專利名稱：測力式密度儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量液體密度的裝置。
現今人們對密度的測量經常采用差壓法。《化工自動化及儀表》第15卷、第1期登載了利用差壓變送器獲知液體比重的幾種方法的比較及實例。文中描述的方法所采用的原理是液面高度差一定時，兩液面間的壓力差與被測液體的密度成正比關系，通過測量壓差獲知被測液體的密度。此類裝置需設置溢流部件，采用電－氣轉換裝置時，需要氣源，控制作用慢，滯后較大，此外，裝置成本高，且比較復雜，安裝、維修、標定較麻煩，液體中有氣泡或被測液的流動特性亦影響測量精度，量程或測量范圍的改變較難，動態場合難以校零，從采用的方法而言，適用范圍窄，實現較高精度似乎是困難的。
中國實用新型專利CN2030720U公開的一種數字式液體比重計，其結構是將套有銅套的密封筒做為浮子放置于一個上半部附有銅套的圓柱形有機玻璃容器內，兩銅套分別做為電容器的動片和定片，通過被測液體對浮子浮力的變化使浮子移動來改變電容，由此獲知比重參數，此種比重計結構簡單，但銅套和有機玻璃的耐腐蝕性能限制了其使用范圍，采用電容片時，電容片間距過大，精度難以保證，間距過小易被液體中的雜質卡住，加之液體中的雜質易沉積于圓筒底部，影響使用的可靠性。又由于此種比重計的浮子浮于液體表面，故浮子受液體流動或波動影響較大，亦影響精度。此外，動態場合亦無法校零。
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種適用場合廣闊，結構簡單緊湊，安裝、維修、制造容易，動、靜態場合均可達到較高測量精度，并能實現全量程測量的測力式密度儀。
本實用新型是根據阿基米德定律中液體密度與浮力成正比的原理設計的。其具體方案是一種測力式密度儀，包括有力或稱重傳感器在內的傳感系統和處理顯示系統，其特殊之處在于在拉力傳感器上吊接有可置于被測液體中，并可通過配重改變本身重量的沉體，傳感器可采用各種力或稱重傳感器，沉體與傳感器之間有一個彈性系數適宜的彈簧，彈簧下方裝設了一個口朝下可起液封作用的液封碗，通過液封碗中心在碗蓋上垂直固定了一根細軸。一個短管穿過細軸插進碗內被固定在液封碗的下方水平放置的法蘭蓋上，細軸穿過不妨礙其運動的短管通過連接絲與沉體相連，液封碗在被測液體密度處于量程下限后或無液體時，可被沉體拉至搭到短管端面上，采用這種結構可防止傳感器的過載和彈簧的損壞，由此可選用小量程傳感器使密度測量范圍對應傳感器的量程，從而提高了此密度儀的精度。液封碗與短管之間設置了防止彈簧旋轉但不影響測量的定位機構。固定傳感器的板上有一調節液封碗與短管軸向間隙或同時也可調節傳感器位置的螺絲，用于調節傳感器的過載限，此螺絲上端為棱形，便于用搬手調節，彈簧上端通過連續繩與杠桿機構的一端相連，杠桿另一端，套入了一個可沿桿滑動的平衡塊，用螺栓固定到杠桿上，在不測量時，它可產生作用力矩通過杠桿機構將彈簧提至傳感器不受力的位置，以延長傳感器壽命，此時，沉體拉伸彈簧的力達到或超過傳感器量程時，液封碗蓋搭到短管上，在平衡塊上方可設有能吸引平衡塊的電磁鐵，用電磁鐵時，平衡塊用導磁性良好的材料制成，也可不設電磁鐵，而在下方設置充氣式波紋軟管或設置電致、磁致伸縮元件控制平衡塊運動。固定杠桿用的吊桿設計成可限制杠桿上、下旋轉角度的結構，以降低沖擊力，短管固定在法蘭蓋上并通過法蘭蓋，此法蘭蓋上通過法蘭固定一帶有上蓋的管子，管子上蓋上開設了錐銷孔，此孔可用來倒入實現液封的液體，可用銷子將此孔封死用于內壓容器的場合，也可另連一管口朝下的管(如U形管)后通大氣，管口朝下可減少雜物的進入，法蘭蓋、管子、短管和液封碗在通過錐銷孔倒入液體后形成的液封利于測量裝置防腐、防爆，并可隔絕溫度較高的氣相介質對測量裝置的作用和減少溫度波動對測量的影響，用于內壓容器時，錐銷孔應封死。
沉體外形可為球狀，利于耐高壓，也可采用上部為錐形封頭蓋，下部為桶狀的結構，以利于制造，采用錐形狀可避免被測液中的雜質在沉體上沉積而影響測量，沉體內部為空腔，可根據需要設置砝碼和配重塊，以適用于不同的密度場合，材料可用玻璃或金屬，采用金屬時，可噴、涂、鍍防腐層。
法蘭蓋下方可通過法蘭固定一個緩沖管，將沉體包于內部并不與沉體接觸，緩沖管下部可設漏斗狀的蓋，也可使管子長些而不設此蓋，蓋下部中心開有節流孔，孔徑大小以保證雜質能排出，緩沖管兩側的沉體附近開對流孔，使緩沖管內、外介質及時對流，緩沖管下漏斗狀的蓋最好設計成能使雜質和沉淀物能順利排出的錐度，緩沖管上部開有通氣孔，當容器較長而不希望用較長的緩沖管時，可用鋼筋連接一個能將沉體包于內部且不與沉體接觸的擋液屏，此屏上部為平蓋，也可制成錐形，中間為直管下部為前述的漏斗狀蓋。
平衡塊上方的電磁鐵或下方的電致或磁致伸縮元件或充氣式波紋軟管不動作時，平衡塊通過重力將彈簧提至傳感器不受力的位置，此時即可校零，校零可由處理系統自行進行。電磁鐵通電后，平衡塊被吸上，傳感器受與浮力成反比的拉力，即可進行測量。平衡塊上升時，沉體下降的沖力被彈簧減緩，其最大沖力值被液封碗和液封管的軸向間隙所限制。即防止了平衡塊運動引起的傳感系統的沖擊過載。此過程也可通過控制平衡塊下方的充氣式波紋軟管或電致，磁致伸縮元件的動作來實現。
本實用新型所采用的金屬元件為實現經久耐用，可噴、涂、鍍上防腐層。
本實用新型具有如下特點1.結構簡單、緊湊、系統元件選配靈活，如可利用原有測溫裝置，精度要求低時可不設校零、緩沖部分、安裝、制造、維修容易，成本低。
2.所采用的元件已相當成熟、易得、易被推廣和方便用戶維修、選用。
3.用于動態場合時可對測量裝置校零，且使傳感器量程對應于密度測量范圍，從而大大提高了精度，保證了生產過程液體密度的穩定性。
4.靈敏度、測量范圍可通過增減沉體內部的配重砝碼及增減沉體體積(如變更沉體數量)而任意調節，以適應不同的測量范圍和量程，并滿足了獲取最小示值誤差的需要。
5.測量幾乎與生產過程同步進行，滯后小，因而縮短了生產時間，提高效率和產品質量，節省能源和降低原材料的消耗。
6.裝置選配的靈活性減少了因場合等不同而增加零部件的種類、規格。
7.解決了國內目前此種適用儀表的缺乏問題，替代進口和出口創匯及標定低檔的同類產品。
附圖的說明
圖1為本實用新型的結構示意圖圖2為本實用新型沉體的另一種結構圖圖3為擋液屏的結構和安裝示意圖圖4為測量分析與控制系統方框圖
以下結合附圖做進一步說明參照圖1，一個力或稱重傳感器(4)被緊固件(39)(圖中未劃出)固定在固定板(3)上，傳感器可為電阻應變式，電感應變式，振弦式.....，通過連接絲(5)與彈簧(6)的上端相連，彈簧下端與其上固定有液封碗(8)的細軸(7)相連，液封碗上的筒力求薄，細軸穿過短管(10)的芯部與沉體(12)用連接絲(11)相連，細軸(7)比短管(10)內徑細，以防止兩者接觸，為便于裝卸，細軸(7)始終保持長出短管(10)，沉體(12)內部為空腔，可通過沉體上的螺栓孔增減砝碼或配重(18)來滿足不同場合的需要，增減配重或砝碼后，用螺栓(16)，密封墊(17)進行封閉。在短管(10)與密封碗(8)之間設有防止彈簧旋轉的定位片(19)和(20)，也可將定位片(19)和(20)分別設在液封碗外表面和法蘭蓋(9)上。定位片豎直安裝，不妨礙傳感系統的上、下運動，無校零機構時可不要此定位機構，短管(10)插到法蘭蓋(9)的中心通孔上固定，可采用焊接或螺紋聯接。欲減緩被測液體(49)對沉體(12)的沖擊和波動，可用緩沖管(13)將沉體屏蔽，緩沖管可通過其上與之相連的法蘭(23)與法蘭蓋(9)，法蘭(25)用螺栓(22)，螺母(27)，墊片(26)一并固定，緩沖管上部開有一通氣孔(48)，以使液位變化時管內不弊壓，避免沖開液封，位于沉體附近的緩沖管上開對流孔(51)，緩沖管內接近沉體的部位按放溫度傳感器(14)，必要時，緩沖管下部可設置與管子固定連接的錐形封頭狀(或稱漏斗狀)下蓋(15)，其內表面的斜度取沉淀物能順利滑下的角度，下部設有一排渣孔，此孔力求小，法蘭蓋(9)上有一排液孔，用于檢修時放出內部用來液封的液體，充液封介質前，用螺栓(21)加密封墊(圖中未劃出)后封死。管子上蓋(1)被固定在管子(2)上，管子(2)與法蘭(25)固定法蘭(25)與法蘭蓋(9)之間加密封墊(24)用螺栓(22)，墊片(26)，螺母(27)固定，按緩沖管時，可同時固定緩沖管，加密封墊(24)用于防止液封介質的滲漏，也可同時加石棉墊蓋在法蘭蓋上隔熱，液封介質(50)可采用機油，變壓器油等較穩定的液體。管子上蓋(1)固定到管子(2)上，其上有一錐銷孔用于充裝液封介質，通過銷子(44)可將此孔封死或連接一口朝下的U形管(45)后通大氣，在管子上蓋(1)中心，還開有螺栓，孔通過旋轉其上的螺絲(41)來調節液封碗蓋與短管的軸向間距，防止傳感器過載，此螺絲用螺母(42)背緊，中間可加彈簧墊(43)防止松動，管子上蓋(1)的上部還可設吊耳(40)用于裝卸，安裝方式可采用將法蘭蓋(9)或法蘭(23)坐于容器上方的法蘭上或坐于容器內的固定架上用螺栓(22)、螺母(27)、墊片(26)固定，在上蓋(1)的下表面，固定有吊桿(38)，吊桿的下端與杠桿(32)通過軸(34)鉸接，杠桿的旋轉角度被吊桿(38)上裝設杠桿(32)的槽所限制，杠桿的右端通過連接繩(5)與彈簧上端相連，左端裝有可水平滑動改變力矩的平衡塊(33)，力矩調好后，用螺栓(31)固定在杠桿上。平衡塊(33)上方，通過與管子上蓋(1)相連的吊桿(37)上，裝設用鉸接軸(35)固定的電磁鐵(36)，吊杠(37)上，開有豎向長條孔，用于電磁鐵鉸接軸(34)可沿吊桿(37)上、下定位，以調整平衡塊行程，使行程小減小沖擊。當不用電磁鐵時，可在管子(2)上固定一平板(29)，其上固定一電致或磁致伸縮元件或充氣式波紋軟管(30)，靠其動作控制平衡塊移動來實現測量和校零的要求，電致或磁致伸縮元件也可固定于電磁鐵處與平衡塊相連，采用充氣式波紋軟管(30)時，需用管子(28)向波紋軟管內導入或排出氣體，在緩沖管(13)上靠近沉體(12)的部位，可固定有與處理顯示系統相連的溫度傳感器(14)，不采用緩沖管時，可用鋼筋等件將溫度傳感器固定于沉體(12)附近。
沉體外表面最好進行防腐處理。
通常最好采用前述的液封來提高防腐、防爆性能，并提高溫度使用范圍，隔絕被測液氣相與傳感器接觸。
圖1所述實施例的工作過程是將沉體的體積和彈簧至沉體的所有相連件的重量輸入處理顯示系統，沉體置于被測液體中，開機后，測量裝置自行校零，校零后，電磁鐵或充氣式波紋軟管或電致，磁致伸縮元件動作將平衡塊提至對傳感系統無作用后停止。此時，液體對沉體的浮力通過傳感器轉換成電信號輸至處理置示系統，變為密度值顯示出來，密度變化時，浮力相應變化，同樣的過程顯示出新的密度值，校零可定時進行，也可加由單片機相連的驅動裝置控制或外加手工干涉的方式進行，不工作時使平衡塊的重力矩大于傳感系統的力矩來保證傳感器不受力，密度測量范圍或大小改變時，可改變沉體內部配重或體積或不僅用一個沉體。此時，將輸入單片機的體積、重量參數做一變動即可。
此系統尚可配驅動裝置用于生產過程的控制及測量，校零的自動控制，也可加大沉體體積用于實驗，科研部門的精密測量。
精度要求不高時，可不設緩沖管或圖3所示的擋液屏。
由于液體密度、水文要素等物理量與密度關系密切，可將兩者關系輸入處理顯示系統，使密度值通過溫度補償轉換為我們所需的濃度等參數。溫度傳感器(14)可將溫度值輸入處理顯示系統，對所需的參數進行補償，亦可對沉體體積的熱脹冷縮進行補償，測溫元件同時可用來測溫和控制液體溫度。
參照圖2，圖2為沉體的另一種結構圖，(12－1)為圓錐形封頭狀的上蓋，其錐度取雜質、沉淀能沿其外表面順利滑落的角度，(12－2)為圓形管子，(12－3)為平形蓋，三者可用焊接方式連接，此種結構易于制造。
參照圖3，當容器較長或某些場合不希望采用緩沖管結構且又想減緩液體沖擊影響時，可采用圖3所示的結構，此文稱為擋液屏，圖中(46)為可拆卸式安裝的上蓋，(47)為鋼筋，可固定于其上的法蘭蓋處，鋼筋與擋液屏固定連接。
權利要求1.一種測力式密度儀，包括力或稱重傳感器(4)和沉體(12)在內的傳感系統和處理顯示系統，其特征在于傳感器(4)與沉體(12)是用連接絲(5)連接起來的。
2.根據權利要求1所述的測力式密度儀，其特征在于傳感器(4)與沉體(12)之間設置了液封碗(8)和短管(10)，傳感器(4)與液封碗(8)之間可設置彈簧(6)。
3.根據權利要求1所述的測力式密度儀，其特征在于沉體(12)內部為空腔，可通過增減內部的配重或砝碼(18)改變重量，沉體(12)的上蓋(12－1)為倒漏斗形狀。
4.根據權利要求2所述的測力式密度儀，其特征在于彈簧(6)或吊桿(7)上部還通過連接絲(5)與杠桿(32)相連，杠桿(32)另一端連有一平衡塊(33)，平衡塊上方設有電磁鐵(37)或在下方設置波紋軟管(30)或在下方設置能使平衡塊(33)升降運動的電致、磁致伸縮元件(30)。
5.根據權利要求1所述的測力式密度儀，其特征在于所述的處理顯示系統內有一個自動校零裝置。
6.根據權利要求1，3所述的測力式密度儀，其特征在于沉體(12)可用緩沖管(13)或圖三結構的擋液屏罩起，緩沖管或擋液屏上開有通氣孔(48)和接近沉體的位置開對流孔(51)，采用圖三結構或在緩沖管(13)下連接漏斗狀下蓋(15)時，其下蓋內表面為倒錐形，底部開有排渣孔。
7.根據權利要求1所述的測力式密度儀，其特征在于所述的各元件表面可噴涂鍍防腐層。
8.根據權利要求1，2所述的測力式密度儀，其特征在于沉體(12)附近可吊接一個溫度傳感器(14)。
9.根據權利要求6所述的測力式密度儀，其特征在于緩沖管(13)或擋液屏的內表面靠近沉體(12)的部位，可設有溫度傳感器(14)。
10.根據權利要求2所述的測力式密度儀，其特征在于液封碗(8)與短管(10)之間設有防止旋轉的定位片(19)、(20)。
專利摘要本實用新型涉及一種測力式密度儀，其主要特征是浸沒于被測液體中的沉體吊在力傳感器下，沉體的重力和浮力之差作用于傳感器變為電信號輸至處理顯示系統，依浮力與密度的關系顯示密度值，裝置中還設有液封保護機構和利用此機構的限位作用防止傳感器過載，還設置了杠桿、平衡塊和能使平衡塊上、下移動的零件構成動態場合的校零機構及溫度補償裝置，所采用的沉體可加減配重使傳感器量程對應密度測量量程，本實用新型結構簡單、緊湊、安裝制造容易，成本低。
文檔編號G01N9/08GK2063641SQ89221128
公開日1990年10月10日 申請日期1989年12月13日 優先權日1989年12月13日
發明者王嘉賢 申請人:王嘉賢