2. Весовые плотномеры

Для весового метода характерны независимость показаний от свойств среды (поверхностное натяжение, вязкость, наличие твердых частиц и др.) и параметров контролируемого потока (скорость движения через чувствительный элемент, давление, пульсация расхода и давления и др.). На рис. 3 дана принципиальная схема весового плотномера с электрическим силовым преобразователем. Плотномер состоит из чувствительного элемента 1 в виде горизонтальной петлеобразной трубы, закрепленной с одного конца в опоре 4, выполненной на двух подшипниках качения. Труба имеет два гибких сильфонных перехода для подвода и отвода жидкости.

Перемещение центра тяжести трубы (точка х) в вертикальной плоскости индикатор рассогласования 5 преобразует в электрический сигнал, который, в свою очередь, преобразуется в компенсационное усилие обратной связи F₀, приложенное к рычагу 8 (точка х₂).

Рис. 3. Принципиальная схема весового плотномера с электрическим силовым преобразователем: 1 — петлеобразная труба, 2 — ленточная опора; 3 — рычажный механизм для уравновешивания подвижной системы датчика; 4 — опора на подшипниках качения; 5 — индикатор рассогласования; 6 — опорная призма; 7 — опора; S — рычаг; 9 — гидравлический демпфер

В точке х действует сила

где — сила тяжести пустой трубы; — сила тяжести жидкости в трубе при минимальной плотности; — изменение силы тяжести контролируемой жидкости в трубе; — приведенная к точке х сила тяжести груза.

Условие равновесия системы относительно положения опорной призмы 6 (точка х₂) без учета упругих элементов определяется выражением

(3)

где а — расстояние от опоры 7 до точки х₁; b — расстояние от центра подвижной катушки электрического силового преобразователя до центра 7; G₀ — изменение компенсационного усилия, создаваемого преобразователем.

При (настройка начала шкалы) выражение (3) примет вид

(4)

Изменение силы тяжести жидкости в трубе

где d — внутренний диаметр трубы; R — радиус изгиба трубы; — начальное значение плотности жидкости; — текущее значение плотности жидкости. Компенсационное усилие

где D_cp — средний диаметр подвижной катушки преобразователя; w — число витков катушки; В — магнитная индукция в воздушном зазоре преобразователя; I_вых — сила выходного тока катушки.

Выходной ток I_вых создает на постоянном резисторе падение напряжения, пропорциональное измеряемой плотности жидкости и регистрируемое вторичным прибором (электронный автоматический потенциометр) . Диапазон измерения плотности 1—2,5 г/см³, диапазон изменения температуры жидкости 5 - 80 °С.

В качестве примера на рис. 4 показан весовой плотномер с пневматическим преобразователем.

Рис. 4. Схема весового плотномера с пневматическим преобразователем

Исследуемая жидкость поступает в прибор по трубе 1 и выходит по трубе 2. Входная и выходная трубы гибкими резиновыми патрубками или металлическими сильфонами 3 соединены с петлеобразной трубой 5. Для чистки петли предусмотрено съемное колено 6. Петлеобразная труба укреплена в вилке, которая может свободно поворачиваться на оси скобы 4. Тягой 7 петля соединена с рычагом 9, который поворачивается на оси 10. На правом плече рычага помещены противовес 11 (уравновешивающий систему, когда петля заполнена жидкостью с начальной плотностью) и тяга 13, связанная с сильфоном обратной связи 12 пневматического преобразователя.

При увеличении плотности возрастает масса петли, рычаг 9 поворачивается против часовой стрелки, зазор между соплом 14 и заслонкой 15 уменьшается, давление воздуха, поступающего по трубке 16, в преобразователе увеличивается, сильфон растягивается и, воздействуя на тягу 13, опускает правый конец рычага до тех пор, пока не восстановится его равновесное положение. Ход рычага ограничен упорами 8. Пределы измерения регулируют дополнительными грузами, навешиваемыми на надрезы а. Давление воздуха в сильфоне, изменяющееся пропорционально изменению плотности жидкости, измеряется вторичным прибором, шкала которого отградуирована в единицах плотности. Прибор измеряет плотность при фактической температуре жидкости, заполняющей в данный момент петлеобразную трубу.