CN87214417U

CN87214417U - 一种密度式溶液浓度计

Info

Publication number: CN87214417U
Application number: CN 87214417
Authority: CN
Inventors: 谭洁泉
Original assignee: GUIXI SMELTERY JIANGXI COPPER
Current assignee: GUIXI SMELTERY JIANGXI COPPER
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1988-04-06

Abstract

本实用新型涉及密度式溶液浓度计，主要由浮子、浮力室、电阻应变传感器、吊杆和数据处理装置等组成，用于自动连续在线检测硫酸、亚硫酸铵等多种溶液的浓度，特别适合硫酸生产过程中93％浓度的自动连续检测。该浓度计主要优点是采用微机技术实现温度补偿和线性化处理和采用电阻应变传感器取代现有密度式溶液浓度计的天平机构，显著降低浓度计的制造成本和简化浓度计结构，但仍达到高测量精度，具有在工业生产中推广使用价值。

Description

一种密度式溶液浓度计

本实用新型涉及硫酸亚硫酸胺等多种溶液的自动连续在线检测装置，特别适合硫酸生产过程中93％浓度的自动连续检测。

在工业生产过程中，不少溶液的浓度检测大都是靠化学分析的方法，这无疑不能满足现代生产过程中适时控制的需要。当某一溶液的浓度与其密度在某一标准温度下有一一对应关系时，则可通过测量某溶液密度的方法间接地测知某溶液的浓度。所谓密度法就是基于阿基米德定律，即浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于该物体排开液体的重量。因此，只要测出一定温度下浸在溶液中物体的浮力，就可得知该溶液的密度，而由密度便可知道其相对应的浓度。在实际生产中，由于溶液的温度是变化的，因此在测定溶液浓度时，要求将不同温度下测得的溶液密度值换算成设定温度下的溶液密度值，然后再找出与之相对应的溶液浓度值，这就需要将工作温度范围内所测得的任意温度下的溶液密度值进行温度补偿和线性化处理。日本曾制成DFL－I密度式溶液浓度计，能测硫酸等多种溶液的浓度，该浓度计主要由浮子（21）、浮子室（22）、天平机构（23）、气动变换器（24）、气／电变换器（25）、函数发生器（26）、指示调节器（27）组成（见附图1）。浮子将硫酸密度转变为浮力，浮力通过精密天平转变成位移，位移通过气动变换器转变为气信号，气信号通过气／电变换器转变为电信号。温度补偿是采用浮子自补偿式，即浮子内充有体积膨胀系数和被测溶液的体积膨胀系数相同的混合液体，也就是浮子具有非线性膨胀特性，因而可实现温度补偿。线性化处理是采用函数发生器。该型式浓度计虽然工作比较稳定可靠，适合硫酸等溶液生产过程中的浓度自动连续检测需要，但其缺点也是显而易见的：（1）浓度计本身结构复杂、精密，制造难度大；（2）需要价格较昂贵的气动变换器、函数发生器等和压缩空气源；（3）浮子材料需要价格较高的高镍铬合金，自补偿浮子制造也比较困难，因此，使该种型式浓度计成本高，不利于在我国工业生产中推广使用。

本实用新型的主要目的在于设计一种新型的密度式溶液浓度计，能较显著的降低浓度计造价，使之更具有普遍推广使用的价值；

本实用新型另一目的是要尽量简化浓度计的结构，使之易于制造，使用方便。

本实用新型所涉及的密度式溶液浓度计由检测部和数据处理装置两大部分组成，见附图2。检测部主要包括浮子（1）、浮子室（2）电阻应变传感器（3）。浮子室（2）有被测溶液的进出口，浮子置于浮子室的被测溶液中，浮子（1）和电阻应变传感器（3）间用吊杆（5）连接（见附图3），由于被测溶液浓度的变化导致浮子浮力的变化，通过吊杆（5）将浮力传递给电阻应变传感器，使贴有应变片的弹性体（6）产生相应变形，于是应变片产生相应的电信号变化，将此变化的电信号再输入到数据处理装置（4）中。浮子为双层结构的空心体，内层（18）为保证浮子强度的金属层，如不锈钢、钛及其合金或其他金属，外面（19）严密包覆聚四氟乙烯，可以防止强酸强碱溶液的侵蚀，对于腐蚀性不强的溶液也可用单一的不锈钢或陶瓷空心体。为使浮力能根据需要加以调整，在浮子上有孔（17）可以装入调整浮子重量的物质（20），如铅沙等。浮子采用金属内层除了强度原因外，还因为聚四氟乙烯在0～50℃范围内，线膨胀系数出现双值函数，给测量带来困难，采用金属内层使浮子有较稳定的线涨系数，可避免双值出现。由于被测溶液温度的变化导致密度的变化，必须测得被测溶液的温度和该温度下的溶液密度，换算成设定温度下的溶液密度，为此，在浮子室的溶液中设有温度计（16），该温度计将温度所产生的电信号输入数据处理装置。由上可见，数据处理装置（4）的作用是将溶液密度进行温度补偿和线性化处理，即将不同温度下测得到的溶液密度值换算成设定温度下的密度值，再将换算成设定温度下的密度值换算成相应的浓度值。

关于数据处理装置中的温度补偿的数字式是在综合考虑温度对溶液密度和温度对浮子体积都将产生影响的情况下，用实验的方法建立起来的。用公式表达如下：

a－K₁（V_p－V_t）±K₂

式中：a－与测量范围有关的常数

K₁－温度补偿系数，不同溶液取值不同，一般用实验方法测取，

V_p－浮力传感器的密度信号

V_t－温度信号

K₂－温度补偿的修正值，根据温度变化快慢而定

数据处理装置是在经过上式运算进行温度补偿后，再进行线性化处理，最后便得到所要求的浓度值。

所说的数据处理装置可以采用单板机、单片机或其他微型计算机。

所说的数据处理装置也可以采用温度补偿桥和线性化器进行信号处理。

为了提高本实用新型所说的密度式溶液浓度计的测量精度和稳定性，以及防止浮子室内的酸液或酸雾逸出，使连接浮子和电阻应变传感器间的吊杆（5）穿过密封缓冲槽（7），该密封缓冲槽内盛有密封油（8）（如硅油、变压器油或机油），帽形缓冲挡板（9）***密封油（8）中并与吊杆（5）相连，使浮子室的溶液或腐蚀气体被密封油和帽形缓冲挡板封住。

为了防止浮力变化过大或操作原因引起弹性体（6）弯曲过大而损坏电阻应变传感器，在弹性体（6）下设置挡块（13）做为过载保护装置以防止电阻应变传感器破坏。另外，还在密封缓冲槽（7）与弹性体（6）间设置了零点和量程检查校验机构（见附图3）。当旋转检测部上的“零点”小旋扭时，零点校验钩（11）就慢慢往上移动，将固定在吊杆（5）上的小托盘（12）连同吊杆（5）及与之相连的浮子和缓冲挡板（9）等重量全部落在校验钩（11）上，弹性体（6）不受外力，这时，检查浮力传感器的输出信号为零；当旋转检测部上的“量程”小旋扭时，空套在吊杆上的量程校验钩（15）就慢慢向下移动，相当于量程25％的空心法码（14）就慢慢地落在小托盘（12）上，这时，检查浓度计的指示值是否比原来指示值下降25％。当零点和量程偏离所允许的误差时，就应对电气线路进行适当调整。有了这套零点和量程校验装置以后，就可在运行中方便地进行浓度计的动态零点和量程检查。

本实用新型所说的密度式溶液浓度计的优点在于：

（1）采用微型计算机技术实现温度补偿和线性化处理，不使用价值昂贵的气动变换器、气／电变换器、函数发生器等仪器，显著降低了浓度计成本，而且数据处理装置具有自检自校和容错等软件功能，很便于维修。

（2）浮子结构简单，造价低，耐腐蚀，工作稳定；

（3）采用价格低廉、容易制作而且工作性能稳定的电阻应变传感器取代结构复杂的天平机构；

（4）采用密封缓冲槽，可以完全防止溶液或有害气体由浮子室中逸出。

（5）温度计感温元件和浮子对溶液温度响应的时间一致，温度补偿效果良好。

图1为日本DFL－1型密度式溶液浓度计示意图。

图2为本实用新型密度式溶液浓度计简图。

图3为本实用新型密度式溶液浓度计浮力传感器结构示意图。

图4为本实用新型密度式溶液浓度计的浮子图。

图5为本实用新型密度式溶液浓度计数据处理装置主程序框图。

图6为本实用新型密度式溶液浓度计与日本浓度计对比记录曲线，其中曲线1为日本浓度计的记录曲线，曲线2为本实用新型的浓度计测得的曲线，曲线3为硫酸温度记录曲线。

下面为本实用新型的非限定性实施例：

1.使用本实用新型所说的密度式溶液浓度计（附图2），（其浮子内层为不锈钢，外层为聚四氟乙烯；微电脑采用Z80系列的（MC－80双板机）与日本DFL－1型密度式溶液浓度计（附图1）对91.5－94.5％的硫酸进行测量，所测得硫酸浓度值与分析值对比，测量误差如下：

关于数据处理装置的主程序框图如附图5所示。在主程序框图中，采用软件延时方法，每隔30秒对被测溶液的密度信号及溶液温度信号分别连续采样四次，然后取平均值，再经数据运算和浓度查找，便可得到所需要的浓度值，此浓度值经BCD码变换后送数码显示器分别显示出被测溶液的浓度和溶液的温度。同时D／A转换器将检测到的浓度的数字量转换为模拟量，输出给调节器，作为溶液浓度的调节信号。在重复上述10次（5分钟）采样后，数据处理装置将自动起动打印机，将先后检测到的10次硫酸浓度值和硫酸温度值打印出来。

附图6为本实用新型密度式溶液浓度计与日本DFL－1型密度式溶液浓度计并列运行时的记录曲线，图中被测溶液为91.5％～94.5％范围的硫酸，曲线1为日本浓度计的记录线，曲线2为本实用新型密度式溶液浓度计的记录线，曲线3为硫酸温度记录线。从图可见，本实用新型密度式溶液浓度计对日本DFL型密度式溶液浓度计跟踪很好，测量误差相差无几。

2.在用氨吸收法吸收冶炼烟气中的SO₂气体，生产亚硫酸铵产品的过程中、吸收液中的亚盐浓度对SO₂的吸收率和整个生产率都将产生很大的影响，作为本实用新型密度式溶液浓度计（采用不锈钢浮子，电阻应变式传感器和温度补偿桥与线性化器作为信号处理装置）的另一个实例，对吸收液中的亚盐浓度进行了在线连续自动测定，其测量结果如下表所示。

最大相对误差＝ (绝对误差)/(仪表满量程) ×100＝ 11/545 ×100＝2

这对生产的过程检测来说是能够满足生产要求的。

Claims

1、一种密度式溶液浓度计，包括浮子(1)、浮亍室(2)、浮力传感器、数据处理装置(4)，其特征是：

①所说的浮子(1)是双层结构的空心体，内层为金属层(18)，外层为聚四氟乙烯(19)；

②所说与浮力传感器为电阻应变传感器；

③在浮子与电阻传感器间，用吊杆将浮子与电阻应变传感器连接起来；

④在浮子室(2)的被测溶液内设有将所测温度值输入数据处理装置的温度计(16)。

2、根据权利要求1所说的密度式溶液浓度计，其特征是所说的数据处理装置是微电脑。

3、根据权利要求1所说的密度式混溶浓度计，其特征是所说的数据处理装置是温度补偿桥加上线性化器。

4、根据权利要求1或2或3所说的密度式溶液浓度计，其特征是吊杆（5）穿过密封缓冲槽（7），所说的密封缓冲槽（7）内装有密封油（8），帽形缓冲挡板（9）***密封油（8）中并和吊杆（5）连接。

5、根据权利要求4所说的密度式溶液浓度计，其特征是：

①在弹性体（6）下设置挡块（13）做为浮力传感器的过载保护装置；

②在密封缓冲槽（7）与弹性体（6）间设置了零点和量程检查校验机构，所说的零点和量程检查校验机构由可沿吊杆轴线方向移动的零点校验钩（11）、在零点校验钩（11）上方并固定在吊杆（5）上的小托盘、位于小托盘（12）上方沿吊杆（5）轴线方向移动的空心法码（14）和托住空心法码（14）的量程校验钩（15）组成。

6、根据权利要求1所说的密度式溶液浓度计，其特征是所说的浮子（1）是由不锈钢、陶瓷中的一种材料制成的空心体。