Гидростатический плотномер

О П ИфИ Е (ц 714232ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСфцналкстнческкяРеснублкк К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл, Я 01 И И 26 с присоединением заявки М -суас 1 иииий кеаитет сезар в ааааа имбриеиий к аерыей(23)Приоритет Опубликовано 05.02.80. Бюллетень МДата опубликования описания 08.02,80(54) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ 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.5Известен гидростатический цлотномер жидких сред, в котором в качестве чувст вительного элемента используются плос кие мембраны, установленные на общем корпусе и соединенные общим штоком, который помещен в полость индукцион" ного преобразователя И 3 .Однако применение в качестве чувствительных элементов мембран с индукционными преобразователями обуславливает недостаточную точность измеренияи низкую чувствительность из-за нелинейности их характеристик и малой вели-, чины хода.Известен гидростатический плотномер жидкости с автоматической температурной компенсацией, в котором чувствительный элемент выполнен в виде блока силь- фонов малой жесткости и раыных эффек 2тивных площадей, а узел вывода к датчи-ку контроли перемещений состоит из двухсильфонов, соединенных между собой диоком и стойкой и помещенных в полость нижнего измерительного сильфона. Силь- фоны установлены на участке трубопровода на различных уровнях, а внутренние полости сильфонов заполнены эталонной жидкостью и сообщаются с помощью соединительной трубки 23.Однако сжимаемость эталонной жидкости, заполняющей сильфоны 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 конструкции блока сидьфона и узла вывода разности перемещений,Цель изобретения - увеличение чувствительности прибора и точности измерений.(7) 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 штоков 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 9 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. Для 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 1 с усилием, определяемым иэ зависимос 1 и (1), а на нижний сильфон 3 оказывает давление гидро- статический столб жидкости высотой + +Ь с усилием,. определяемым из зависимости (2). Под действием усилий Я и Я, жесткие центры сильфонов 2 и 3 перемещаются на вели Ь 1 и Ка. А =2 ОД"1, (4)йеигде Е - модуль упругости материала силь фОНа;- толщина стенки гофра;о - число гофр;1- наружный диаметр сильфонов;6- расчетный коэффициент, зависящий 20 от отношения .-", где1 вВ - внутренний диаметр сильфона,Разность перемещений жестких центров сильфонов может быть определенаиэ выражения (6) с учетом выражения 25 (5) для эффективной площади сильфонов. Р = -+й . (5) Обозначив величину через К пр,КсРвыражение (6) с учетом принятого обозначения будет иметь вид Р45Как видно из выражения (7) зависимость плотности измеряемой среды отразности хода сильфонов носит линейныйхарактерЮНапример, для сильфонов, выполненныхиэ бронцы Бр. Б 2 с модулем упругостиЕ=1,35 10"1 кгс/мм и жесткостью К=Й.=0,552 кГс/мм, наружный диаметр которых равен Дн=100 мм, а внутреннийдиаметр Двн=75,5 мм, Зффективная площадь этих сильфонов определяется изсоотношения (5) и равна Р =0,007 м .йПринимая базу прибора Ь=0,5 м, определяем Кпр,5 714Кпр.=15 10 кг/мпри плотности жидкости =1,1 г/см 1 разность хода сильфонов составит 7 мм.Для измерения разности хода сильфоновЬ применяется емкостной датчик5 состоящий из трех цилиндрических обкладок, который может быть представлен как два параллельно включенных конденсатора С и С, образуемых обкладками 10, 8 и 10, 9. Первоначально диэлект рик 6, занимающий половину длины конденсатора С, был неподвижен. При погружении датчика в жидкость диэлектрик выводится из полости емкостногот преобразователя в результате давления гидро- статического столба жидкости на верхний сильфон 2. Для определения емкости конденсатора С может быть использовано выражениео )+где Н - высота пластины:Е - диэлектрическая проницаемость 25воздуха;д - расстояние между пластинами;д - диаметр внутреннего цилиндра; .с - диэлектрическая проницаемостьИдиэлектрика; ЭОЛ - линейное перемещение днэлек 14рика;о =8,85 10( ф/м постоянная.Емкость конденсатора С изменяется за счет введения диэлектрика 7 первона- з 5 чально занимавшего половину длины кон- денсатора и перемещающегося. под действием давления гидростатического столба жидкости на нижний сильфон 3. Для определения емкости конденсатора С вос- . 40 пользуемся выражением (9), аналогичный выражению (8). Суммарная емкость преобразователя определяется из выражения (10) с уче том выражений (8) и (9). е(н )сс Н Х 2 м4(10) и подставляя в него значение раэ 2326ности перемещений,нз выражения (7),получаем градуировочную зависимость2 е,(е-е) а,)"к,е(е+У е(1+ - ) "4Как видно из выражения (11) суммарная емкость преобразователя являетсялинейной функцией плотности жидкости,Для определения чувствительности прибора (У) к изменению плотности жидкости выражение (11) дифференцируетсягф -) е,(е-е)Е,Р ,Как видно из выражения (12), чувствительность прибора прямо пропоршеонвльна диэлектрической проницаемости диэлектрика Ееч, базе прибора Ь и обратнопропорциональна жесткости Кп сильфонов.Например если выбрать диэлектрикс диэлектрической проницвемостью с е 1==80, а габаритные размеры шлиндрических конденсаторов д =72 мм, Оее =80 мм,Н=200 ммфд=7 мм,8=4 мм, 1=1,Я=2=1,1 г/см 3,Ь =500 мм, Рч, -- 7107 мм,где С 1 - наружный диаметр внутреннего цилиндра;- внутренний диаметр наружногоцилиндра,Н - длина цилиндров;ьЛ - разность хола сильфонов;0 - расстояние между пластинами;- диэлектрическая проницаемостьвоздуха;р, - плотность жидкости;Ь - база прибора;Г - эффективная площадь сильфоэФнов, то при этомгО - суммарная емкость преобрвзоователясоставляет 8932,17 пф, а емкость преобразователя до погружения составляет8904,17 пф. Для Кп =15 10 е кг/м и9плотности жидкости л =1 кг/см З суммарз-жная емкость преобразователя составляет 8624,17 пф, Таким образом, чувствительность прибора к изменению плотности жидкости равна 0,28 пф/кг/м .3Плотность жидкости с увеличением температуры изменяется согласно соотноелению о(13),где е - плотность среды при начальоной темпер атур е;7142321отрицательным температурным коэффициентом датчик плотномера необходимо пос- вернуть на 180 о, тогда при уменьшенииплотности емкость преобразователя рас тет, а емкость компенсационного конденсатора уменьшается. 1, Гидростатический плотномер, содержащий корпус, блок из двух полыхсильфонов малой жесткости и равныхэффективных площадей, датчик перемеще 15 ний, отличающийся тем,что,с целью повышения чувствительности прибора и точности измерений, датчик перемещений выполнен в виде двух цилиндрических электродов, укрепленных внутриО корпуса-электрода, на котором расположены вертикально днищами в противоположные стороны сильфоны, в центре каждогоиз которых расположен шток, один конец каждого атока скреплен с соответствующим днищем сильфона, другие концыштоков выполнены из диэлектрика и расположены между электродами датчикаперемещений,2. Гидростатический плотномер, о т -З 0 л и ч а ю щ и й с я тем, что параллельно датчику перемещений включенконденсатор, состоящий из корпуса-электрода с расположенным на нем кольцомиз диэлектрика, на котором закрепленЗ внешний электрод.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР40% 160353, кл. 42 6 1/02, 1962.2. Авторское свидетельство СССР(прототип). й - плотность среды цри конечнойзтемпературе;С - . температурный коэффициент раширения жидкОсти- 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,)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 температуры6. б (+осЯ - Я ) ( ) где . - относительная диэлектрическая проницаемость при начальной температуре;- относительная диэлектрическаяпроницаемость при конечнойтемпературе;А- (15-10) 10 " - температурныйкоэффициент диэлектрика;- конечная температура;Я - начальная температура.0При уменьшении плотности среды емкость нреобразомтеля уменьшается, а емкость компенсационного конденсатора растет, При использовании диэлектрика с формула изобр етения10714232 Составитель Л, Свешниковаедактор А. Шмелькин Техред И, Лсталош Корректор И, Му з 9 Подписноеомитета СССРоткрытийушская наб д. 4 4/38 Тираж 10 19 ЦНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва.ЖР пиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ктная 4