Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
30 января 2018             

Автор: А.Н. Крапивин
 
altЭто давнее мое изобретение. Тем не менее мысли иногда возвращаются к этой работе, все-таки в свое время много сил и денег на патентование потратил. Предлагаю вашему вниманию вариант плотномера монтируемого на стенке емкости.
 
Первым делом рассмотрим, что за момент и как он рассчитывается. Выделим на вертикальной стенке прямоугольник (для простоты), напротив него разместим эпюру давления p=ρgh. В общем случае этотрапеция, представляем трапецию как сумму двух фигур, прямоугольник и наклонная часть с нулем на оси симметрии прямоугольника. В сумме они дают исходную трапецию. Прямоугольная составляющая эпюры не создает крутящего момента относительно оси симметрии (при интегрировании дает ноль) поэтому ее не учитываем. Величина y под знаком интеграла в квадрате, один раз это расстояние от оси симметрии определяющее давление на элементарной полоске, другой раз плечо элементарной силы.
 
Итоговая формула Мкр=ρgJx; где J- осевой момент инерции выделенной фигуры.
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Для еще большей убедительности повторим расчет, но уже так как это делается в гидростатике. Объем эпюры давления (равен по величине равнодействующей распределенных сил давления) умножаем на расстояние между линией приложения равнодействующей силы до оси симметрии (на плечо). В итоге получим ту же формулу.
 
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Теперь займемся вычислением численного значения крутящего момента. Задаемся размерами прямоугольника
b=100 мм,
h=150 мм,
ρ=1000 кг/м3(вода),
g=10м/с2 (для простоты).
Jx=0,000028125 м4;
Мх= 0,28125 Нм или в граммах на миллиметр Мх=28125 гр/мм.
 
Например на плече 75мм (половина h) это будет гирька весом 375 гр. – вполне ощутимая величина. Возможно, что такой результат кому-то покажется явной ошибкой, поэтому для убедительности продублируем расчет методом численного интегрирования. Разделим прямоугольник на пятнадцать равных полосок, на каждой полоске укажем результирующую силу давления (поверхность жидкости совпадает с верхней стороной прямоугольника, жидкость – вода). Найдем алгебраическую сумму моментов полосок относительно центральной оси. Нижние значения берем со знаком «+», верхние со знаком «-».
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Практически без потери точности та же величина, что и найденная выше по формуле. Ну и наконец, еще один способ наглядного представления о крутящем моменте на мембране. Рассмотрим половину тела вращения имеющего в сечении форму мембраны. В данном случае это половина цилиндра.
 
 
 
 
 
 
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Замечаем, что момент выталкивающей силы (при полном погружении полуцилиндра в жидкость вертикально плоскостью сечения) относительно оси совпадающей с осью тела вращения такой же как и подсчитанный ранее для плоской мембраны.
 
Та же формула Мкр=ρg*bh3/12
 
Осталось отметить, что крутящий момент на поворотной мембране линейно зависит от плотности , поскольку остальные величины входящие в формулу постоянные. Теперь о конструкции мембранного блока. Основная его деталь металлическая пластина из пружинной стали с вырезом поворотной части.
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Вырез сделан не выпадающим, то есть отпадает необходимость в совмещении поворотной и неподвижных частей. Основная часть выреза образована одиночным ходом луча (ширина реза не лимитирует), а для входа-выхода лазерного луча предусмотрены продолговатые отверстия в местах образования перемычек. Во время патентования лазерная резка еще не была так широко распространена как сейчас, соответственно и не могло в то время прийти в голову такое решение. На перемычках как в местах наибольших напряжений (упругих деформаций кручения) наклеиваются тензорезисторы. Для разгрузки от внешнего давления к неподвижной части прикрепляется (сваркой, пайкой, клеем, механически), жесткая пластина ребром на оси поворота. Внешняя часть пластины (обращенная в емкость) заклеивается пленкой или резиной. Все это крепится к стенке емкости на жесткую рамку.
 
 
Плотномер. Измерение плотности жидкостей по крутящему моменту на мембране (пластине)
Вот вкратце такое описание. Упор делал на величине крутящего момента, обычно в этом месте наталкиваешься на непонимание и затык (да какой там момент?! Да если он и есть, то ничтожно мал!), надеюсь все-таки убедил, что есть и что не мал. Более простого принципа действия, по моему мнению вряд ли придумаешь, контактирование с измеряемой средой только через пленку, предполагаю что он будет нечувствителен к загрязнениям в отличии от ныне широко распространенных вибрационных плотномеров.
 
 
 
P.S. В чем смысл публикации? Если кто-то, когда-то и где-то изобретет все это заново, что на мой взгляд неизбежно, я со своими трудами окажусь не при делах, обидно!

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru