RU2710081C1

RU2710081C1 - Density meter

Info

Publication number: RU2710081C1
Application number: RU2019114742A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Ивандаев
Original assignee: Сергей Иванович Ивандаев
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to devices for determination of density of liquid and can be used in food, oil and gas industry, as well as in general laboratory practice when measuring density of liquid. In the chamber with system of slotted holes for supply and discharge of liquid there is thin-walled float in the form of rotation body. Float has upper and lower centering ledges in the form of truncated cones. Inferior projector accommodates ferromagnetic weighting material. Centering ledges are located with a gap between coaxial lower and upper freely fluid-passing alignment stops, tightly adjacent to conical surface of ledges in contact. Upper stop is connected to the cylinder of the power stock connected to the central platform of the elastic membrane separating the chamber with the float from the upper gas cavity. In the gas cavity the power stock of the central platform of the membrane, passing through the central hole of the diaphragm stroke limiter, with its end washer rests against the force sensor. Lower limit stop of float is fixed on electromagnet core. Stops are assembled from separate equally spaced from each other in circumferential direction of flat lobes, and float has shape of sphere, ellipsoid of rotation or double truncated cone. Shut-off and control devices, force sensor and electromagnet are connected to recording and control unit.

EFFECT: high accuracy of measurements in a wide range of variation of density of liquids, elimination of subjective errors during measurements and easy automation of the process of measuring density of liquid streams.

3 cl, 3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к устройствам определения плотности жидкости и может использоваться в пищевой, нефте- и газодобывающей промышленности, а также в общей лабораторной практике при измерении плотности жидкости.The invention relates to a device for determining the density of a liquid and can be used in the food, oil and gas industries, as well as in general laboratory practice when measuring the density of a liquid.

Известны устройства для определения плотности жидкостей, состоящие в определении силы Архимеда, действующей на погруженное в жидкость тело - поплавок, которая равна весу вытесненной поплавком жидкости. Измеряют вес поплавка G_попл, который плавает в жидкости, и определяют объем V_попл погруженной в жидкость части поплавка, и вычисляют плотность жидкости (С.С. Кивилис. Плотномеры. М., Энергия. 1980). Поскольку в состоянии равновесия поплавка сила Архимеда равна весу поплавка, плотность жидкости определяют по формуле:Known devices for determining the density of liquids, consisting in determining the force of Archimedes acting on a body immersed in a liquid - a float, which is equal to the weight of the liquid displaced by the float. Measured weight G _Pople float which floats in the liquid, and determining the volume V _Pople immersed in the liquid portion of the float, and calculating the liquid density (SS Kivilis. Density. Moscow, Energy. 1980). Since in the equilibrium state of the float, the Archimedes force is equal to the weight of the float, the density of the liquid is determined by the formula:

ρ_L=G_попл/V_попл/gρ _L = G _pop / V _pop / g

где:Where:

G_попл - вес поплавка;G _popl - the weight of the float;

V_попл - объем, погруженный в жидкость;V _popl - the volume immersed in the liquid;

g - ускорение силы тяжести.g is the acceleration of gravity.

Здесь и далее под поплавком понимается тело, погружаемое в жидкость, которое имеет положительную плавучесть, а под плунжером понимается тело, которое заведомо тонет в жидкости.Hereinafter, a float means a body immersed in a liquid that has positive buoyancy, and a plunger means a body that deliberately drowns in a liquid.

Недостатком таких устройств, именуемых ареометрами, является необходимость создания разных ареометров для конкретных жидкостей, невысокая точность, в том числе за счет возможных субъективных ошибок при определении величины погружения поплавка в жидкость, влияние образования мениска на поплавке и необходимость его специального учета, и сложность автоматизации измерения.The disadvantage of such devices, called hydrometers, is the need to create different hydrometers for specific liquids, low accuracy, including due to possible subjective errors in determining the value of immersion of the float in the liquid, the effect of the formation of the meniscus on the float and the need for its special accounting, and the difficulty of measuring automation .

Ареометрами предложено измерять не только плотность жидкости, но по известной плотности жидкости определять, например, ее уровень в замкнутых сосудах известных размеров. Это осуществляют за счет подвешивания в сосуде неподвижного цилиндра (плунжера) и измерения усилия на подвесе (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). Фактически такое устройство позволяет осуществлять измерение силы Архимеда, действующей на неподвижный плунжер при любом положении уровня жидкости при известной плотности, но плотность можно определить только при известном весе и объеме плунжера. Кроме того, это устройство можно использовать только в неподвижной жидкости.It is proposed to use hydrometers to measure not only the density of a liquid, but to determine, for example, its level in closed vessels of known sizes from a known density of a liquid. This is accomplished by hanging a fixed cylinder (plunger) in the vessel and measuring the suspension force (W.J. Legendre, Christopher Dore, US 5614672, 1997). In fact, such a device allows the measurement of the Archimedes force acting on a stationary plunger at any position of the liquid level at a known density, but the density can only be determined with a known weight and volume of the plunger. In addition, this device can only be used in a stationary fluid.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является устройство, в котором для определения плотности жидкости используют полное погружение в нее неподвижного плунжера, подвешенного на тонкой нити к чувствительному элементу (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). При точно известных значениях объема и веса плунжера определяется плотность жидкости. Чем больше размер плунжера, тем точнее можно определить плотность жидкости.The closest analogue of the claimed device is a device in which to determine the density of the liquid using a complete immersion in it of a stationary plunger suspended on a thin thread from a sensitive element (Nakheli Abdelrhani. WO 2013/105840 A1, 2013). With precisely known values of the volume and weight of the plunger, the density of the liquid is determined. The larger the size of the plunger, the more accurately you can determine the density of the fluid.

Недостатком указанного устройства измерения плотности жидкости является полное погружение плунжера в жидкость, необходимое для исключения влияния на измерения сил поверхностного натяжения. Погружение плунжера в жидкость исключает появление мениска на его поверхности, а появлением мениска на тонкой нити подвеса можно пренебречь. В связи с этим при расчете плотности используют точные значения веса и объема плунжера. В таком устройстве необходим очень тонкий подвес плунжера (использована полиамидная нить диаметром 0.1 мм). Это существенно усложняет использование устройства на практике, а именно, опорожнение прибора при смене жидкости, чистка и сушка тяжелого плунжера на тонком подвесе и т.д. Кроме того, это устройство не предназначено для работы в условиях непрерывного потока жидкости.The disadvantage of this device for measuring the density of the liquid is the complete immersion of the plunger in the liquid, necessary to exclude the influence on the measurement of surface tension forces. Immersion of the plunger in the liquid eliminates the appearance of a meniscus on its surface, and the appearance of a meniscus on a thin suspension thread can be neglected. In this regard, when calculating the density, the exact values of the weight and volume of the plunger are used. In such a device, a very thin suspension of the plunger is required (a polyamide thread with a diameter of 0.1 mm was used). This significantly complicates the use of the device in practice, namely, emptying the device when changing the fluid, cleaning and drying a heavy plunger with a thin suspension, etc. In addition, this device is not designed to operate in a continuous fluid flow.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства измерения плотности жидкости в широком диапазоне изменения, исключение субъективных ошибок при измерениях и автоматизация всего процесса. При этом также ставится задача разработки устройства, которое могло бы работать в потоке жидкости с переменной во времени плотностью, осуществляя замеры плотности в необходимые моменты.The task to which the invention is directed is the development of a device for measuring liquid density in a wide range of changes, the elimination of subjective errors in measurements and the automation of the whole process. At the same time, the task is also to develop a device that could work in a fluid flow with a time-varying density, performing density measurements at the necessary moments.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение точности измерений в широком диапазоне изменения плотности жидкостей, исключение субъективных ошибок при измерениях и легкая автоматизация процесса измерений плотности жидких потоков. Измерение переменной плотности жидкости в потоке в сочетании с измерительными устройствами объемного расхода жидкости позволяет определять массовый расход потока жидкости.The technical result achieved in the claimed invention is to increase the accuracy of measurements in a wide range of changes in the density of liquids, the elimination of subjective errors in measurements and easy automation of the process of measuring the density of liquid flows. Measuring a variable density of a liquid in a stream in combination with measuring devices for a volumetric flow rate of a liquid allows determining the mass flow rate of a liquid flow.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что емкость для жидкости представляет собой камеру в виде тела вращения с симметрично расположенными по отношению к центральной поперечной плоскости двумя системами щелевых отверстий для подачи жидкости. Щелевые отверстия выходят с наружной стороны камеры в подающие коллекторы, соединенные через запорно-регулирующие устройства с источником жидкости. В центральной плоскости камеры имеется система отверстий для отвода жидкости, выходящих с наружной стороны цилиндра в отводящий коллектор, подключенный к отводящей линии. В камере расположен тонкостенный поплавок в виде тела вращения. Поплавок имеет два центрирующих выступа симметричных относительно вертикальной оси поплавка в виде усеченного конуса. Внутри нижнего выступа находится ферромагнитный утяжелитель. Центрирующие выступы поплавка размещены с зазором между соосными нижним и верхним свободно пропускающими жидкость центрирующими упорами, плотно прилегающими к конической поверхности центрирующих выступов поплавка при контакте. Верхний упор присоединен к цилиндру силового штока, герметично соединенного с центральной площадкой упругой мембраны, отделяющей камеру с поплавком от верхней газовой полости. В газовой полости силовой шток центральной площадки мембраны, проходя через центральное отверстие ограничителя хода мембраны, упирается своей торцевой шайбой в датчик силы. Нижний упор поплавка закреплен на сердечнике электромагнита. Верхний и нижний упоры набраны из отдельных, равноотстоящих друг от друга в окружном направлении, плоских лепестков. Контактирующая с поплавком поверхность лепестков при контакте плотно прилегает к конической поверхности центрирующих выступов поплавка. У верхнего упора лепестки закреплены на цилиндре силового штока, а у нижнего упора лепестки закреплены на сердечнике электромагнита. Поплавок имеет форму сферы, эллипсоида вращения, или сдвоенного усеченного конуса и состоит из двух симметричных штампованных половин, соединенных друг с другом по внешним кольцевым отбортовкам, лежащим в плоскости разъема. Запорно-регулирующие устройства, датчик силы и электромагнит связаны с регистрирующим и управляющим блоком.The technical result of the invention is obtained due to the fact that the liquid container is a chamber in the form of a body of revolution with two systems of slotted openings for supplying liquid symmetrically located with respect to the central transverse plane. Slotted openings exit from the outside of the chamber to the supply manifolds, connected through locking and control devices to a fluid source. In the central plane of the chamber there is a system of openings for drainage of liquid exiting from the outside of the cylinder into the outlet manifold connected to the outlet line. A thin-walled float in the form of a body of revolution is located in the chamber. The float has two centering protrusions symmetrical about the vertical axis of the float in the form of a truncated cone. Inside the lower protrusion is a ferromagnetic weighting agent. The centering protrusions of the float are placed with a gap between the coaxial lower and upper freely passing liquid centering stops that fit snugly against the conical surface of the centering protrusions of the float upon contact. The upper stop is attached to the cylinder of the power rod, hermetically connected to the Central area of the elastic membrane separating the chamber with the float from the upper gas cavity. In the gas cavity, the power rod of the central membrane pad, passing through the central hole of the membrane travel limiter, abuts with its end washer against the force sensor. The bottom stop of the float is mounted on the core of the electromagnet. The upper and lower stops are composed of separate, equally spaced from each other in the circumferential direction, flat petals. When in contact, the surface of the petals in contact with the float fits snugly against the conical surface of the centering protrusions of the float. At the upper stop, the petals are fixed on the cylinder of the power rod, and at the lower stop, the petals are fixed on the core of the electromagnet. The float has the shape of a sphere, an ellipsoid of revolution, or a double truncated cone and consists of two symmetrical stamped halves connected to each other by external annular flanges lying in the plane of the connector. Shut-off and control devices, a force sensor and an electromagnet are connected to a recording and control unit.

Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что в указанной конструкции устройства устраняется необходимость учета влияния поверхностного натяжения и можно измерять актуальное значение плотности текущей жидкости. При этом легко автоматизировать процесс измерений.An advantage of the invention is that in the design of the device eliminates the need to take into account the influence of surface tension and you can measure the current value of the density of the flowing fluid. It is easy to automate the measurement process.

Предлагаемое устройство поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2. Камера 1 имеет систему щелевых отверстий 2 и симметрично по отношению к центральной поперечной плоскости расположенную систему щелевых отверстий 3. Щелевые отверстия систем 2 и 3 выходят через стенку камеры 1 в подающие коллекторы 4 и 5 соответственно. Подающий коллектор 4 линией 6, на которой установлен регулирующий вентиль 7, соединен с трубопроводом 8. Подающий коллектор 5 линией 9, на которой установлен регулирующий вентиль 10, соединен также с трубопроводом 8. Трубопровод 8, на котором установлен управляемый запорный кран 11, соединен с источником жидкости (не показано). В камере 1 размещен тонкостенный поплавок 12 с верхним и нижним центрирующими выступами 13 в виде усеченного конуса (на Фиг. 1 показан вариант со сферическим поплавком). Между стенками камеры 1 и поплавком 12 образуется система каналов 14 для отвода жидкости, которые выходят в отводящий коллектор 15, подключенный к отводящей линии 16. Внутри нижнего центрирующего выступа 13 поплавка 12 находится ферромагнитный утяжелитель 17. Поплавок 12 своими центрирующими выступами 13 размещен с зазором между соосными, свободно пропускающими жидкость, нижним центрирующим упором 18 и верхним центрирующим упором 19. При контакте центрирующими выступами 13 поплавок 12 плотно прилегает к поверхности упоров 18 или 19. Верхний упор 19 присоединен к цилиндру 20 силового штока 21. Силовой шток 21 герметично соединен с центральной площадкой 22 упругой мембраны 23, отделяющей камеру 1 с поплавком 12 от верхней газовой полости 24. В верхней газовой полости 24 силовой шток 21 проходит через центральное отверстие ограничителя 25 хода мембраны 23 и своей торцевой шайбой 26 упирается в датчик силы 27. Нижний упор 18 поплавка 12 закреплен на сердечнике 28 электромагнита 29. На виде А-А показан вариант выполнения упоров 19 из отдельных равноотстоящих друг от друга в окружном направлении плоских лепестков. Контактирующая с поплавком поверхность лепестков лежит на конической поверхности центрирующего выступа 13. Расположение лепестков показано сверху. Отогнутой своей частью лепесток крепится к цилиндру 20 силового штока 21. На Фиг. 1, Фиг. 2а) и Фиг. 2б) показаны исполнения поплавка 12 в виде сферы, эллипсоида вращения или сдвоенного усеченного конуса соответственно. При этом поплавок 12 состоит из двух симметричных штампованных половин, соединенных друг с другом по внешним кольцевым отбортовкам 30, лежащим в плоскости разъема.The proposed device is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2. The chamber 1 has a system of slit openings 2 and a system of slit openings is located symmetrically with respect to the central transverse plane 3. The slit openings of the systems 2 and 3 exit through the wall of the chamber 1 to the supply manifolds 4 and 5, respectively. The supply manifold 4 by line 6, on which the control valve 7 is installed, is connected to the pipeline 8. The supply manifold 5 by the line 9, on which the control valve 10 is installed, is also connected to the pipe 8. The pipe 8, on which the controlled shut-off valve 11 is installed, is connected to fluid source (not shown). A thin-walled float 12 with upper and lower centering protrusions 13 in the form of a truncated cone is placed in the chamber 1 (Fig. 1 shows a variant with a spherical float). Between the walls of the chamber 1 and the float 12, a system of channels 14 is formed for draining the liquid, which exit to the outlet manifold 15 connected to the discharge line 16. Inside the lower centering protrusion 13 of the float 12 there is a ferromagnetic weighting agent 17. The float 12 with its centering protrusions 13 is placed with a gap between coaxial, freely passing liquid, the lower centering stop 18 and the upper centering stop 19. Upon contact with the centering protrusions 13, the float 12 is snug against the surface of the stops 18 or 19. The upper stop 19 is attached connected to the cylinder 20 of the power rod 21. The power rod 21 is hermetically connected to the Central platform 22 of the elastic membrane 23 separating the chamber 1 with the float 12 from the upper gas cavity 24. In the upper gas cavity 24, the power rod 21 passes through the Central hole of the limiter 25 of the membrane 23 and its end washer 26 abuts against the force sensor 27. The lower stop 18 of the float 12 is mounted on the core 28 of the electromagnet 29. Figure AA shows an embodiment of the stops 19 from separate flat petals equally spaced from each other in the circumferential direction . The surface of the petals in contact with the float lies on the conical surface of the centering protrusion 13. The location of the petals is shown above. The bent part of the petal is attached to the cylinder 20 of the power rod 21. In FIG. 1, FIG. 2a) and FIG. 2b) shows the performance of the float 12 in the form of a sphere, an ellipsoid of revolution, or a double truncated cone, respectively. While the float 12 consists of two symmetrical stamped halves connected to each other by external annular flanges 30 lying in the plane of the connector.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройство находится в положении, показанном на Фиг. 1. В этом положении поплавок 12 за счет выталкивающей силы со стороны жидкости своим верхним центрирующим выступом 13 входит в центрирующий упор 19. Лепестки упора 19 контактируют с конической поверхностью центрирующего выступа 13. В это время нижний центрирующий выступ 13 поплавка 12 не контактирует с нижним центрирующим упором 18, но конический выступ 13 все равно находится внутри окружающих его лепестков упора 18. При подаче электропитания (регистрирующий и управляющий блок не показан) на катушку электромагнита 29, сердечник 28 притягивает ферромагнитный утяжелитель 17 поплавка 12. В результате утяжелитель прижимает легкий поплавок 12 к нижнему упору 18, при этом лепестки нижнего упора 18 ложатся на коническую поверхность центрирующего выступа 13. Через открытый кран 11 жидкость поступает по линии 8 и разделяется на два потока. По линии 6 через открытый регулирующий вентиль 7 жидкость поступает в подающий коллектор 4. По линии 9 через открытый регулирующий вентиль 10 жидкость поступает в подающий коллектор 5. Из коллекторов 4 и 5 через щелевые отверстия систем 2 и 3 жидкость поступает в камеру 1, образуя в камере 1 встречные течения, омывающие поплавок 12 с разных сторон. В верхней части поплавок 12 не касается верхнего упора 19, но верхний конический выступ 13 все равно находится внутри окружающих его лепестков упора 19. В этом положении показание датчика силы 27 фиксируется как начало отсчета. После этого напряжение с катушки электромагнита 29 снимается и ферромагнитный утяжелитель 17 больше не притягивается сердечником 28, в результате чего поплавок 12 всплывает и своим верхним центрирующим выступом 13 плотно прилегает к верхнему центрирующему упору 19. Для устранения при измерении возможного несбалансированного влияния на поплавок встречных течений внутри камеры 1, подается сигнал на управляемый запорный кран 11, который перекрывает линию 8. После этого записывается показание датчика силы 27 при размещении поплавка в неподвижной жидкости. После фиксации значения силы запорный кран 11 открывается и жидкость внутри камеры 1 за счет протока непрерывно обновляется. При необходимости вернуть поплавок 12 в нижнее положение подается напряжение на катушку электромагнита 29. В результате ферромагнитный утяжелитель сердечником 28 притягивается и возвращает поплавок 12 на нижний упор 18. Замер плотности может производиться и без перекрытия крана 11 при встречном течении жидкости в камере 1. Для этого нужно оценить или устранить возможное наличие несбалансированной гидродинамической силы, действующей на поплавок при его обтекании встречными потоками жидкости.The device operates as follows. In the initial state, the device is in the position shown in FIG. 1. In this position, the float 12 due to the buoyant force from the liquid side with its upper centering protrusion 13 enters the centering stop 19. The petals of the stop 19 are in contact with the conical surface of the centering protrusion 13. At this time, the lower centering protrusion 13 of the float 12 is not in contact with the lower centering emphasis 18, but the conical protrusion 13 is still inside the surrounding petals of the stop 18. When power is supplied (recording and control unit not shown) to the electromagnet coil 29, the core 28 attracts with ferrom gnitny weighting 17 of the float 12. As a result, a light weight material presses the float 12 to a lower abutment 18, the lower stop petals 18 lie on a conical surface of the centering projection 13. Through the open valve 11, fluid enters through line 8 and is divided into two streams. On line 6, through an open control valve 7, fluid enters the supply manifold 4. On line 9, through an open control valve 10, fluid enters the supply manifold 5. From collectors 4 and 5, through the slotted openings of systems 2 and 3, fluid enters the chamber 1, forming chamber 1 counter currents washing the float 12 from different sides. In the upper part, the float 12 does not touch the upper stop 19, but the upper conical protrusion 13 is still inside the surrounding petals of the stop 19. In this position, the reading of the force sensor 27 is recorded as the reference point. After that, the voltage from the coil of the electromagnet 29 is removed and the ferromagnetic weighting material 17 is no longer attracted by the core 28, as a result of which the float 12 floats up and, with its upper centering protrusion 13, fits snugly against the upper centering stop 19. In order to eliminate the possible unbalanced effect of countercurrent flows inside the float camera 1, a signal is supplied to the controlled shut-off valve 11, which closes the line 8. After that, the reading of the force sensor 27 is recorded when the float is stationary liquids. After fixing the value of the force, the shut-off valve 11 opens and the liquid inside the chamber 1 is continuously updated due to the flow. If it is necessary to return the float 12 to the lower position, voltage is supplied to the coil of the electromagnet 29. As a result, the ferromagnetic weighting agent is attracted by the core 28 and returns the float 12 to the lower stop 18. The density can be measured without blocking the valve 11 when the liquid flows in the chamber 1. For this purpose it is necessary to evaluate or eliminate the possible presence of an unbalanced hydrodynamic force acting on the float when it flows around with oncoming liquid flows.

Несбалансированная сила может быть скорректирована за счет настройки работы устройства в условиях потока. Это делается за счет регулирующего вентиля 7 и (или) 10. Изменяя положение регулирующего вентиля 7 и (или) 10, замеряют усилие на датчике 27 сначала при наличии течения жидкости через камеру 1, а затем при его отсутствии, когда перекрыт запорный кран 11. Окончательно выбирают такое положение регулирующего органа 7 и (или) 10, при котором значения силы на датчике 27 без течения и при течении жидкости через камеру 1 совпадают. После этого плотномер используют в проточном режиме. Таким образом, использование встречной подачи жидкости в измерительную камеру позволяет определять с приемлемой точностью плотность даже при высокой скорости жидкости и осуществлять непрерывный мониторинг плотности текущей среды.Unbalanced force can be corrected by adjusting the operation of the device in flow conditions. This is done due to the control valve 7 and (or) 10. Changing the position of the control valve 7 and (or) 10, measure the force on the sensor 27, first if there is fluid flow through the chamber 1, and then in its absence when the shut-off valve 11 is closed. Finally, choose the position of the regulatory body 7 and (or) 10, in which the values of the force on the sensor 27 without flow and when the fluid flows through the chamber 1 coincide. After that, the densitometer is used in flow mode. Thus, the use of a counter flow of fluid into the measuring chamber makes it possible to determine the density with acceptable accuracy even at a high fluid velocity and to continuously monitor the density of the current medium.

Плотность жидкости рассчитывается по формуле: ρ=(F+G)/(gV), где F - сила, измеренная датчиком силы; G - вес поплавка; V - объем поплавка; g - ускорение силы тяжести. Эта формула подразумевает, что течения в ячейки нет, или нет несбалансированной гидродинамической силы при непрерывном потоке жидкости, или ей можно пренебречь.The density of the liquid is calculated by the formula: ρ = (F + G) / (gV), where F is the force measured by the force sensor; G is the weight of the float; V is the volume of the float; g is the acceleration of gravity. This formula implies that there is no flow into the cells, or there is no unbalanced hydrodynamic force with a continuous flow of fluid, or it can be neglected.

Пример 1.Example 1

Рассмотрим работу поплавка диаметром 50 мм в воде плотностью 1000 кг/м³. Поплавок сделан из алюминиевого сплава с плотностью 2770 кг/м³ и имеет толщину стенки 0.4 мм. Вес стенки поплавка равен 0.0854 Н. Примем, что вместе с ферромагнитным утяжелителем его вес равен 0.2 Н. На Фиг. 2 показан график зависимости (кривая 1) гидродинамической силы, действующей на шар, при его обтекании неограниченным потоком воды. Видно, что эта сила (кривая 1) с увеличением скорости может составить около 10% от выталкивающей силы (линия 2), действующей на датчик силы. Линия 2 представляет собой разность силы Архимеда и веса поплавка, т.е. показывает силу, которая действует на датчик силы в неподвижной жидкости. При скорости 0.1 м/с гидродинамическая сила составит примерно 4.8%, а при 0.5 м/с уже примерно 7.19% от силы, действующей на датчик в неподвижной жидкости. Кривая 3 показывает возможную несбалансированную силу, действующую на поплавок из-за небольшого различия в условиях обтекания шара двумя встречными потоками. В данном примере принято, что эта сила составляет 5% от силы, показанной кривой 1.Consider the work of a float with a diameter of 50 mm in water with a density of 1000 kg / m ³ . The float is made of aluminum alloy with a density of 2770 kg / m ³ and has a wall thickness of 0.4 mm. The weight of the wall of the float is 0.0854 N. We assume that together with the ferromagnetic weighting agent, its weight is 0.2 N. In FIG. Figure 2 shows a graph of the dependence (curve 1) of the hydrodynamic force acting on the ball as it flows around it with an unlimited flow of water. It is seen that this force (curve 1) with an increase in speed can be about 10% of the buoyancy force (line 2) acting on the force sensor. Line 2 represents the difference between the strength of Archimedes and the weight of the float, i.e. shows the force that acts on the force sensor in a stationary fluid. At a speed of 0.1 m / s, the hydrodynamic force will be approximately 4.8%, and at 0.5 m / s it will be approximately 7.19% of the force acting on the sensor in a stationary fluid. Curve 3 shows the possible unbalanced force acting on the float due to a slight difference in the conditions of flow of two opposing flows around the ball. In this example, it is assumed that this force is 5% of the force shown by curve 1.

Пример 2.Example 2

При помещении поплавка диаметром 44.5 мм в почти сферическую камеру, показанную на Фиг. 1, диаметром 55 мм, жидкостной объем камеры равен 0.41⋅10^-4 м³. При подведении в ячейку жидкости по трубке с внутренним диаметром 25 мм и скоростью 0.5 м/с время обновления жидкостного объема камеры составит 0.16 с. Если характерное время изменения плотности потока жидкости существенно больше этой величины, то данный плотномер будет фактически измерять актуальную плотность жидкости.When the float is placed with a diameter of 44.5 mm in the almost spherical chamber shown in FIG. 1, with a diameter of 55 mm, the liquid chamber volume is 0.41 × 10 ⁻⁴ m ³ . When liquid is brought into the cell through a tube with an inner diameter of 25 mm and a speed of 0.5 m / s, the time for updating the liquid volume of the chamber will be 0.16 s. If the characteristic time of the change in the density of the fluid flow is significantly greater than this value, then this densitometer will actually measure the actual density of the fluid.

Claims

1. A device for measuring the density of a liquid having a container for liquid and a float, characterized in that the container for liquid is a chamber in the form of a body of revolution with two systems of slotted openings for supplying liquid symmetrically located relative to the central transverse plane exiting from the outside of the chamber in the supply manifolds connected through locking and control devices to a source of liquid, and in the central plane of the chamber there is a system of annular passages for draining the liquid leaving the outer side of the camera in the outlet manifold connected to the outlet line; a thin-walled float in the form of a body of revolution is placed in the chamber, with upper and lower centering protrusions symmetric with respect to the vertical axis of the float in the form of truncated cones, a ferromagnetic weighting agent is located inside the lower protrusion, the centering protrusions of the float are placed with a gap between the coaxial lower and upper centering stops freely passing through the liquid tightly adjacent to the conical surface of the centering protrusions of the float upon contact, the upper stop is attached to the cylinder of the power rod, hermetically connected to the central platform of the elastic membrane separating the cylindrical chamber with the float from the upper gas cavity, in the gas cavity the power rod of the central membrane platform, passing through the central hole of the membrane travel limiter, abuts against the force sensor with its end washer, and the bottom stop of the float is fixed to the core of the electromagnet while the fluid density is calculated by the formula ρ = (F + G) / (gV), where F is the force measured by the force sensor; G is the weight of the float; V is the volume of the float; g is the acceleration of gravity.

2. The liquid density measuring device according to claim 1, characterized in that the upper and lower centering stops are composed of separate flat petals equally spaced from each other in the circumferential direction, the surface of the petals contacting the float on contact is tightly adjacent to the conical surface of the centering protrusions of the float, this, at the upper stop, the petals are fixed on the cylinder of the power rod, and at the lower stop, the petals are fixed on the core of the electromagnet.

3. The fluid density measuring device according to claim 1, characterized in that the float has the shape of a sphere, an ellipsoid of revolution, or a double truncated cone and consists of two symmetrical stamped halves connected to each other by external annular flanges lying in the plane of the connector.

4. A device for measuring the density of a liquid according to claim 1, characterized in that the locking and regulating devices, a force sensor and an electromagnet are connected to a recording and control unit.