Универсальный прецизионный плотномер жидких сред

Название	Универсальный прецизионный плотномер жидких сред
Разработчик (Авторы)	Осипов Н.Е., Осипов А.Н., Тимохин А.А., Осипов М.А., Тимохина И.Н.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2663551
Дата регистрации	07.08.2018
Правообладатель	Осипов Николай Егорович
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для измерения плотности любых жидких сред, в том числе и химически активных, в широком диапазоне температур.

Известны различные методы измерения плотности жидкости. Их можно разделить на две основные группы - косвенные и прямые. Косвенные методы определения плотности являются трудоемкими и менее точными, чем прямые (Перышкин А.В. Учебник по физике за 7 класс. Издание: 2-е изд. - М.: Дрофа, 2013 г, § 51 Архимедова сила).

Известны плотномеры - патент на полезную модель RU 43647 U1, включающий тарировочный поплавок, погруженный в жидкость, и жестко закрепленные пружинные весы, где тарировочный поплавок установлен с возможностью взаимодействия с пружиной весов через равноплечий рычаг.

Недостатком этого устройства является его громоздкость и низкая точность при измерениях.

Известен плотномер - патент ER 1161667 (A1) - 2001-12-12, который включает весоизмерительное устройство и вертикальные ползуны для перемещения измерительного устройства и погружения его в исследуемую жидкость, содержащуюся в сосуде.

К недостаткам этого плотномера можно также отнести громоздкость и сложность конструкции, сложность процесса замера, недостаточно высокую точность измерения.

Известны гидростатические плотномеры DenDi, у которых на тензометрической балке измеряют массу твердого тела в воздухе, а затем в жидкости, плотность которой необходимо найти. Определив массу твердого тела в разных средах, данный плотномер при помощи алгоритма определяет плотность исследуемой жидкости.

Электронный плотномер DenDi компании-производителя LEMIS Baltic является по технической сущности наиболее близким прототипом предлагаемого устройства.

(http://chemtest.com.ua/laboratornyj_plotnomer_dendi)

Принцип действия DenDi основан на измерении выталкивающей силы жидкости. Чувствительный элемент измеряет выталкивающую силу полностью погруженного в исследуемую жидкость поплавка плотномера, направленную снизу вверх. Полученная информация преобразуется в цифровую форму и обрабатывается микропроцессором. Результаты измерений выводятся на жидкокристаллический цифровой дисплей в виде значений плотности.

Недостатком плотномера DenDi компании-производителя LEMIS Baltic является то, что для проведения измерений плотности жидкости используется косвенный метод, который является менее точным, требуется большое количество исследуемой жидкости, а также требуются специальные приспособления, дорогостоящие микропроцессоры и необходимость регулярного проведения тарировки прибора.

Техническим результатом предлагаемого универсального прецизионного плотномера жидких сред является возможность прямого измерения плотности любой жидкости (жидкой среды) прямым способом непосредственно в г /см³ на высокоточных весах с меньшей затратой времени, с большей точностью, при малом количестве исследуемой жидкости (не более 15…20 см³) и в широком диапазоне температур путем быстрой и легкой замены сосудов с исследуемой жидкостью, нагретой до заданной температуры. Точность измерения плотности жидкости находится в прямой зависимости от класса используемых при измерении весов (аналитических, технических, фармацевтических и др.), от класса точности калиброванного шарика объемом один кубический сантиметр и может находиться в пределах от 0,01 г/см³ до 0,00001 г/см³. Причем необходимость проведения каких-либо тарировок отсутствует независимо от типа исследуемой жидкости (жидкой среды), так как применяемые для измерений заведомо сертифицированные (поверенные) весы показывают истинное (реальное) значение выталкивающей силы любой жидкости (жидкой среды) непосредственно в граммах (ньютонах), а объем вытесненной жидкости постоянен и равен объему калиброванного шарика в один кубический сантиметр.

Конкретные преимущества и полезность предлагаемого плотномера видны также в том, что у учебных, научно-исследовательских и технологических лабораторий предприятий всех отраслей, отпадает необходимость в приобретении многообразия плотномеров (ариометров, лактометров и т.д.) для различных типов жидкостей. Достаточно иметь в лаборатории аналитические, технические электронные или другие точные весы и калиброванный шарик, предложенный Осиповым Н.Е.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый плотномер, рис. 1, включает высокоточные весы 1, легкий прозрачный (пластиковый, стеклянный) сосуд 2 диаметром 20…25 мм и высотой 35…40 мм, наполненный исследуемой жидкостью в объеме 15…20 см³ и установленный на чаше весов 3, а в исследуемую жидкость на тонкой нити без касания стенок и дна сосуда полностью погружен калиброванный шарик 4 объемом один кубический сантиметр, изготовленный из сплошного коррозиестойкого материала с удельным весом более чем удельный вес исследуемой жидкой среды.

Схема сил, действующих на чашу весов и на калиброванный шарик, дана на рис. 1, откуда видно, что действующие на шарик и на чашу весов силы описываются следующим уравнением:

где G - вес калиброванного шарика;

Р_Н - сила натяжения нити;

G_Ж - вес сосуда и исследуемой жидкости;

Р_А - сила Архимеда;

Р_вес - реакция чаши весов;

R_А - реакция силы Архимеда.

Учитывая, что при замерах величины Ра включается режим для весов «без учета веса тары» и G_Ж=R_вес (весы обнуляются), уравнение запишется следующим образом:

или R_А=P_Н+P_А-G, где R_А=P_А;

или Р_Н=G+R_А-P_А.

Принцип работы предлагаемого устройства и процесс измерения плотности исследуемой жидкости происходит следующим образом:

1. В зависимости от заданной (необходимой) точности измерения плотности жидкости выбираются сертифицированные весы (аналитические, технические электронные и т.д. с точностью измерения от 0.01 г до 0.00001 г), рис. 2.

2. Легкий пластиковый (стеклянный) сосуд диаметром 20…25 мм и высотой 35…40 мм, наполненный исследуемой жидкостью объемом 15…20 см³, устанавливается на чащу весов и показания весов обнуляются (положение без учета веса тары), рис. 2.

3. Калиброванный шарик, объем которого равен одному см³ и закрепленный на тонкой нити, полностью погружается в жидкость без возможности соприкосновения его со стенками и дном сосуда, рис. 3.

4. После стабилизации показаний весов (1…2 сек) производится их запись, которая фиксирует величину реакции выталкивающей силы Архимеда в граммах и, соответственно, определяется прямым методом без каких-либо промежуточных расчетов плотность исследуемой жидкости в г/см³, так как сила Архимеда равна весу вытесненной шариком жидкости в объеме, равном один см³, рис. 3.

Формула изобретения

Универсальный прецизионный плотномер жидких сред, содержащий весы и сосуд с исследуемой жидкостью, отличающийся тем, что включает легкий прозрачный сосуд диаметром 20…25 мм и высотой 35…40 мм, наполненный исследуемой жидкостью в объеме 15…20 см³ и установленный на чаше высокоточных весов, а в исследуемую жидкость на тонкой нити без касания стенок и дна сосуда полностью погружен калиброванный шарик объемом один кубический сантиметр, изготовленный из сплошного коррозиестойкого материала с удельным весом более, чем удельный вес исследуемой жидкой среды.

Изобретение " Универсальный прецизионный плотномер жидких сред" (Осипов Н.Е., Осипов А.Н., Тимохин А.А., Осипов М.А., Тимохина И.Н.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога