, (8)

то усилие, развиваемое этим сильфоном с изменением температуры окружающей среды и барометрического давления изменяется на величину:

, (9)

где S_2эф – эффективная площадь дополнительного сильфона, м²;

При S_1эф = S_2эф (сильфоны основной и дополнительный одинаковые) F₁ =F₂ и направлены навстречу друг другу.

Величина температурной поправки реализуется переналадкой прибора.

Трубка 1 имеет два гибких сильфонных перехода для подвода и отвода жидкости.

Перемещение центра тяжести трубы (точка Х), вызванное изменением плотности жидкости, поступающей в петлеобразную трубку, индикатор рассогласования 5, преобразует в электрический сигнал, который в свою очередь преобразуется в компенсационное усилие обратной связи ОС, приложенное к рычагу 8. В точке Х действует сила:

F = G_т + G_ж + G - G_гg/n, (10)

где G_t – сила тяжести пустой трубы, Н;

G_ж – сила тяжести в трубке при минимальной плотности, Н;

G – изменение силы тяжести контролируемой жидкости в трубе, Н;

G_гg/n – сила тяжести груза, приведенная к точке Х.

Условие равновесия системы относительно положения опорной призмы (точка X₁) без учета упругих элементов определяется выражением:

Fx = RO,

где - сила F, приведенная к точке X₁;

или , (11)

где а – расстояние от опоры 7 до точки Х₁ (центра вертикальной оси призмы), м;

b – расстояние от центра силовой катушки электрического силового преобразователя до центра опоры 7, м;

G₀ – компенсационное усилие, создаваемое преобразователем, Н.

При настройке начала шкалыусловие равновесия примет вид:

(12)

Обозначим ,

где G – сила тяжести трубки, заполненной жидкостью, Н.

Тогда получим:

(13)

При поступлении в трубку жидкости с плотностью отличной от плотности жидкости, заполняющей трубку, сила тяжести петлеобразной трубки изменяется:

G = mg,

где m – изменение массы жидкости, связанное с изменением ее плотности при постоянном объеме, кг.

m = V_Т = V_Т (-₀), (14)

где V_t – объем петлеобразной трубки, м³;

₀ – начальное значение плотности, кг/ м³;

 – текущее значение плотности, кг/ м³.

или , (15)

где d – внутренний диаметр петлеобразной трубки, м;

R_и – радиус изгиба трубки, м;

R_B – внутренний радиус петлеобразной трубки, м.

Тогда изменение силы тяжести петлеобразной трубки, заполненной контролируемой жидкостью, можно записать:

(16)

В результате изменения силы тяжести G, возникает усилие R_0, воздействующее на опорную призму, которое преобразуется индикатором рассогласования в электрический сигнал. Электрический сигнал усиливается и преобразуется в ток I_вых, мA, подаваемый на вход элемента магнитоэлектрического преобразователя. При протекании I_вых по катушке магнитоэлектрического преобразователя формируется сила (компенсационное усилие)

, (17)

где D_cp – средний диаметр подвижной катушки преобразователя, м;

В – магнитная индукция в воздушном зазоре преобразователя, Тл;

---

I_вых – сила выходного тока катушки, A;

n – число витков катушки;

G₀ – компенсационное усилие, создаваемое преобразователем, H.

Из (16) получаем следующую зависимость:

(18)

Выходной ток I_вых создает на постоянном резисторе падение напряжения, пропорциональное измеряемой плотности жидкости и регистрируемое вторичным прибором.

U_ВЫХ =I_ВЫХ  R (19)

Покажем, что U_bыx, регистрируемое вторичным прибором пропорционально измеряемой плотности, т.е.

U_вых = f() (20)

Для этого рассмотрим уравнение равновесия (12) и выразим из него компенсационное усилие, создаваемое преобразователем

(21)

Подставляя уравнение (21) в (12) получим:

(22)

Откуда величина I_вых определяется следующим образом:

(23)

, (24)

где

М – масса трубки, заполненной жидкостью, кг;

M_ТР – масса пустой трубки, кг;

V_t – объем трубки, м³;

g – ускорение свободного падения, м/c²;

 – плотность контролируемой жидкости, кг/м³.

Получим

(25)

2.2 Самоочищающаяся система измерения для непрерывного

контроля за плотностью жидкости. Патент 447622 (США)

Целью данного изобретения является создание прибора для измерения плотности жидкости, который был бы самоочищающимся и исключал ошибочные измерения из-за осаждения частиц жидкостей в приборе.

Для данного плотномера устранены все недостатки, которые свойственны плотномерам с U-образной трубкой на гибких сильфонах.

На рисунке 3 представлена схема самоочищающегося весового плотномера. Емкость 1 присоединена к основанию 2 таким образом, что может поворачиваться вокруг подшипника 3. Обычный жидкостной на­сос накачивает жидкость в емкость 1. Взвешивающее устройство 7, соединенное с емкостью 1, посылает сигналы на блок контроля и индикации, который постоянно регистрирует полученную информацию.

Самоочищение достигается тем, что после какого цикла измерений двигатель приводит в движение чистящие щетки, расположен­ные внутри емкости 1, которые смещают образовавшийся на стенках емкости 1 осадок к выходу 6, что исключает появление ошибки при измерениях.

Измерительная емкость имеет геометрические параметры а и Ь, угол наклона θ, который можно изменять, регулируя тем самым диапазон измерений.

В условиях равновесия измерительной трубки взвешивающее ус­тройство передает постоянный сигнал в блок контроля и индикации 9. обычно в качестве информационного параметра используют напря­жение, которое является для взвешивающего устройства функцией от силы F₂, действующей на устройство 7, то есть можно записать:

, (26)

где U – напряжение, В;

k – коэффициент преобразования, характеризующий электромагнитные свойства преобразователя 7.

1 – измерительная емкость; 2 – основание; 3,4 – подшипники; 5 – вход; 6 – выход; 7 – взвешивающее устройство; 8 – держатель; 9 – блок контроля и индикации; 10 – жидкостный насос; 12,11 – шланги; F₁ – сила тяжести трубки; F₂ – сила, действующая на взвешивающее устройство;  – угол наклона емкости.

---

Рисунок 3 – Схема самоочищающегося весового плотномера

Сила F определяется выражением:

, (27)

где – сила тяжести трубы, наполненной жидкостью, приведенная к точке 0.

(28)

где – соответственно сила тяжести трубки и жидкости, Н.

(29)

где d – внутренний диаметр трубки, м.

С учетом (28) и (29) получим:

или (30)

где ; .

При изменении угла  величины А и В изменяются, но остаются постоянными для измерений.

Измерение силы F₂ будет вызвано изменением плотности контролируемой жидкости можно записать, используя (30)

(31)

То есть выходной сигнал взвешивающего устройства явно зависит от плотности контролируемой жидкости.

2.3 Устройство для измерения плотности жидкости. А.с. 371477

Устройство для измерения плотности работает следующим образом. Контролируемая жидкость непрерывно подается погружным электронасосом из желоба через неподвижную внутреннюю Т – образную трубу 3, откуда через сливной патрубок изливается в желоб. Подвижная труба под действием веса заполняющегося объема контролируемой жидкости, заключенного в кольцевом канале между ней и подвижной трубой, перемещается вокруг своей подвижной опоры 8 и воздействует посредством рычага 5 на электронные весы 7.

На рисунке 4 представлена схема плотномера.

Электронные весы, расположены в брызгозащитном шкафу 6, прообразуют вес измеряемого объема жидкости в пропорциональное ему значение тока или напряжения, которое затем измеряется вторичным прибором.

Подвижная труба перед уравновешивается перемещением груза 1 по винту 2.

Определим объемы левого и правого плеча чувствительного элемента 3:

(32)

(33)

где V_Л – объем левого плеча внешней трубки 3, м³;

V_П – объем правого плеча внешней трубки 3, м³;

– толщина стенки внешней трубки, м;

b – длина левого плеча без учета радиуса закругления, м;

R₂ – радиус закругления внешней трубки, м;

R₁ – радиус закругления внутренней трубки, м;

d₁ – диаметр внутренней трубки, м;

a – длина левого плеча внутренней трубки без учета радиуса закругления, м;

– длина внешней трубки без учета радиусов закругления, м;

– длина внутренней трубки без учета радиусов закругления, м.

Поскольку объемы левого и правового плеч не равны, то и изменения силы тяжести, вызванные изменением плотности контролируемой жидкости, также будут отличаться.

(34)

, (35)

где – изменение силы тяжести в левом плече, Н;

– изменение силы тяжести в правом плече, Н;

₀ – начальное значение плотности, ;

 – текущее значение плотности, ;

g – ускорение свободного падения, .

Если плотность жидкости не изменится ( = = 0), труба 3 находится в равновесии.

Условие равновесия можно записать:

, (36)

где – сила тяжести левого и правого плеча пустой трубки 3 соответственно, Н;

– сила тяжести жидкости в левом и правом плече пустой трубки 3 соответственно, Н;

– сила тяжести груза, Н;

---

– расстояние от опоры 8 до центра тяжести груза, м.

При изменении плотности контролируемой жидкости изменение силы, действующей на весы будет определяться величиной G, где

(37)

, (38)

где F – изменение силы действующей на весы 7, Н;

с – расстояние от опоры 8 до центра преобразователя 8, м.

, (39)

где

Подставим выражение (3.3), (3.4) в (3.8), получим:

(40)

или

(41)

1 – уравновешивающийся груз; 2 – винт; 3 – подвижная наружная труба; 4 – неподвижная внутренняя труба; 5 – рычаг; 6 – брызгозащитный шкаф; 7 – электронные весы; 8 – опора качения; 9 – желоб; 10 – контролируемая жидкость; 11 – погружной электронасос; 12 – контрольная трубка.

Рисунок 4 – схема плотномера

То есть изменение силы, действующей на весы определяется изменением плотности контролируемой жидкости.

2.4 Плотномер жидкости. А.с. 1075117 А

Плотномер работает следующим образом. Контролируемая жидкость протекает по трубопроводу 4 непосредственно через упругую втулку 3 в подводящий патрубок 2 и далее в кольцевые зазоры 7 и 8, образованные патрубками 5 и 6 и отрезком трубы 1, проходит через зазоры и сливается через открытые концы отрезка трубы 1.

На рисунке 5 представлена схема плотномера жидкости.

С помощью преобразователя 10 отрезок трубы 1, установленный на шарнирной опоре 9 и представляющий собой двуплечный рычаг с находящейся в нем жидкостью, взвешивается. При этом с преобразователя 10 снимается сигнал, пропорциональный истинной плотности жидкости.

Расположение проводящего патрубка перпендикулярное отрезку трубы позволяет исключить влияние веса жидкости в самом патрубке на результат измерения, так как равнодействующая веса жидкости проходит через шарнирную опору и момента не создает, что повышает точность измерения в случае соединения подводящего патрубка с трубопроводом подачи контрольной жидкости.

Условие равновесия имеет вид:

(42)

где F₁ – сила тяжести левого плеча, Н;

F₂ – сила тяжести правого плеча, Н;

– длина отрезка трубы, м.

(43)

(44)

где – сила тяжести левого и правого плеча соответственно при пустой трубе, Н;

– сила тяжести жидкости, заполняющей соответственно левое и правое плечо, Н;

– изменение силы тяжести левого и правого плеча заполненной трубки при изменении плотности контролируемой жидкости, Н.

С учетом (43) и (44) выражение (42) имеет вид:

(45)

где 

– изменение силы тяжести жидкости, заполняющей соответственно левое и правое плечо трубки при изменении плотности контролируемой жидкости.

1 – отрезок трубы; 2 – подводящий патрубок; 3 – упругая втулка; 4 – участок трубопровода; 5, 6 – внутренние патрубки; 7, 8 – кольцевые зазоры; 9 – шарнирная опора; 10 – преобразователь.

Рисунок 5 – Схема плотномера жидкости

Иначе выражение (45) можно записать:

(46)

где ₀ – начальное значение плотности, ;

 – текущее значение плотности, ;

---

g – ускорение свободного падения, .

V₁, V₂ – объемы левого и правого плеч (патрубков) соответственно, м³.

Подставим в (4.6)выражение для V₁, V₂ и проведя математические преобразования получим:

(47)

где d₁, d₂ – диаметры левого и правого патрубков соответственно, м;

– длины левого и правого патрубков соответственно, м.

Поскольку d₁  d₂, то G₀ будет величиной положительной (то есть сила тяжести жидкости в правом плече трубки изменится больше чем в левом на величину G₀, которая определяется изменением силы, действующей на преобразоаватель 10).

Если плотность не изменяется, на датчик 10 действует сила:

(48)

Используя выражение (47) получим:

(49)

Величину используют при настройке начала шкалы, поэтому:

(50)

то есть:

(51)

Изменение силы действующей на датчик, а значит и выходного сигнала определяется выражением:

(52)

Для данной конструкции характерно то, что давление и скорость потока не влияют на результаты измерений поскольку вертикальная ось подводящего патрубка совпадает с осью опоры 9, то сила действующая со стороны потока не создает крутящего момента.

2.5 Плотномер для измерения плотности с использованием магнитного отталкивания. Патент 3503267

Плотномер работает следующим образом. Две абсолютно идентичные мембраны 1 устанавливаются на верхней и нижней части трубопровода. Расстояние между ними не изменяется с помощью стоек 3. Магнит 4 установлен на нижней мембране, одним катушка индуктивности 5, масса которой измеряется весами 6. Ток, протекающий по катушке, создает силу отталкивания между магнитом 4 и индуктивностью 5, равную по величине разности давлений. Устройство прибора показано на рисунке 6.

Данный способ измерения позволяет измерять плотность без влияния поверхностного натяжения и имеет высокую точность.

Узел мембраны 1 и 2 подвергается разнице давлений, и следовательно, полученное от измерения массы катушки, есть разница давлений на две мембраны.

Измерение плотности основано на уравновешивании двух сил: магнитная сила отталкивания, вырабатываемая током, проходящим по катушке, равная архимедовой силе F_а, основанной на разнице давлений Р₀₁ и Р₀₂.

Таким образом, условие равновесия системы:

(53)

где Р₀₁, Р₀₂ – давление на мембраны 1, 2 соответственно, Па;

S – эффективная площадь мембраны, м².

(54)

где h – высота стоек, м.

Пусть m₀ – действительное значение массы узла мембраны и стоек. Когда по катушке не проходит ток, узел из мембран и стоек находится ниже своей нулевой позиции в следствии силы тяжести. При подаче тока и значении давления на нижнюю диафрагму больше, чем на верхнюю, масса узла m будет больше действительной массы m. Следовательно, условие равновесия системы имеет вид:

(55)

где m, m₀ – массы узла мембран при различных условиях, кг;

М – масса катушки, измеряемая весами, кг.

1 – две идентичные мембраны; 2 – трансформатор; 3 – стойки; 4 – магнит; 5 – катушка индуктивности; 6 – весы; F – сила магнитного отталкивания, Н; F₁ – сила давления на верхнюю мембрану, Н; F₂ - сила давления на нижнюю мембрану, Н.

---

Смотрите также файлы

• Doc2.doc

• экономика_л.doc

• plakat.doc

• Бжд_л.doc

• bzd++.doc