устройство для измерения плотности жидкости

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ, содержащее трубчатый прямоточный резонатор, установленный в корпусе, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены возбудитель и приемник ультразвуковых колебаний, выполненные в виде кольцевых пьезопластин, охватывающих внешнюю поверхность трубчатого резонатора и соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником колебаний, отличающееся тем, что по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой торцевой поверхностью и приклеены к внешней поверхности резонатора своими внутренними цилиндрическими поверхностями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническим средствам для измерения качественных параметров преимущественно жидких сред и может быть использовано для измерения плотности нефти и нефтепродуктов.

Известен вибрационный плотномер мод.7830 английской фирмы "Солартрон" [1]

Датчик этого плотномера состоит из трубчатого прямоточного резонатора (прямоточной трубки, укрепленной концами в корпусе), причем колебания в резонаторе возбуждаются при помощи первой катушки индуктивности, а съем частоты колебаний, пропорциональный плотности контролируемой жидкости, производится с помощью второй катушки индуктивности. Первая катушка соединена с генератором электрических колебаний, а вторая со схемой измерения частоты колебаний резонатора, заполненного жидкостью.

Однако при работе этого плотномера большие трудности возникают в размещении возбуждающей и приемной катушек над поверхностью трубчатого резонатора и в обеспечении фиксированного расстояния между катушками и трубчатым резонатором, что существенным образом усложняет настройку прибора.

Недостатком известного датчика является сложность конструкции и аппаратурного оформления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое устройство для контроля физических параметров жидкости в трубопроводах, содержащее акустический измерительный преобразователь с внешними конусными волноводами и кольцевыми пьезопластинами, генератор возбуждающих импульсов, усилитель, блок селекции, два временных селектора, блок измерения отношения амплитуд и регистрирующий прибор [2]

Недостатком такого устройства является сложность конструктивного и аппаратурного оформления.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения плотности жидкости, содержащем трубчатый прямоточный резонатор, установленный в корпусе, вдоль продольной оси которого на некотором расстоянии друг от друга укреплены возбудитель и приемник ультразвуковых колебаний, выполненных в виде кольцевых пьезопластин, охватывающих внешнюю поверхность трубчатого резонатора и соединенных выводами либо с генератором электрических импульсов, либо с приемником колебаний, по обе стороны кольцевых пьезопластин укреплены аналогичные пьезопластины, причем пьезопластины склеены между собой торцовой поверхностью и приклеены к внешней поверхности резонатора своими внутренними цилиндрическими поверхностями.

Размещение на трубчатом резонаторе кольцевых пьезопреобразователей упрощает конструкцию и делает ее более технологичной, так как для передачи и приема сигналов нет необходимости в волноводах. Кроме того, существенно упрощается электронная схема прибора.

На чертеже изображена конструктивная схема устройства и схема его электрических соединений.

Устройство состоит из трубчатого прямоточного резонатора 1, укрепленного концами в металлическом корпусе 2, размещенных на поверхности трубчатого резонатора кольцевых пьезопреобразователей 3-5, склеенных между собой торцовыми поверхностями, причем средний преобразователь 4 электрически связан с генератором 6 электромагнитных колебаний, и кольцевых пьезопреобразователей 7-9, склеенных между собой торцовыми поверхностями, причем средний пьезопреобразователь 8 электрически связан с приемником 10 ультразвуковых колебаний. Внутри резонатора проходит контролируемая жидкость 11. Пьезопреобразователи 3, 5, 7 и 9 не имеют выводов. Они предназначены для демпфирования и усиления колебаний.

Устройство для измерения плотности жидкости работает следующим образом.

Подаваемые от генератора 6 электромагнитные колебания поступают на пьезопреобразователь 4, размещенный на трубчатом прямоточном резонаторе 1 и помещенный между пьезопреобразователями 3 и 5. Пьезопреобразователь 4 возбуждает в резонаторе 1 резонансные колебания. Эти колебания воспринимаются пьезопреобразователем 8, помещенным между пьезопреобразователями 7 и 9 и размещенным на том же трубчатом резонаторе 1. Частота колебаний резонатора пропорциональна плотности контролируемой жидкости 11. Эта частота, воспринимаемая пьезопреобразователем 8, измеряется частотомером.

Для определения работоспособности датчика была использована нержавеющая труба диаметром 8 мм и толщиной 1 мм, к наружной поверхности которой были приклеены эпоксидной смолой тороидальные пьезопреобразователи (наружный диаметр 23 мм, внутренний диаметр 10 мм, толщина 5 мм). К средним пьезопреобразователям были приклеены соединительные провода, а пьезопреобразователи без выводов приклеили эпоксидной смолой сбоку от пьезопреобразователей с выводам. Расстояние между возбудителем и приемником ультразвуковых колебаний составляло 140 мм.

На средний пьезопреобразователь 4, используемый в качестве возбудителя, подавались колебания резонансной частоты 71006 Гц, причем в это время трубчатый резонатор не был заполнен жидкостью. Затем последовательно в трубчатый резонатор заливались различные жидкости: бензин с плотностью 790 кг/м³, трансформаторное масло с плотностью 887 кг/м³ и вода с плотностью 1000 кг/м³. При этом были зафиксированы следующие частоты 71776, 71893 и 72006 Гц, соответствующие значениям плотностей 770, 887 и 1000 кг/м³. Погрешность измерения, оцененная по результатам 11 измерений на жидкостях с плотностью 770 кг/м³ и 887 кг/м³ не превышала 1 кг/м³, что не хуже погрешности базовых плотномеров фирмы "Солартрон" мол.7830, применяемых на отечественных узлах учета нефти.

Технико-экономическими преимуществами устройства являются упрощение конструкции за счет применения менее сложных возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний, а также упрощение электрической схемы прибора.

Предлагаемое устройство может найти применение практически во всех отраслях народного хозяйства, где требуются точные лабораторные и поточные измерители плотности.