腐蚀性液体密度的测量

　　一、问题的提出

　　在为某工厂设计的自动控制系统中,酸性腐蚀性液体密度的测量是一个比较困难的问。该问题是:一个具有一定压力(约0.1MPa稳定)的密闭罐体,内部装有含盐酸的溶,密度值在1.5～2.2kg/dm3之间变化。为了保证生产的正常进行,提高产品质量,要求其密度控制在1.95～1.99kg/dm3的范围内。这既要求该传感器能够耐腐蚀(盐酸的腐蚀性较强),同时又要求有较高的测量准确度。一开始,我们考虑采用差压变送器来解决这个问题。如图1安装差压变送器,只要测出高度h,则有　

　　其中,ρ为被测液体密度;Δp为差压;g为地重力加速度。但是,经过分析,我们认为这种方法不可取。首先,因为被测液体具有腐蚀性,普通差压变送器不能长时间正常工作。若采用耐腐蚀差压变送器或用硅油作隔离液体则造成施工不方便且成本太高。其次,为了保证其测量准确度,差压变送器的准确度等级至少应达到0.1级,市面上很难买到且价格昂贵。

　　二、问题的解决

　　利用测力传感器对淹没于被测液体中的物体受到的浮力进行测量,从而间接测量液体的度。如图2,制作一个不锈钢空心球体K,测出其体积Vk,质量mk,然后如图安装于罐体中。A为压力型测力传感器,L为一根钢性连接物。A测得的力为:

　　由式(2)可以求出液体的密度。但是,实际应用中仍然存在几个问题:

　　1.浮球与测力传感器之间必须采用钢性连接,这里采用不锈钢角铁,具有一定的体积。当液面高低发生变化时,其没入的体积亦不同,会引起较大的误差。

　　2.很难保证安装时传感器的设计受力方向与浮力方向的夹角为0,从而引入误差。3.L的弹性形变(弯曲)也能导致该夹角的变化,特别是为了减小第一项误差而选用较细的连接物L时。

　　针对上述不足,我们采用拉力传感器A′来测量一个大密度物体W在液体中拉力的变化而间接测量出液体的密度,如图(3)。液体密度越大,拉力越小,反之,密度越小,拉力越大,即:

　　由于采用了拉力结构,物体与传感器之间的连接改为软连接,可采用极细的尼龙丝,有效克服了由于液面变化而引入的误差,同时,拉力向总是向下,不会产生拉力与重力方向的夹角,而引入误差。

　　三、具体设计

　　为了能够充分利用传感器的量程,设计时使重物W的密度略大于液体的最大密度,大约为2.3kg/dm3,体积为6dm3。这样,当液体密度由2.2kg/dm3变化为1.5kg/dm3时,拉力会由6N变为48N,因此,我们可以选用50N的测力传感器。经计算,传感器的准确度等级只要优于2级就可以满足要求,而实际上一般的测力传感器的准确度等级还能达到0.1级,完全可以满足要求。为了提高传感器的抗过载能力,我们选用150N、0.1级带过载保护的拉力型测力传感器。