виброзонд для определения плотности жидких сред

Формула изобретения

Виброзонд для определения плотности жидких сред, содержащий вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом, закрепленным на изогнутом участке вилки, и магнитострикционный привод, отличающийся тем, что в него дополнительно введены труба и демпфирующее устройство, состоящее из сильфона, стакана и пружины, причем сильфон расположен внутри стакана и герметично врезан в трубу виброзонда, а пружина жестко соединена с торцом стакана и корпусом вилки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения плотности жидких сред в различных резервуарах, в том числе в аппаратах под давлением.

Прототипом заявленного устройства является вибрирующее устройство для измерения температуры или других физических свойств жидких сред, содержащее вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом, закрепленным на изогнутом участке вилки, и магнитострикционным приводом (заявка №2079940 G01N 9/34, Великобритания).

Данные устройства, как правило, устанавливаются непосредственно на крышках или боковых стенках резервуаров. Во многих случаях такие конструктивные решения невозможны для практического применения, особенно на предприятиях атомной и химической промышленности, где по специфическим условиям нет доступа к устройствам для их обслуживания и ремонта.

Поэтому вибрационное устройство (зонд) необходимо вводить внутрь резервуара с помощью герметичной удлинительной трубы, в которой размещаются кабели (провода) электрической схемы.

Общий недостаток указанных вибрационных устройств состоит в том, что при присоединении к ним герметичной удлинительной трубы происходит изменение резонансной частоты устройства, что приводит к снижению точности измерения плотности жидких сред.

Частота колебаний вибрирующего устройства определяется уравнением

где К - жесткость вилки;

М ₀ - масса вибрирующего устройства и жестко связанных с ним частей, кг;

М - масса жидкости, колеблющаяся вместе с вилкой вибрирующего устройства, кг.

Масса вибрирующего устройства и жестко связанных с ним частей зависит от плотности контролируемой жидкости и объема окружающей его контролируемой жидкости и определяется выражением

где d - плотность контролируемой жидкости, кг/м ³;

S₁ - площадь аппарата с контролируемой жидкостью, м²,

h ₁ - высота столба жидкости над вилкой, м.

Масса жидкости, колеблющаяся вместе с вилкой вибрирующего устройства, определяется выражением

где S₂ - площадь, занимаемая жидкостью между вилкой, м²,

h ₂ - высота вибрирующего устройства, м.

Подставляя выражения (2) и (3) в выражение (1), имеем:

Из выражения (4) видно, что частота колебаний вилки зависит не только от плотности (d) контролируемой жидкости, но и от высоты столба жидкости (h₁) расположенного над вилкой. Величины S₁, S ₂ и h₂ постоянные и в процессе измерения не изменяются.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности определения плотности жидких сред при изменении уровня контролируемой жидкости.

Поставленная задача решается с помощью заявляемого устройства. В виброзонд (см. чертеж), содержащий вилку 1, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом и магнитострикционным приводом 6, закрепленными на изогнутом участке вилки 1, и трубу 2, введено демпфирующее устройство, расположенное между ними и представляющее собой сильфон 3, стакан 4 и пружину 5, причем сильфон расположен внутри стакана и герметично врезан в трубу 2, что защищает проходящие внутри сильфона электрические проводники от пьезоэлектрических кристаллов и магнитострикционного привода 6 от воздействия агрессивной измеряемой среды. Пружина, жестко соединенная с торцом стакана и корпусом 7 вилки 1, предназначена для уменьшения механических нагрузок на сильфон и, следовательно, для повышения надежности работы устройства.

Работа виброзонда с демпфирующим устройством осуществляется следующим образом. При подаче напряжения на привод вилка начинает вибрировать с резонансной частотой, которая зависит от физических свойств контролируемой жидкости. Колебания вилки 1 приводят к сжатию-растяжению сильфона 3 и пружины 5 с частотой колебания стержней. За счет сжатия-растяжения сильфона 3 и пружины 5 не происходит передача колебаний вилки 1 на трубу 2. Таким образом, труба 2 не участвует в создании резонансной частоты и выражение (4) в этом случае имеет вид

Из выражения (5) видно, что частота колебаний вилки зависит только от параметров вилки К, S₂ и h₂, которые определяются геометрическими размерами вилки и не изменяются в процессе измерения, и от плотности контролируемой жидкости и не зависит от уровня контролируемой жидкости h₁, что повышает точность измерения и расширяет область применения устройства на предприятиях атомной, химической и др. отраслях промышленности при внутри аппаратной установке за счет применения удлинительной трубы.