Виброзонд для определения плотности жидких сред

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно, к конструированию и изготовлению средств измерений и может использоваться для определения плотности жидких сред, находящихся в резервуарах, в том числе в аппаратах, в которых жидкость находится под избыточным давлением. Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения плотности жидких сред независимо от размеров аппарата, в котором установили виброзонд. В виброзонде для определения плотности жидких сред, содержащем вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом и магнитострикционным приводом, удлинительную трубу, демпфирующее устройство, состоящее из сильфона, стакана и пружины, согласно полезной модели, к корпусу вилки присоединен экран в виде трубки с выемками на ее верхнем торце, стержни вилки расположены внутри экрана на равных расстояниях от стенки трубки.

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно, к конструированию и изготовлению средств измерений и может использоваться для определения плотности жидких сред, находящихся в резервуарах, в том числе в аппаратах, в которых жидкость находится под избыточным давлением.

Известно вибрационное средство измерения свойств жидких сред по заявке GB 2079940, содержащее вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом и магнитострикционным приводом. Известное средство измерения вводится внутрь резервуаров с жидкими средами, применяемыми на предприятиях с опасными условиями, с помощью удлинительной трубы, внутри которой размещены провода электросхемы прибора.

Недостатком известного устройства является пониженная точность измерения плотности жидких сред ввиду того, что при присоединении к устройству удлинительной трубы происходит изменение его резонансной частоты колебаний.

Известен виброзонд для определения плотности жидких сред по патенту RU 2346259, выбранный в качестве прототипа. Виброзонд по прототипу содержит вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом, закрепленном на изогнутом участке вилки, и магнитострикционный привод. Отличительным признаком прототипа является установка между удлинительной трубой и вилкой демпфирующего устройства, состоящего из сильфона, стакана и пружины.

Работа виброзонда с демпфирующим устройством осуществляется следующим образом. При подаче напряжения на привод вилка вибрирует с резонансной частотой, которая зависит от физических свойств контролируемой жидкости. Колебания вилки приводят к сжатию-растяжению сильфона и пружины. За счет этого не происходит передача колебаний вилки на присоединительную трубу. Труба не вызывает помех, влияющих на величину резонансной частоты колебаний вилки.

Однако, всем подобным вибрационным средствам измерений, в том числе и прототипу по данной полезной модели, присущ единый недостаток: зависимость точности определения плотности жидких сред от площади поперечного сечения столба жидкости на уровне погружения измерительного прибора в жидкость, иначе - от размеров резервуара или аппарата. Показания виброзонда в аппарате с контролируемой жидкостью будут отличаться от его показаний в аппарате, в котором проводили градуировку виброзонда.

Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатка прототипа, а именно: повышение точности определения плотности жидких сред независимо от размеров аппарата, в котором установили виброзонд.

Технический результат достигается тем, что в виброзонде для определения плотности жидких сред, содержащем вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом и магнитострикционным приводом, удлинительную трубу, демпфирующее устройство, состоящее из сильфона, стакана и пружины, согласно полезной модели, к корпусу вилки присоединен экран в виде трубки с выемками на ее верхнем торце, стержни вилки расположены внутри экрана на равных расстояниях от стенки трубки.

Частота колебаний вибрирующего устройства определяется уравнением:

где К - жесткость вилки;

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

M - 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/м³;

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,

h₂ - высота вибрирующего устройства, м.

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

Из выражения (4) видно, что если градуировка виброзонда проводилась в аппарате с площадью S₁¹, а измерения происходят в аппарате с площадью S₁² (S₁¹S₁²), то частота колебаний вилки будет зависеть не только от плотности d, но и от площади S₁.

Величины S₂, h₁ и h₂ постоянные и в процессе измерения и градуировки не изменяются.

Экран ограничивает площадь аппарата S₁ до площади Sэ. В этом случае выражение (4) имеет вид:

где Sэ - площадь экрана, м².

Из выражения (5) видно, что частота колебаний вилки не зависит от параметров вилки К, S₂ и h₂ , так как они определяются геометрическими размерами вилки, от площади экрана Sэ, которая не изменяется в процессе измерения и градуировки, от уровня контролируемой жидкости h1 (см. патент 2346259) и зависит только от плотности d контролируемой жидкости, что повышает точность измерения и расширяет область применения устройства на предприятиях атомной, химической и др. отраслях промышленности при внутриаппаратной установке независимо от геометрических размеров аппарата за счет применения экрана.

Сущность предложенной полезной модели поясняется рисунком.

Виброзонд для определения плотности жидких сред содержит вилку 1, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом (на рис. не показан) и магнитострикционным приводом 2, удлинительную трубу 3 и демпфирующее устройство, состоящее из стакана 4, сильфона 5, пружины 6. К корпусу вилки 1 присоединен экран 7 в виде трубки с выемками 8 на ее верхнем торце.

Виброзонд работает следующим образом.

При подаче напряжения на магнитострикционный привод 2 вилка 1 начинает вибрировать с резонансной частотой, зависящей от физических свойств контролируемой жидкости. Электрический сигнал, вырабатываемый пьезокристаллом, подается на контроллер, результат измерения высвечивается на экране дисплея. Наличие присоединенного к корпусу вилки 1 экрана 7 способствует тому, что резонансная частота колебаний вилки 1 зависит только от плотности контролируемой жидкости.

Виброзонд для определения плотности жидких сред, содержащий вилку, снабженную пьезоэлектрическим кристаллом и магнитострикционным приводом, удлинительную трубу, демпфирующее устройство, состоящее из сильфона, стакана и пружины, отличающийся тем, что к корпусу вилки присоединен экран в виде трубки с выемками на ее верхнем торце, стержни вилки расположены внутри экрана на равных расстояниях от стенки трубки.