Устройство для автоматического измерения плотности жидких сред

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть применено для измерения плотности жидких сред, необходимой, например, для измерения концентрации хлора в воде. Предлагаемым устройством решается техническая задача повышения надежности устройства за счет устранения механического электроконтакта, а также увеличение точности измерений. Для решения данной технической задачи устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, регулятор тока обмотки, блок индикации, дополнительно содержит емкость с эталонной жидкостью (жидкостью с известной плотностью), в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу регулятора тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации. При этом в качестве датчика положения коромысла может быть применена, например, упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть применено для измерения плотности жидких сред, необходимой, например, для измерения концентрации хлора в воде.

Как известно, плотность жидких сред определяют косвенным путем через измерение веса вытесненной поплавком жидкости. Измерение веса вытесненной жидкости производят различными способами и устройствами, принятыми в технике весоизмерения. Среди этих способов и устройств считаются наиболее точными способы с уравновешиванием силы веса. Известно принятое за прототип устройство для автоматического измерения плотности жидкости - патент на полезную модель РФ №31450, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, поплавок, выполненный в виде цилиндра из химически инертного материала, к которому посредством нити, выполненной также из химически инертного материала, закреплен шарик из ферромагнитного вещества, который размещен в нижней части корпуса соленоида и с зазором по отношению к сердечнику, при этом к шарику и сердечнику катушки соленоида соответственно электрически присоединены входы управления прерывателя электрического тока, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен со входом соленоида, другой вывод которого заземлен, третий вход прерывателя соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход счетчика и вход цифроаналогого преобразователя (регулятор тока катушки) соединены с входом блока индикации.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства, являются следующие - устройство для автоматического измерения плотности жидкости содержит емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок,

электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, а обмотка подключена к регулятору тока, блок индикации.

Главный недостаток известного устройства связан с наличием механического электроконтакта, управляемого магнитом. Как известно, такие устройства относятся к классу «релейных» устройств, которые имеют ограниченное число рабочих циклов и надежность их недостаточна. Кроме того, чувствительность данного прибора недостаточна.

Предлагаемым устройством решается техническая задача повышения надежности устройства за счет устранения механического электроконтакта, а также увеличение точности измерений.

Для решения данной технической задачи устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, регулятор тока обмотки, блок индикации, дополнительно содержит емкость с эталонной жидкостью (жидкостью с известной плотностью), в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу регулятора тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации. При этом в качестве датчика положения коромысла может быть применена, например, упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.

Пара - якорь и обмотка электромагнита могут быть выполнены по разному. Так, например, якорь может быть размещен в нижней части поплавка, а емкость установлена на обмотку электромагнита. Якорь также может быть выполнен в виде поплавка или в виде покрытия (ферромагнитного) боковых стенок поплавка, а обмотка размещена по периметру стенки емкости или вообще является стенкой (гидроизолированной) емкости.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются наличие дополнительной емкости с эталонной жидкостью, в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла и снабженным датчиком положения, который подключен к входу усилителя тока, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации, а также дополнительно, что в качестве датчика положения коромысла может быть применена упругая тензометрированная балка, снабженная усилителем сигнала разбаланса тензомоста.

Благодаря данным отличительным признакам в совокупности с известными из прототипа достигается следующий технический результат:

- существенно (на несколько порядков) повышена чувствительность системы, поскольку измеряется не полная сила, действующая на поплавки, а лишь разница сил между силой эталонной жидкости и силой обусловленной контролируемой жидкостью;

- повышена надежность системы за счет исключения прерывателя электрического тока. В предложенном устройстве релейная система

регулирования тока обмотки электромагнита заменена на аналоговое управление током магнита.

Предложенное техническое решение может найти применение при измерении плотности различных жидкостей. Одной из основных областей применения данного плотномера является водоподготовка на водозаборных станциях, в частности измерение концентрации хлора в воде по ее плотности. Так, если выполнить поплавки объемом 1 л., а чувствительность тензобалки при этом обеспечить 5-10 г., что вполне достижимо, то возможно достигнуть порога разрешения по измерению отличия плотности контрольной пробы от эталонной в 10 мкг/л.

Предложенное решение поясняется рисунком.

На рисунке изображено устройство для автоматического измерения плотности жидкости (плотномер), содержащее емкость 1 с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок 2, емкость 3 с эталонной жидкостью, в которой размещен идентичный поплавок 4, поплавки связаны между собой посредством тяг 5, соединенных с равноплечим коромыслом 6, установленным на ножевой опоре 7 с ограничителями качания коромысла (на рисунке не приведены) и снабженным датчиком положения, который выполнен в виде упругой балки (тензобалки) 8, снабженной тензомостом 9, который подключен к усилителю сигнала 10 разбаланса тензомоста 9. Усилитель сигнала 10 подключен к входу регулятора тока 11 обмотки 12 электромагнита, размещенной под емкостью 3. Якорь 13 электромагнита в данном случае выполнен в виде ферромагнитного груза, размещенного в нижней части поплавка 4. В линию между регулятором тока 11 и обмоткой 12 электромагнита установлен токовый шунт 14, который через усилитель сигнала 15 подключен к блоку индикации 16.

При этом электромагнитом может быть оснащена не емкость 1 с эталонной жидкостью, а емкость 3 с контролируемой жидкостью. Кроме того, электромагнит может быть выполнен следующим образом - стенки

емкости 1 (или 3) по периметру снабжены (являются) обмоткой 12, а стенки поплавка 2 (или 4) покрыты ферромагнитным материалом.

Данное устройство для автоматического измерения плотности жидкости (плотномер) работает следующим образом. Принцип его работы основан на фиксации разбаланса тензомоста 9 тензобалки 8. Если плотность контролируемой жидкости в емкости 1 выше плотности эталонной жидкости в емкости 3, то поплавок 2 вытесняется вверх больше, чем поплавок 4. При этом левый край коромысла 6 приподнимется, а правый край опустится, изгибая в соответствующем направлении тензобалку 8. За счет этого в тензомосте 9 появляется разбаланс, который посредством усилителя сигнала 10 вызывает на выходе регулятора 11 увеличение тока требуемого знака. В зазоре между обмоткой 12 и якорем 13 уменьшается магнитный поток и к якорю 13, а следовательно и к поплавку 4 прикладывается меньшее препятствующее всплытию усилие, чем при одинаковой плотности жидкостей в контролируемой емкости 1 и эталонной емкости 3. Измерение силы тока производится посредством токового шунта 14, сигнал с которого через усилитель 15 подается на блок индикации 16. Точность измерения данным плотномером (по сравнению с прототипом) увеличивается существенно, поскольку измеряется (и соответственно усиливается полученный сигнал) не плотность контролируемой жидкости, а разница в плотностях между контролируемой и эталонной жидкостями.

1. Устройство для автоматического измерения плотности жидкости, содержащее емкость с контролируемой жидкостью, в которой размещен поплавок, электромагнит, у которого якорь связан механически с поплавком, регулятор тока обмотки, блок индикации, отличающееся тем, что содержит емкость с эталонной жидкостью, в которой размещен аналогичный поплавок, поплавки связаны между собой посредством тяг, соединенных с равноплечим коромыслом, установленным на ножевой опоре с ограничителями качания коромысла, и снабженным датчиком положения, который подключен к входу регулятора тока обмотки, при этом якорь электромагнита размещен на поплавке одной из емкостей, а сама емкость снабжена обмоткой электромагнита так, что якорь и обмотка образуют между собой магнитную цепь, поплавок второй емкости снабжен весовым эквивалентом якоря или выполнен идентичным поплавку первой емкости, в линию между регулятором тока и обмоткой электромагнита установлен токовый шунт, который через усилитель сигнала подключен к блоку индикации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения коромысла выполнен в виде упругой тензометрированной балки, снабженной усилителем сигнала разбаланса тензомоста.