Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем

Название	Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем
Разработчик (Авторы)	Астапов Владислав Николаевич, Гашенко Юлия Валерьевна, Козлова Ирина Николаевна
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	196684
Дата регистрации	11.03.2020
Правообладатель	Астапов Владислав Николаевич
Область применения (класс МПК)	G01N 9/12 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения плотности жидкости, в том числе пожаро- и взрыво-опасных жидкостей.

Известно устройство, для непрерывного измерения плотности жидкости, содержащее полностью погруженный в жидкости поплавок, который закреплен с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, оптоэлектронный преобразователь, включающий в себя: шток - толкатель, оптическую решетку, два светодиода, два фотодиода, оптоэлектронный преобразователь, блок обработки информации и блок индикации (Патент на полезную модель РФ №55986. 2006 г.).

Предлагаемое устройство является дополнительным к «Патенту на полезную модель РФ №55986. Бюл. №24, 27.08. 2006 г.»).

Задачей изобретения является создание надежного и простого в эксплуатации искро-, взрыво-безопасного устройства для измерения плотности жидкости в реальном времени технологического процесса.

В соответствии с поставленной задачей предлагаемое устройство для измерения плотности жидкости содержит полностью погруженный в жидкости поплавок, имеющий сквозное отверстие, закрепленный с помощью верхнего и нижнего сильфонов между двумя кронштейнами, крепящиеся к стенке емкости, шток-толкатель, отличающееся тем, что в данное устройство встроен оптоволоконный преобразователь (ОВП) перемещения, включающий в себя: опорную стальную пластину, армированную твердой резиной, рифленую из мягкой резины пластину с пазом, для оптоволокна, оптоволоконный кабель датчика, два оптоволоконных кабеля связи, четыре оптических разъема, входной оптоволоконный кабель связи, светоизлучающий диод, формирователь импульсов, выходной оптоволоконный кабель связи, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки данных.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем (ОВП).

На фиг.2 схема оптоволоконного преобразователя перемещения.

Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем содержит два кронштейна 1, крепящиеся к стенке емкости 2, плотность жидкости в которой измеряют, к кронштейнам одними концами закреплены сильфоны 3 и 4, другие концы которых герметично закреплены на поплавке 5, имеющим по центру сквозное отверстие, соединяющее полости сильфонов 3 и 4, шток-толкатель 6, патрубок 7, оптоволоконный преобразователь перемещения 8, закрепленный в патрубке 7, состоящий из стальной армированной твердой резиной пластины 9, рифленой из мягкой резины пластины 10 с пазом для оптоволокна, оптоволоконный кабель датчика 11, уложенный в паз рифленой резиновой пластины 10, оптоволоконные кабели 12 и 13, оптические разъемы 14, входной оптоволоконный кабель связи 15, соединенный одним концом с первым разъемом 14, светоизлучающий диод 16, выход излучения которого соединен со вторым концом оптоволоконного кабеля 15, формирователь импульсов 17, выход которого соединен с входом светоизлучающего диода 16, кабель связи 18, фотоприемник 19, вход которого соединен с оптоволоконным кабелем связи 18, который соединен со вторым оптическим разъемом 14, усилитель сигнала 20, детектор сигнала 21, АЦП 22, выход фотоприемника 19 соединен с входом усилителя сигнала 20, выход которого соединен с входом детектора сигнала 21, блок обработки данных 23, вход которого соединен с выходом детектора сигнала 21, алфавитно-цифровая индикация 24, вход которой соединен с выходом блока обработки данных 23.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При заполнении емкости 2 жидкостью, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 5 перемещается и через шток-толкатель 6 перемещает армированную твердой резиной стальную пластину 9 вверх, которая поступает через нижний входной патрубок и сливается через верхний выходной патрубок, под действием выталкивающей силы поплавок 5 перемещается и через шток-толкатель 6 перемещает армированную твердой резиной стальную пластину 9 вверх, которая с учетом эластичности резиновой рифленой пластины 10, выпрямляет (уменьшает изгибы) оптоволоконный кабель 11 оптоволоконного преобразователя 8, принцип действия оптоволоконного преобразователя 8 основан на изменении мощности пропускаемого через оптоволоконный кабель 11 при давления штока-толкателя 6 через пластину 9 в плоскости изогнутого оптоволокна, в оптоволокне происходит увеличение сигнала при выпрямлении оптоволоконного кабеля 11 или затухание при уменьшении радиуса изгиба. Данный преобразователь относится к амплитудным датчикам, в котором выполняются зависимости:

 тогда , где - высота перемещения штока-толкателя,  - плотность жидкости,  - амплитуда выходного напряжения. Таким образом, плотность увеличивается, поплавок 5 поднимается вверх и воздействуя на оптоволоконный кабель 11 давлением пластины 9 выпрямляет оптоволокно, тем самым на выходе увеличивается амплитуда сигнала, пропорционально плотности жидкости и, наоборот при уменьшении плотности, амплитуда уменьшается.

Для предотвращения колебаний поплавка 5 от волнения жидкости, которое может возникнуть при каких либо ударах, толчках, колебаниях емкости 2 или под действием завихрений проходящей жидкости служат сильфоны 3 и 4, которые выполняют роль демпферов и способствуют уменьшению колебаний поплавка 5, что значительно повышает точность измерения плотности жидкости. Перед началом работы, устройство для измерения плотности жидкости, калибруют.За первоначальную точку отсчета принимается плотность жидкости равную .

Рассчитав объем и вес поплавка можно получить заданную точность измерения плотности жидкости.

В качестве оптоволоконного кабеля можно использовать многомодовое волокно с диаметром сердцевины 50 мкМ и оболочки 125 мкМ. Входные и выходные участки оптоволокна связи помещают в бронированный микрокабель, на концах участков ввода-вывода излучения оптоволокна установлены оптические разъемы.

Формула полезной модели

Устройство для измерения плотности жидкости, содержащее чувствительный элемент в виде поплавка со сквозным отверстием, и закрепленный на двух сильфонах между двумя кронштейнами, и шток-толкатель, отличающееся тем, что в данное устройство встроен оптоволоконный преобразователь перемещения, включающий в себя: опорную стальную пластину, армированную твердой резиной, рифленую из мягкой резины пластину с пазом для оптоволокна, оптоволоконный кабель датчика, уложенный в паз рифленой резиновой пластины, два оптоволоконных кабеля связи, на концах которых оптические разъемы, входной оптоволоконный кабель связи, соединенный одним концом с первым разъемом, светоизлучающий диод, выход излучения которого выполнен с возможностью соединения со вторым концом оптоволоконного кабеля, формирователь импульсов, выход которого соединен с входом светоизлучающего диода, второй кабель связи, фотоприемник, вход которого выполнен с возможностью соединения со вторым оптоволоконным кабелем связи, который соединен со вторым оптическим разъемом, усилитель сигнала, детектор сигнала, АЦП, выход фотоприемника соединен с входом усилителя сигнала, выход которого соединен с входом детектора сигнала, выход которого соединен с входом АЦП, блок обработки данных, вход которого соединен с выходом АЦП, алфавитно-цифровая индикация, вход которой соединен с выходом блока обработки данных.

Изобретение "Устройство для измерения плотности жидкости с оптоволоконным преобразователем" (Астапов Владислав Николаевич, Гашенко Юлия Валерьевна, Козлова Ирина Николаевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога