролируемой жидкостью 25, а компенсационная полость 10 и полость узла компенсационного сильфона 11 заполнены компенсационной жидкостью 26.Блок формирования вь 1 ходного сигнала 2 содержит рычаг 27, закрепленный на штоке 5, С. рычагом 27 соединены подвижные бурты сильфонов обратной связи 28 и 29 и заслонка 30, прикрыва 1 ощая сопло 31, В блок 2 входит также узел корректирования нуля с пружинами 32 и 33 и винтом настройки нуля 34, а также пневмоусилитель 35 и жидкостный демпфер 36,Плотномер работает следующим образом, Контролируемая жидкость 25 через входной штуцер 8 входит в проточную камеру 3, омывает поплавок 4 и выходит через выходной штуцер 9, На поплавок 4 со стороны контролируемой жидкости 25 действует выталкивающая сила, поворачивающая кинематическую систему плотномера (рычаг 5 и сильфон 7) на некоторый угол, При этом на блоке формирования выходного сигнала 2 формируется выходной сигнал, пропорциональный плотности контролируемой жидкости 25: рычаг 27, поворачивается на такой же угол, как и шток 5 относительно опоры 6, При этом изменяется зазор между заслонкой 30 и соплом 31, и изменяется давление, отрабатываемое узлом "сопло-заслонка", Это давление, усиленное пневмоусилителем 35, является выходным сигналом плот- номера Рных. Это же давление Рвх вводится в полости сильфонов обратной связи 28 и 29, формируя усилие силовой компенсации и обеспечивая тем самым высокую точность измерений, Начальное значение выходного сигнала настраивается винтом корректора нуля 22. В установившемся режиме (при постоянной плотности контролируемой жидкости и постоянной ее температуре) выходной сигнал плотномера устанавливается равным какому-то постоянному значению.30 Условие равновесия кинематической системы плотномера при любых температурах (но постоянной плотности) контролируемой жидкости имеет вид: Ьм,= Дм,где ЬМр= ЬРвыт Ь,(2) ЬМр - изменение рабочего крутящего 40 момента плотномера относительно опорывращения 6;ЬЕоыт - изменение выталкивающей силы, действующей на поплавок, от измене ния температуры на величину Ж;Ып - расстояние от оси опоры вращения6 до геометрического центра поплавка;ЬМк - изменение компенсационногокрутящего момента относительно оси опорывращения 6,Изменение компенсационного крутящего момента зависит только от измененияположения груза 18 относительно опорывращения 6, т,к. центр масс остальных частей поплавка остается неизменным.Положение же груза 18 относительноопоры 6 (величина плеча Ьр) зависит от объема компенсационной жидкости 26 в компейсационной полости поплавка. Приувеличении температуры контролируемой При изменении плотности контролируемой жидкости устанавливается новое соотношение между выталкивающей и погружающейсилами, действующими на поплавок, и устанавливается новое значение выходного сигнала,При неизменной собственной (физической) плотности контролируемой жидкости,но при изменении ее температуры, изменит"0 ся действительное значение плотности жидкости: при повышении температуры -плотность уменьшится, при понижении температуры - плотность увеличится, Соответственно изменится и величина выталкивающей15 силы Роыт., действующей на поплавок, а значит и выходной сигнал изменится в соответствующую сторону.Для исключения влияния изменениятемпературь 1 контролируемой жидкости на20 результаты измерения плотности этой жидкости необходимо такое компенсирующеевоздействие на измерительную кинематическую систему плотномера со стороны блокатемпературной компенсации, при котором25 при любых значениях температуры контролируемой жидкости (при неизменной собственной плотности жидкости) выходнойсигнал плотномера оставался бы неизменным,1803812 жидкости 25 увеличивается и температура компенсационной жидкости 26. Объем компенсационной жидкости увеличивается, компенсационный сильфон 13 сжимается и перемещает компенсационный груз 18 в сторону опоры вращения 6, При понижении температуры контролируемой жидкости понизится и температура компенсационной жидкости, объем ее уменьшится и компенсационный груз переместится в противоположную сторону, Изменение компенсационного усилия, вызванное изменением температуры контролируемой и компенсационной жидкости определяется выражением(7) ЬМк = ОгрЖ.гр,(3)где Огр - масса компенсационного груза;ЬЬр - температурное изменение плеча- положения груза относительно опоры 4.Изменение рабочего крутящего момента, вызванное изменением температуры контролируемой жидкости на величину Лт определяется выражением ЬМр = Чп 0 РиЛт-п, (4) аружный объем поплавка; отность контролируемой где Ч кости; Ри - к емного ра руемой) ж Темп ЬЬр зави сационноеством компен о из (8) можноционного груза ия температур а; оэффициент температурного сширения измеряемой (контр идкости,ературное изменение плеча гсит от изменения объема комй жидкости: изанфи(10 ЬЧ, ( Оперируя вьможно выбратьные параметры иИз выраженуже выбранныхпараметрах плотнение плеча устгруза обратно прной площади комТ,е. чем меньшего сильфона, тем6) ная компенсацияСледует такй жидко- равенство момевращения от возталкивающей ивид: ое изменение объ идкости от измене чину Лт,щадь компенсацинение объема комопределяется выгде Чк.ж. - объем компе сти в компенсационнойД коэффициент т емного расширения ком кости,Подставив (6) в (5), а получим нсацио полос.т мпера пенсац рного объонной жидыт 1 п=Омп(3 и. + Огр те где Ьчк.ж. - температур ема компенсационной ж ния температуры на велЯк - эффективная пл онного сильфона.Температурное изме пенсационной жидкости ражением:Ь Чк.ж, = Чк.ж.фкЧк ж /Зк йЛМк = Огрк Подставив (4) и (7) в (1) получим: 5Чп,О фи Ж 1.и =Огр " " (8) Уравнение (8) выражает условие обеспе 10 чения температурной компенсации плотномера для принятых конструктивныххарактеристик плотномера (объема поплавка, веса компенсационного груза, обьемажидкости в компенсационной полости, эффективной площади компенсационногосильфона, длины плеча от оси опоры вращения до геометрического центра поплавка),от плотности контролируемой жидкости и откоэффициента объемного расширения кон 20 тролируемой и компенсационной жидкостей,Иэ (8) получаем выражение для определения необходимого объема компенсационной жидкости (при известных остальных25 параметрах плотномера): Если же задаться колич сационной жидкости Чж., т определить массу компенса необходимого для обеспечен ной компенсации плотномер 1 Ражениями (8), (9) и (10),оптимальные конструктивлотномера.,ий (6) и (5) видно, что приостальных конструктивныхномера, наибольшее измеановки компенсационногоопорционально эффективпенсационного сильфона Як.эффективная площадь этоэффективней температурже указать, что начальное нтов относительно опоры действия на поплавок выпогружающей сил имеетгде О.л. - вес металлоконструкции поплавка (без массы компенсационного груза);Ь - величина плеча от оси опоры вращения до центра масс бм,лЬр - величина плеча от оси опоры вращения до оси балансировочного груза.Из (11) следует, что чем больше плечо Ьр (т.е, чем дальше компенсационный груз размещен от опоры вращения), тем меньше масса компенсационного груза по абсолютной величине, а значит и меньше суммарная масса поплавка,Минимальная температурная инерционность системы термокомпенсации плотномера достигается размещением максимального количества компенсационной жидкости в зоне интенсивного теплообмена с контролируемой жидкостью - на торцах поплавка, С этой же целью ограничен до минимума объем компенсационной жидкости внутри компенсационной полости,.Для обеспечения соблюдения условий равенства(8) в реальныхусловиях, когда все конструктивные элементы плотномера имеют естественные отклонения от номинальных величин за счет поля допусков на размеры, за счет разброса эффективных площадей сильфонов, которые достигают 25 - 40 от номинала) в предлагаемом плотно- мере имеется механизм регулирования объема компенсационной жидкости: изменяя деформацию регулировочного сильфона 21 (вращением гаек 24), при зафиксированном донышке сильфона 13, изменяют в большую или меньшую сторону объем компенсациойной полости (до ее герметизации), а следовательно, и объем компенсационной жидкости,Узел регулирования выполняет еще одну функцию; вращением гаек 24, при незафиксированном положении донышка сильфона 13, изменяют деформацию регулировочного сильфона 21 (при герметиэированной компенсационной полости), что приводит к перемещению донышка компенсационного сильфона 13, а следовательно, ик перемещению компенсационного груза 18в ту или иную сторону, Таким образом уста 5 навливается оптимальное исходное положение груза, что обеспечивает усреднение(оптимизацию) температурной погрешностиплотномера, При этом очень важным отличием предлагаемого плотномера от плотно 10 мера-прототипа является возможностьрегулирования положения компенсационного груза снаружи (вращением гаек 24) наработающем плотномере.Таким образом, предлагаемая конструк 15 ция плотномера с блоком термокомпенсации, имеющим устройство регулированияколичества компенсационной жидкости иоптимального положения компенсационногогруза снаружи (при работающем плотномере)20 обладает существенными преимуществамиперед плотномером-прототипом, значительно улучшая эксплуатационные характеристики плотномера,Формула изобретения25 Плотномер жидкостей, содержащийпроточную камеру с упругим гермовыводом, измерительную кинематическую систему с поплавком, штоком и опоройвращения, соединенную с блоком форми 30 рования выходного сигнала, и размещен;ный внутри поплавка жидкостно-грузовойблок температурной компенсации скомпенсационным и регулировочным сильфонами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью35 повышения точности определения, шток выполнен полым, внутри штока дополнительно установлена регулировочная шпилька,компенсационный и регулировочный сильфоны блока температурной компенсации40 размещены на противоположныхторцах поплавка, а подвижный бурт регулировочногосильфона регулировочной шпилькой соединен с наружным торцом полого штокаизмерительной кинематической системы,4 Ф. Стенина и ГКНТ ССС роизводственно-издательский комринат "Патент", г, Уж л.Гагарина. 101 каз 1052 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета п 113035, Москва, Ж