измеритель плотности жидкостей и газов эрлихмана-коренченко (варианты)

Формула изобретения

1. Измеритель плотности жидкостей и газов, содержащий поворотный поплавковый элемент, выполненный в виде по крайней мере двух жестко связанных между собой поплавков из материалов с различной плотностью, отличающийся тем, что он содержит корпус с отверстием для подачи измеряемой среды, на корпусе и поплавковом элементе нанесены шкала отсчета и отсчетная метка соответственно, при этом поплавковый элемент размещен на закрепленной в корпусе оси вращения таким образом, чтобы центры масс и центры выталкивающих сил поплавков были смещены относительно оси вращения и соединяющая их прямая не пересекала ось вращения.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения выполнена в виде стержней.

3. Измеритель по п. 2, отличающийся тем, что стержни выполнены из деформирующихся при изменении температуры материалов.

4. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения выполнена в виде диска, к которому прикреплены поплавки и на котором нанесена отсчетная метка.

5. Измеритель по пп. 1-4, отличающийся тем, что он снабжен механическим усилителем поворота поплавкового элемента, выполненным в виде шарика или капли жидкости, перемещающихся по канавке, профиль которой представляет собой кривую линию, обращенную выпуклостью в направлении силы тяжести.

6. Измеритель по п. 5, отличающийся тем, что поплавковый элемент снабжен дополнительной шкалой отсчета, нанесенной параллельно профилю канавки.

7. Измеритель плотности жидкостей и газов, содержащий поворотный поплавковый элемент, выполненный в виде по крайней мере двух жестко связанных между собой поплавков из материалов с различной плотностью, отличающийся тем, что он содержит корпус с отверстием для подачи измеряемой среды и дополнительный поплавковый элемент, при этом основной и дополнительный поплавковые элементы размещены на закрепленной в корпусе оси вращения таким образом, чтобы центры масс и центры выталкивающих сил поплавков каждого элемента были смещены относительно оси вращения и соединяющая их прямая не пересекала ось вращения, при этом дополнительный поплавковый элемент выполнен с возможностью поворота в направлении, противоположном направлению поворота основного поплавкового элемента, причем шкала нанесена на одном поплавковом элементе, а отсчетная метка на другом.

8. Измеритель по п. 7, отличающийся тем, что жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения выполнена в виде стержней.

9. Измеритель по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что стержни выполнены из деформирующихся при изменении температуры материалов.

10. Измеритель по п. 7, отличающийся тем, что жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения выполнена в виде диска, к которому прикреплены поплавки.

11. Измеритель по пп. 7 10, отличающийся тем, что он снабжен механическим усилителем поворота поплавкового элемента, выполненным в виде шарика или капли жидкости, перемещающихся по канавке, профиль которой представляет собой кривую линию, обращенную выпуклостью в направлении силы тяжести.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерения плотности жидкостей или газов и может быть использовано в самых различных областях науки и техники.

Известны жидкостные плотномеры поплавкового типа, в которых мерой плотности исследуемой жидкости является величина всплытия поплавка [1, 2, 3]

Измерение такими плотномерами требует большого количества жидкости, значительных габаритов прибора, при измерении поплавок прилипает к стенке корпуса, шкала может произвольно разворачиваться в сторону от наблюдателя.

Известен поплавковый плотномер для жидкости, содержащий тонущий в жидкости поплавок, установленный на валу диск и устройство для уравновешивания поплавка с профилированным элементом, выполненным в виде кулачка, размещенного на одном валу с диском, в котором выполнено отверстие, геометрически идентичное кулачку [4]

Недостатком данного плотномера является невысокая точность измерения ввиду того, что плечо уравновешивающего груза изменяется по закону, отличному от закона эвольвентного профиля кулачка, т.к. трос уравновешивающего груза начинает наматываться на кулачок не в точке, лежащей в горизонтальной плоскости оси кулачка, а несколько ниже. Кроме того, прибор имеет большие габариты и требует для своей работы значительных количеств жидкости.

Известны поворотные поплавковые плотномеры со смещенным относительно центра выталкивающей силы центром тяжести подвижной части. В поворотных плотномерах подвижная часть приводится в равновесие при каждом значении плотности контролируемой жидкости за счет уравновешивания вращательных моментов от силы тяжести и подъемной силы, т.к. точки приложения этих сил не совпадают [5]

Недостаток подобных плотномеров зависимость показаний от отклонения датчика от вертикали.

Известны плотномеры, в которых указанный выше недостаток устранен путем использования двух поплавковых датчиков, соединенных дифференциально механически или электрически [6]

Недостатками плотномеров этого типа являются большая инструментальная погрешность, вызванная погрешностью измерения массы индивидуальных уравновешивающих грузов при подгонке плавучести обоих поплавков, сложность процесса настройки, обусловленная необходимостью уравновешивания каждого из механических узлов в отдельности своим противовесом с последующим уравновешиванием механической подвижной системы в целом. Кроме того, плотномер имеет значительные вес и габариты, обусловленные наличием индивидуальных уравновешивающих грузов для каждого поплавка и установочных стержней. Известные плотномеры помимо увеличенных габаритов и потребности в большом количестве жидкости сложны по конструкции.

Этих недостатков лишен измеритель плотности Эльшанского [7] выполненный в виде поплавка, снабженного лежащими в одной плоскости тремя отростками, на концах которых закреплены грузы различного веса. Этот плотномер выбран в качестве прототипа, как наиболее близкий к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту.

Недостатками данного плотномера являются необходимость большого количества жидкости для проведения измерения, невысокая точность и дискретность измерений, а также невозможность его использования для газов.

Задачей изобретения является снижение размеров (габаритов) прибора, уменьшение количества используемой для измерения среды жидкости, обеспечение непрерывности (бесступенчатости) измерений, повышение чувствительности и удобства в работе, а также расширение функциональных возможностей прибора за счет применимости его для газов.

Сущность изобретения заключается в том, что в измерителе плотности жидкостей и газов, содержащем поворотный поплавковый элемент, выполненный в виде по крайней мере двух жестко связанных между собой поплавков из материалов с различной плотностью, содержится корпус с отверстием для подачи измеряемой среды, на корпусе и поплавковом элементе нанесены шкала отсчета и отсчетная метка соответственно, при этом поплавковый элемент размещен на закрепленной в корпусе оси вращения таким образом, чтобы центры масс и центры выталкивающих сил поплавков были смещены относительно оси вращения и соединяющая их прямая не пересекала ось вращения.

Еще одним из вариантов решения поставленной задачи является то, что в измерителе плотности жидкостей и газов, содержащем поворотный поплавковый элемент, выполненный в виде по крайней мере двух жестко связанных между собой поплавков с различной плотностью, содержится корпус с отверстием для подачи измеряемой среды и дополнительные поплавковые элементы размещены на закрепленной в корпусе оси вращения таким образом, чтобы центры масс и центры выталкивающих сил поплавков каждого элемента были смещены относительно оси вращения и соединяющая их прямая не пересекала ось вращения, при этом дополнительный поплавковый элемент выполнен с возможностью поворота в направлении, противоположном направлению поворота основного поплавкового элемента, причем шкала нанесена на одном поплавковом элементе, а отсчетная метка на другом.

В обоих вариантах измерителя плотности жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения может быть выполнена в виде стержней. Чтобы компенсировать влияние температуры измеряемой среды стрежни могут быть выполнены из деформирующихся при изменении температуры материалов, например биметаллических.

Жесткая связь между поплавками и между последними и осью вращения может быть выполнена также в виде диска, к которому прикреплены поплавки.

Для повышения чувствительности измеритель плотности может быть снабжен механическим усилителем поворота поплавкового элемента (одного или обоих), выполненным в виде шарика или капли жидкости, перемещающихся по канавке, профиль которой представляет собой кривую линию, обращенную выпуклостью в направлении силы тяжести.

Для обеспечения независимости показаний прибора от поворота его корпуса в вертикальной плоскости при первом варианте выполнения отсчетная шкала может быть дополнительно нанесена параллельно профилю канавки, при этом отсчет плотности производится по шарику или капле.

На фиг. 1 показаны два вида измерителя плотности жидкостей и газов, в котором жесткая связь между поплавками и последними и осью вращений выполнена в виде диска, к которому прикреплены поплавки; на фиг. 2 показан измеритель, где жесткая связь выполнена в виде стержней; на фиг. 3 два вида варианта измерителя с дополнительным поплавковым элементом; на фиг. 4 поплавковый элемент измерителя с механическим усилителем поворота; на фиг. 5 поплавковый элемент с отсчетной шлкалой, нанесенной параллельно профилю канавки.

Измеритель плотности (фиг. 1) представляет собой корпус 1, на который нанесена кольцевая риска 2, и внутри него расположены поплавки 3 и 4, закрепленные на диске 5 с цапфами 6, опирающимися на подшипники 7, которые закреплены ни стенках корпуса 1. На диске 5 размещена отсчетная метка 8, а на корпусе 1 шкала 9. Корпус в верхней части имеет резиновую грушу 10, а в нижней носик 11 для отбора проб измеряемой жидкости.

При выполнении жесткой связи в виде стержней (фиг. 2) поплавки 3 и 4 между собой и с осью вращения соединены системой стержней 12, один из которых не несет поплавок и служит в качестве стрелки для отсчета плотности no шкале.

Измеритель плотности, имеющий дополнительный поплавковый элемент 13, изображен на фиг. 3.

Поплавковый элемент измерителя с механическим усилителем его поворота, выполненным в виде шарика или капли жидкости (например, ртути) 14, перемещающихся по канавке 15, изображен на фиг. 4.

Поплавковый элемент с механическим усилителем, имеющий шкалу 16 параллельно профилю канавки, изображен на фиг. 5.

Измеритель работает следующим образом. Отбирается проба измеряемой жидкости с помощью груши 10 и носика 11 так, чтобы поплавковый элемент был полностью погружен в жидкость, а уровень жидкости располагался параллельно риске 2. В зависимости от плотности жидкости поплавковый элемент поворачивается на определенный угол, соответствующий плотности жидкости. Плотность определяется по шкале 9 с помощью отсчетной метки 8.

На каждый поплавок действуют две силы: сила тяжести и выталкивающая (архимедова) сила. Первая сила не зависит от плотности измеряемой среды, а вторая зависит, так что равнодействующая этих сил будет зависеть от плотности среды.

При погружении поплавкового элемента в измеряемую среду возникает момент сил, действующих на поплавки, в результате чего поплавковый элемент поворачивается на такой угол, зависящий от плотности среды, при котором сумма моментов сил, действующих на поплавки, не станет равной нулю.

Таким образом, угол поворота поплавкового элемента относительно горизонта будет определяться плотностью измеряемой среды.

Измеритель, снабженный дополнительным поплавковым элементом, работает аналогично, за исключением того, что шкала 9 расположена не на корпусе 1, а на одном из поплавковых элементов, а отсчетная метка 8 на другом. В этом случае исчезает необходимость установки уровня жидкости параллельно риске 2. За счет зеркального расположения двух поплавковых элементов вращение их при измерении осуществляется в противоположных направлениях, при этом чувствительность прибора увеличивается в 2 раза.

Измеритель с механическим усилителем (фиг. 4) работает так же, как и без него, но угол поворота поплавкового элемента увеличивается за счет перемещения шарика (или капли) 14 no канавке 15, побуждаемого к движению поворотом поплавкового элемента. За счет механического усилителя повышается чувствительность прибора в узком диапазоне плотностей измеряемых жидкостей.

Дополнительная шкала, нанесенная параллельно профилю добавки, позволяет измерять плотность среды независимо от угла поворота корпуса прибора в вертикальной плоскости (фиг. 5).

Использование предлагаемых вариантов измерителя плотности позволяет по сравнению с известными приборами проводить измерения плотности небольших объемов жидкости или газа (15-50 см³), ускорить процесс измерения плотности, увеличить точность измерений, а также измерять плотность газов. Кроме того, габариты прибора значительно меньше размеров известных плотномеров аналогичной точности.