RU55986U1 - DEVICE FOR MEASURING LIQUID DENSITY - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения плотности жидкости. Задачей полезной модели является создание устройства для измерения плотности жидкости в реальном времени в технологическом процессе. В соответствии с поставленной задачей в заявляемое устройство содержащее полностью погруженный в жидкость поплавок, введены оптоэлектронный преобразователь 11, включающий в себя шток-толкатель 7, оптическую решетку 8, два светодиода 9, два фотодиода 10, логический фильтр 12, счетчики 13, 14 прямого и обратного счета, электронный нониус 15, шину данных 16, блок обработки информации 17, блок индикации 18.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure the density of a liquid. The objective of the utility model is to create a device for measuring fluid density in real time in the process. In accordance with the task, the inventive device containing a completely immersed in the liquid float, introduced an optoelectronic converter 11, which includes a rod-pusher 7, an optical array 8, two LEDs 9, two photodiodes 10, a logical filter 12, counters 13, 14 direct and return count, electronic nonius 15, data bus 16, information processing unit 17, display unit 18.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения плотности жидкости.The proposed utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure the density of a liquid.

Известно устройство, для измерения плотности жидкости, содержащее сосуд с рабочей жидкостью и погруженный в нее поплавок, соединенный с узлом регистрации, узел регистрации содержит омметр и упругий эластичный шнур, выполненный в виде электроизолированного проводника, верхний конец которого электрически соединен с электропроводным поплавком, а нижний конец закреплен у основания электропроводного сосуда, электроизолирован от сосуда и жидкости и соединен с первым входом омметра, при этом второй вход омметра соединен с электропроводным сосудом. (Патент РФ №2031395, G 01 N 9/20, 1995.03.20).A device for measuring the density of a liquid is known, comprising a vessel with a working fluid and a float immersed in it, connected to the registration unit, the registration unit contains an ohmmeter and an elastic elastic cord made in the form of an electrically insulated conductor, the upper end of which is electrically connected to the electrically conductive float, and the lower the end is fixed at the base of the conductive vessel, insulated from the vessel and the fluid and connected to the first input of the ohmmeter, while the second input of the ohmmeter is connected to the conductive convicted. (RF patent No. 2031395, G 01 N 9/20, 1995.03.20).

Известен поплавковый плотномер, для измерения плотности жидкости, содержащий измерительный сосуд, размещенный внутри сосуда поплавок с установленным в нем постоянным магнитом, измерительный соленоид, расположенный снаружи измерительного сосуда, блок аналого-цифрового преобразования, аналоговый управляющий блок, цифровой управляющий и вычислительный блок и датчик положения поплавка, содержащий индукционную катушку, и фиксирующий соленоид, расположенный так, что постоянный магнит поплавка при полном погружении поплавка расположен в области однородного магнитного поля этого соленоида, а при полном всплытии в области неоднородного магнитного поля этого соленоида, и охватывающий верхнюю часть измерительного соленоида и нижнюю часть измерительного сосуда, опирающегося на верхнюю торцовую поверхность измерительного соленоида, а индукционная катушка расположена, непосредственно над фиксирующим соленоидом. (Патент РФ №2082151, 6 G 01 N 9/12, 1997.06.20). Недостатком данных Known float densitometer for measuring the density of a liquid, containing a measuring vessel placed inside the vessel, a float with a permanent magnet installed in it, a measuring solenoid located outside the measuring vessel, an analog-to-digital conversion unit, an analog control unit, a digital control and computing unit and a position sensor a float containing an induction coil and a fixing solenoid located so that the permanent magnet of the float when the float is completely submerged is located in areas of a uniform magnetic field of this solenoid, and when the solenoid completely emerges in the area of a non-uniform magnetic field of this solenoid, it also covers the upper part of the measuring solenoid and the lower part of the measuring vessel, which rests on the upper end surface of the measuring solenoid, and the induction coil is located directly above the fixing solenoid. (RF patent No. 2082151, 6 G 01 N 9/12, 1997.06.20). Lack of data

плотномеров является его сложность и наличие аналоговых элементов, что значительно влияет на точность и надежность устройства). Известно устройство для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкости, содержащее помещаемый в сосуд с исследуемой жидкостью вибрационный преобразователь, подключенный к генератору колебаний, и блоки регистрации и индикации, блок регистрации содержит два стабилизатора тока, два вольтметра переменного напряжения, два вольтметра постоянного напряжения, два измерителя разности напряжения, а вибрационный преобразователь выполнен в виде вертикально расположенной [-образной скобы с поплавком, укрепленным на концах скобы при помощи двух упругих эластичных шнуров, представляющих собой петли, внутренняя часть которых выполнена из токопроводящего упругого эластичного материала, а оболочка из упругого эластичного материала. (Патент РФ №2069848, 6 G 01 N 11/16, 1996.11.27).Density meters is its complexity and the presence of analog elements, which significantly affects the accuracy and reliability of the device). A device is known for continuously measuring viscosity and density of a liquid, comprising a vibration transducer placed in a vessel with a liquid under investigation, connected to an oscillation generator, and registration and indication units, a registration unit comprising two current stabilizers, two alternating voltage voltmeters, two constant voltage voltmeters, and two meters voltage difference, and the vibration transducer is made in the form of a vertically arranged [-shaped bracket with a float mounted on the ends of the bracket with two flexible elastic cords constituting the loop, the inner part of which is made of resilient conductive elastic material, and the shell of a resilient elastic material. (RF patent No. 2069848, 6 G 01 N 11/16, 1996.11.27).

Недостатками известного устройства являются недостаточная точность и довольно ненадежная конструкция и сложность реализации. Задачей полезной модели является создание надежного и простого в эксплуатации устройства для измерения плотности жидкости в реальном времени технологического процесса.The disadvantages of the known device are insufficient accuracy and a rather unreliable design and complexity of implementation. The objective of the utility model is to create a reliable and easy-to-use device for measuring fluid density in real time of a technological process.

В соответствии с поставленной задачей предлагаемое устройство для измерения плотности жидкости содержит полностью погруженный в жидкости поплавок, отличающееся тем, что данный поплавок имеет сквозное отверстие и закреплен с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, крепящиеся к стенке емкости, кроме этого дополнительно введены, оптоэлектронный преобразователь, включающий в себя: шток-толкатель, оптическую решетку, два светодиода, два фотодиода, корпус оптоэлектронного преобразователя, логический фильтр, счетчик прямого счета, счетчик обратного счета, электронный нониус, шина данных, блок обработки информации и блок индикации.In accordance with the task, the proposed device for measuring the density of the liquid contains a float completely immersed in the liquid, characterized in that the float has a through hole and is fixed with the help of the upper and lower bellows between the two brackets, which are attached to the wall of the tank; in addition, they are additionally introduced optoelectronic Converter, including: rod-pusher, optical array, two LEDs, two photodiodes, optoelectronic converter housing, logic filter, counter direct counting, counting down counter, electronic nonius, data bus, information processing unit and indication unit.

На фиг. Представлена функциональная схема устройства.In FIG. A functional diagram of the device is presented.

Устройство для измерения плотности жидкости содержит кронштейны 1 и 2, крепящиеся к стенке емкости 3, плотность жидкости в которой измеряют, к кронштейнам одними концами закреплены сильфоны 4 и 5, другие концы которых герметично закреплены на поплавке 6, имеющим по центру сквозное отверстие, соединяющее полости сильфонов 4 и 5, шток-толкатель 7, оптическая решетка 8, жестко соединенная со штоком-толкателем 7, который в свою очередь упирается нижним концом в выступ поплавка, два светодиода 9 и два фотодиода 10, расположенные по обе стороны оптической решетки 8, корпус оптоэлектронного преобразователя 11, в котором закреплены неподвижно светодиоды 9 и фотодиоды 10, и свободно перемещается шток-толкатель 7 с оптической решеткой 8, логический фильтр 12, счетчик прямого счета 13, счетчик обратного счета 14, электронный нониус 15, шина данных 16, блок обработки информации 17, блок индикации 18, выходы с фотодиодов 10 соединены соответственно с первым и вторым входом логического фильтра 12, первый выход которого соединен с входом счетчика прямого счета 13, второй выход с входом счетчика обратного счета 14, третий выход с входом электронного нониуса 15, выходы счетчиков 13, 14 и выходы электронного нониуса соединены с шиной данных 16, которая соединена с блоком обработки информации 17, выход которого соединен с блоком индикации 18.A device for measuring the density of the liquid contains brackets 1 and 2, attached to the wall of the tank 3, the density of the liquid in which is measured, bellows 4 and 5 are fixed at the brackets at one end, the other ends of which are hermetically fixed to the float 6, which has a through hole connecting the cavities in the center bellows 4 and 5, the rod-pusher 7, the optical array 8, rigidly connected to the rod-pusher 7, which in turn abuts the lower end on the protrusion of the float, two LEDs 9 and two photodiodes 10 located on both sides of the optical th lattice 8, the body of the optoelectronic converter 11, in which the LEDs 9 and the photodiodes 10 are fixed, and the rod-pusher 7 with the optical lattice 8 moves freely, the logic filter 12, the direct counter 13, the countdown counter 14, the electronic nonius 15, the bus data 16, the processing unit 17, the display unit 18, the outputs from the photodiodes 10 are connected respectively to the first and second input of the logic filter 12, the first output of which is connected to the input of the counter direct count 13, the second output to the input of the count down counter 14, the third output with the input of the electronic nonius 15, the outputs of the counters 13, 14 and the outputs of the electronic nonius are connected to the data bus 16, which is connected to the information processing unit 17, the output of which is connected to the display unit 18.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

При заполнении емкости 3 жидкостью, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 6 перемещается и через шток-толкатель 7 перемещает оптическую решетку 8, поплавок 6 перемещается на сильфонах 4, 5 пропорционально плотности жидкости,When filling the tank 3 with liquid that enters through the lower inlet pipe and merges through the upper outlet pipe, under the action of buoyancy force, the float 6 moves and through the rod-pusher 7 moves the optical array 8, the float 6 moves on the bellows 4, 5 in proportion to the density of the liquid,

Оптоэлектронный преобразователь малых перемещений 11 работает следующим образом. При перемещении поплавка 6, одновременно с ним перемещается оптическая решетка 8, в результате чего она пересекает оптические излучения светодиодов 9 и попеременно затемняются фотодиоды, которые вырабатывают импульсные синусоидальные сигналы, Optoelectronic Converter small displacements 11 operates as follows. When moving the float 6, at the same time the optical lattice 8 moves, as a result of which it intersects the optical radiation of the LEDs 9 and the photodiodes that generate pulsed sinusoidal signals are alternately darkened

принимающие нулевые значения при каждом смещении решетки 8 на один шаг (1 мкм). Сигналы на выходах фотодиодов между собой сдвинуты на 90°. Сигналы с выходов оптоэлектронного преобразователя 11 поступают на логический фильтр 12, на выходе которого создаются импульсы или прямого, или обратного счета, Эти импульсы поступают на входы счетчиков 13, 14 прямого и обратного счета, Как вариант, в качестве счетчиков применены счетчики-таймеры К580ВИ53. При прямом перемещении оптической решетки 8 (вверх), плотность жидкости растет, фильтр 12 пропускает импульсы на вход счетчика 13 прямого счета, при обратном перемещении (плотность падает) пропускает импульсы на вход счетчика 14 обратного счета. Цена данных импульсов равна 16 мкм. Так как счетчики таймеров работают в обратном направлении, то для определения фактической величины импульсов, нужно произвести следующие вычисленияtaking zero values at each displacement of the lattice 8 by one step (1 μm). The signals at the outputs of the photodiodes are shifted to each other by 90 °. The signals from the outputs of the optoelectronic converter 11 are fed to a logic filter 12, the output of which is generated by pulses of either direct or reverse counting.These pulses are fed to the inputs of counters 13, 14 of the direct and reverse counting.Optionally, K580VI53 counters and timers are used as counters. With the direct movement of the optical array 8 (up), the density of the liquid increases, the filter 12 passes the pulses to the input of the counter 13 direct counting, with the reverse movement (density drops) passes the pulses to the input of the counter 14 countdown. The price of these pulses is 16 microns. Since the timer counters work in the opposite direction, to determine the actual value of the pulses, you need to make the following calculations

Где N_факт - фактическое значение импульсов,Where N _fact - the actual value of the pulses,

N1 - первоначальное значение счетчика,N1 - the initial value of the counter,

N2 - текущее значение счетчика.N2 is the current value of the counter.

Для предотвращения так называемого дребезга оптоэлектронного преобразователя, который может возникнуть при каких либо ударах, толчках, колебаниях емкости или под действием завихрений проходящей жидкости возможны колебания поплавка 6, а соответственно и оптической решетки, то истинное значение перемещения оптической решетки 8 определяется следующим образом: из значения счетчика 13 прямого счета следует вычесть значение счетчика 14 обратного счета. Для преобразования показаний счетчиков в метрическую меру, нужно разность умножить на 16 согласно формуле (2)To prevent the so-called bounce of the optoelectronic converter, which can occur during any shocks, shocks, fluctuations in the capacitance, or under the influence of turbulences of the passing fluid, vibrations of the float 6 and, accordingly, of the optical lattice are possible, the true value of the displacement of the optical lattice 8 is determined as follows: counter 13 direct count should subtract the value of the counter 14 countdown. To convert the meter readings into a metric measure, you need to multiply the difference by 16 according to the formula (2)

, ,

где L - истинное значение перемещения оптической решетки в мкм.where L is the true value of the displacement of the optical lattice in microns.

Это будет результат по грубой шкале отсчета. Для улучшения разрешающей способности оптоэлектронного преобразователя перемещения, используется электронный нониус 15, который представляет собой схему преобразования аналогового сигнала, представляющего собой часть синусоиды, т.е. меньше полного периода развертки, в цифровой восьмибитный код, который через шину данных 16 считывается блоком обработки информации 17, в качестве блока обработки информации может быть использована любая однокристальная микроЭВМ, которая в таблице, хранящейся в памяти микроЭВМ, в соответствии с прочитанным кодом выбирает соответствующее коду значение точного перемещения оптической решетки в единицах мкм, т.е. это будет результат по нониусу точного отсчета. Общий результат перемещения оптической решетки будет равен согласно (3).This will be a result on a rough scale. To improve the resolution of the optoelectronic displacement transducer, an electronic nonius 15 is used, which is a conversion circuit of an analog signal, which is a part of a sinusoid, i.e. less than the full scan period, into a digital eight-bit code, which is read through the data processing unit 17 through the data bus 16, any single-chip microcomputer can be used as the information processing unit, which selects the corresponding code in the table stored in the microcomputer memory in accordance with the read code the value of the exact displacement of the optical lattice in units of microns, i.e. this will be the result of the nonius of the exact reference. The overall result of the displacement of the optical lattice will be equal to (3).

, ,

где 1 - показания нониуса в ед. измерения.where 1 is the vernier testimony in units. measurements.

Так как перемещение оптической решетки пропорционально плотности жидкости, то для получения показателя плотности нужно метрическую величину перемещения оптической решетки умножить на коэффициент пропорциональности K.Since the displacement of the optical lattice is proportional to the density of the liquid, to obtain the density index, the metric displacement of the optical lattice must be multiplied by the proportionality coefficient K.

. .

Электронный нониус работает следующим образом. Потенциометрические резисторы устанавливают пороговый уровень срабатывания компараторов таким образом, чтобы сигналы на их входах имели сдвиг на 1/16 шага оптической решетки. Уровни компараторов поступают на восьмиразрядный регистр электронного нониуса, код с которого и считывается блоком обработки информации. Результат вычисленной плотности выводится на блок индикации 18.Electronic nonius works as follows. Potentiometric resistors set the threshold level of the comparators so that the signals at their inputs have a 1/16 pitch shift of the optical grating. The comparator levels go to the eight-digit register of electronic nonius, the code from which is read by the information processing unit. The result of the calculated density is displayed on the display unit 18.

За первоначальную точку отсчета принимается плотность жидкости равная p=1 г/куб.см.The initial reference point is the density of the liquid equal to p = 1 g / cc.

Рассчитав объем и вес поплавка можно получить заданную точность измерения плотности жидкости.By calculating the volume and weight of the float, you can get the specified accuracy of measuring the density of the liquid.

Claims (1)

Устройство для измерения плотности жидкости, содержащее чувствительный элемент в виде поплавка, отличающееся тем, что поплавок закреплен на двух сильфонах между двумя кронштейнами, при этом поплавок имеет сквозное отверстие, в него введены оптоэлектронный преобразователь, включающий в себя шток-толкатель, оптическую решетку, два светодиода, два фотодиода, расположенные по разные стороны оптической решетки, корпус оптоэлектронного преобразователя, логический фильтр, два счетчика прямого и обратного счета, электронный нониус, шина данных, блок обработки информации и блок индикации, выходы фотодиодов соединены соответственно с первым и вторым входом логического фильтра, первый выход которого соединен с входом счетчика прямого счета, второй выход с входом счетчика обратного счета, третий выход с входом электронного нониуса, информационные выходы счетчиков прямого и обратного счета и электронного нониуса подключены к шине данных, которая соединена с входом блока обработки информации, выход которого соединен с входом блока индикации.

A device for measuring the density of a liquid containing a sensing element in the form of a float, characterized in that the float is mounted on two bellows between two brackets, while the float has a through hole, an optoelectronic converter is introduced into it, including a rod-pusher, an optical grating, two LEDs, two photodiodes located on opposite sides of the optical array, optoelectronic converter housing, logic filter, two counters of direct and reverse counting, electronic nonius, data bus x, an information processing unit and an indication unit, the outputs of the photodiodes are connected respectively to the first and second input of the logic filter, the first output of which is connected to the input of the direct counter, the second output with the input of the counter, the third output with electronic nonius input, the information outputs of the direct meters and a countdown and electronic nonius are connected to the data bus, which is connected to the input of the information processing unit, the output of which is connected to the input of the display unit.