技术领域
[0001] 本实用新型属于密度检测技术领域，涉及一种
氧化
铝生产过程中用到的在
线密度仪。
背景技术
[0002] 在氧化铝连续生产过程中，铝土矿、石灰、铝酸钠溶液按一定的比例配制出化学成分、物理性能都符合要求的原矿浆，再经高压溶出，将铝土矿中的氧化铝
水合物溶解成铝酸钠溶液，此时的铝酸钠溶液含有大量的赤泥，经过洗涤稀释和沉降分离，得到了便于分解的铝酸钠溶液，将此时的铝酸钠溶液降温并加入氢氧化铝作晶种进行搅拌，析出氢氧化铝，同时对循环母液进行
蒸发，平衡氧化铝生产过程中的水量和排出杂质盐类。
[0003] 在上述连续生产过程中，铝酸钠溶液的密度至关重要，首先铝土矿的配置以及原矿的磨制将直接影响到铝酸钠溶液的密度，同时铝酸钠溶液的密度对晶种分解、循环母液的蒸发直至最后氧化铝成品的
质量都起到了决定性的作用，因此对氧化铝生产过程中各个工序的铝酸钠溶液密度的实时检测并根据检测数据指导各工序之间的协调生产显得尤为重要，它是决定氧化铝生产质量和产量的关键指标之一。
[0004] 目前，国内外没有相关在线检测密度的仪器设备，采用的都是人工取样，并进行化验室分析，即通过量杯量取和天平称重的方法，得出溶液的密度，此种方法由于加入了人为因素，误差在所难免，另外从现场取样到化验室分析，需要经历一定的过程，严重影响了时效性，得出的数据不能实时、精确、有效地反映氧化铝生产过程的变化，影响了氧化铝产量和质量的提高，对生产安全带来极大隐患，而我们研发的在线密度仪正是解决了上述种种问题，实现了免人工维护和实时在线测量，并通过高
精度的电气模
块，使测得数据精准。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种在线密度仪，以解决现有液体密度检测设备精确度低、时效性差的问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型一种在线密度仪，包括拉
力测量装置和两个表面积相同而质量、体积都不相同的浮筒，该两个浮筒分别通过拉绳向拉力测量装置施加拉力，拉力测量装置与重量变送器电连接，该重量变送器上设置有用于与上位机通讯的
接口。
[0007] 进一步的，所述两浮筒分别通过拉绳连接于两相同的搅线
滑轮接线端，且两搅线滑轮分别与拉力测量装置硬连接。
[0008] 进一步的，所述拉力测量装置包括一固定杆，该杆两端各设有一个称重
传感器，所述两个浮筒分别与两称重传感器对应设置向称重传感器施加拉力。
[0009] 进一步的，所述拉力测量装置包括一杠杆和一个称重传感器，杠杆的两端分别设置一个浮筒和称重传感器，另一浮筒吊设于所述称重传感器，该称重传感器用于测量两浮筒对称重传感器施加的拉力差值。
[0010] 进一步的，所述杠杆两端分别设有等同的凸台，所述称重传感器与杠杆凸台通过
螺栓硬连接；称重传感器、杠杆与拉绳通过螺帽连接。
[0011] 进一步的，所述杠杆的
支点通过支杆固设于一
支撑架上，所述重量变送器设于该支撑架上。
[0012] 进一步的，所述杠杆的支点到两浮筒的间距相同。
[0013] 本实用新型的在线密度仪采用两个表面积相同而质量、体积不等的双浮筒分别对拉力测量装置施加拉力，拉力测量装置将拉力的力
信号转换成
电压信号传至重量变送器，重量变送器将电压信号转换成标准的
电流信号，并通过
电缆远传至上位机，上位机将电流信号转换成密度值，这种采用高精度的拉力测量装置对浮筒进行受力检测，使测得数据更加精确，采用双浮筒方法，有效地避免了因浮筒表面
结垢对数据的影响，减小了误差，提高了精度；实时地对液体进行测量并远程传输提高了时效性。
[0014] 采用搅线滑轮更加方便浮筒的收放线。
[0015] 采用两个称重传感器分别测量浮筒对其施加的拉力，确保了测量拉力的精确度，所需拉力测量装置简单、易实现。
[0016] 采用一个称重传感器并配合杠杆测量拉力，使杠杆的两杠杆臂等同使计算更加便捷、精确度高。
附图说明
[0017] 图1是第一浮筒的受力分析图；
[0018] 图2是第二浮筒的受力分析图；
[0019] 图3是在线密度仪的结构示意图；
[0020] 图4是
实施例一的在线密度仪结构示意图；
[0021] 图5是实施例二的在线密度仪结构示意图；
[0022] 图6是图5的俯视图。
具体实施方式
[0023] 原理简介
[0024] 根据阿基米德
浮力定律：物体在液体中减轻的重量（所受的浮力），等于排去液体的重量。由此，我们在溶液中放置一个物体，并通过称重传感器检测出物体在溶液中时的受力情况，得出物体所受浮力的大小，根据公式 ，可以得出液体的密度，在上述理论中，我们是假设放入溶液中的物体质量和体积都不变的情况下得出的结论，而在氧化铝的生产过程中，由于我国铝土矿高铝、高
硅、高
铁的特点，致使放入溶液中的物体表面极易结垢，这将使物体的体积和质量随着时间的推移发生变化，并且此变化对于数据要求比较精确的密度值来说不可忽略，这样就无法得出精确的密度值，根据此种情况，采用了双浮力的办法来解决这一难题。
[0025] 根据经验可知，当物体放入溶液中时，其表面的结垢情况只与物体的表面积有关系，而与其质量和体积无关，根据此种特点我们制作两个表面积相同而质量和体积都不同的浮筒，并将两个浮筒同时放入溶液中的同一区域中，这样，两个浮球的表面结垢情况就基本相同，在此，设两个浮筒为第一、第二浮筒，它们的质量分别为m1、m2,体积分别为V1、V2，重力分别为G1、G2，两个浮筒表面所结垢受的重力为 ，所受的浮力为 ，并对两个浮球进行受力分析，如图1、2所示：
[0026] F1+f1+ = +G1 ①
[0027] F2+f2+ = +G2 ②
[0028] ③
[0029] 根据以上三式并将①式与②相减，可得④式
[0030] F1-F2+ g（V1-V2）=G1-G2 ④
[0031] 由式④可得出： ⑤
[0032] 在上式中，F1，F2分别为两个浮筒对称重传感器施加的力即称重传感器对两个浮筒的拉力，F1-F2可由称重传感器测得，G1、G2、g、V1、V2可根据已知数据计算得到。
[0033] 由此，我们就可以根据称重传感器测得的两个浮筒拉力差求得溶液密度值，解决了当溶液中存在结垢情况时溶液密度的检测精度低的问题。
[0034] 如图3所示的在线密度仪，两个表面积相同而质量、体积均不等的浮筒21分别通过拉绳向拉力测量装置22施加拉力，拉力测量装置22与重量变送器26电连接，该重量变送器26上设置有用于与上位机通讯的接口。
[0035] 实施例一：使用两个称重传感器的在线密度仪
[0036] 如图4所示的在线密度仪，该在线密度仪中的拉力测量装置包括一固定杆14，该杆14两端分别设置相同的凸台，杆14两端各设有一个称重传感器15，两个浮筒分别与两称重传感器15对应设置向称重传感器施加拉力；为方便浮筒的升降，两浮筒分别通过拉绳连接于两相同的搅线滑轮13接线端，且两搅线滑轮13分别与拉力测量装置中杆14的凸台硬连接即螺接。
[0037] 实施例二：使用杠杆的在线密度仪
[0038] 如图5、6所示的在线密度仪包括两个表面积相同而质量和体积都不相同的浮筒，分别设为第一浮筒11、第二浮筒12，其中第二浮筒12通过拉绳吊设于杠杆4的一端，杠杆4另一端与称重传感器5相连，该称重传感器5的下方通过拉绳吊连第一浮筒11，杠杆4的支点8和称重传感器5分别通过支杆7固设于一支撑架2上，支点8到两浮筒的间距相等，这样便于计算；支撑架2上还设置有重量变送器6，该重量变送器6与称重传感器5电连接，重量变送器6上设置有用于与上位机通讯的接口。两个浮筒均为中间为柱体两头为椎体的形状。
[0039] 为了使两拉绳长度的调节更加灵活，两浮筒分别通过拉绳连接于两相同的搅线滑轮3接线端，且两搅线滑轮分别与杠杆4一端和称重传感器5通过
连杆硬连接。硬连接是相对于拉绳等柔性长度可变的连接而言的，比如连杆、
支架等固定连接。杠杆4两端分别设有等同的凸台，称重传感器5与杠杆凸台通过螺栓硬连接；称重传感器、杠杆与拉绳通过螺帽连接。
[0040] 图3所示两浮筒均为中间为柱体两头为椎体的形状，当然两浮筒只要表面积相同，两浮筒的质量、体积需不相同，两个浮筒的密度可以相同，也可以不同，但两浮筒的密度要大于待测液体的密度，这样才能够保证浮筒完全浸入到液体中，使溶液对浮筒产生浮力。两个浮筒中，第一浮11筒直接与称重传感器相连，对称重传感器施加向下的拉力，而第二浮筒12则通过杠杆的作用与称重传感器相连，对称重传感器施加向上的拉力，这样称重传感器测量出的实际的力是两个力的差值，也即F1-F2，将浮筒系统放置于溶液中某一固定区域，此区域并无特别的限定，只是说在此区域内，溶液各处的密度、
温度、
浊度、
粘度等参数基本相同。
[0041] 实例分析
[0042] 采用杠杆的在线密度仪，现设计两个浮筒，两个浮筒均为中间是圆柱体两头为等同的圆锥体形状，其中第一浮筒的圆柱体高0.18m，直径为0.08m，圆锥体的直径为0.08m，高为0.08m，
母线长0.08944m，可以计算得出第一浮筒的表面积S1，
[0043] S1=3.14×0.08×0.18+3.14×0.08944×0.04×2
[0044] =0.045216+0.022467
[0045] ≈0.06768 (m²)
[0046] 体积V1=3.14×0.04×0.04×0.18+ ×3.14×0.04×0.04×0.08×2
[0047] =0.00090432+0.00026795
[0048] =0.00117227(m³)
[0049] 第一浮筒采用聚四氟乙烯棒料制作，密度为2200kg/m³,则第一浮筒的质量为m1=0.00117227×2200≈2.579(kg)。
[0050] 第二浮筒的圆柱体高0.163m，直径为0.085m，圆锥体的直径为0.085m，高为0.08m，母线长0.09059m，可以计算得出第二浮筒的表面积S2，
[0051] S2=3.14×0.085×0.163+3.14×0.09059×0.0425×2
[0052] =0.0435+0.024178
[0053] ≈0.06768(m²)
[0054] 体积V2=3.14×0.0425×0.0425×0.163+ ×3.14×0.0425×0.0425×0.08×2[0055] =0.00092447+0.00030249
[0056] =0.00122696(m³)。
[0057] 第二浮筒亦采用聚四氟乙烯棒料制作，密度为2200kg/m³,则第二浮筒的质量为m2=0.00122696×2200≈2.699(kg)
[0058] 现将两个浮筒安装于现场设备上，将设备放置于检测平台上方，浮筒放置于溶液中，假设此槽子中的液体为水，根据公式⑤可知，我们只要知道G1、G2、V1、V2、F1-F2就能算出溶液的密度。
[0059] 根据两个浮筒可知，G1=2.579×9.8=25.274(N)，
[0060] G2=2.699×9.8=26.156(N)，
[0061] V1=0.00117227(m³)，
[0062] V2=0.00122696(m³)。
[0063] F1-F2 则可以由称重传感器测量并经由重量变送器将其转换为4～20mA电流信号，我们根据试验测得数据，F1-F2≈0.3459(N)，将F1-F2代入公式⑤，则可以算出≈1000.257 kg/m³，至此，我们就计算出了溶液的密度。数据的精度由称重传感器和重量变送器决定，误差为1‰。
[0064] 最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型进行
修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的
权利要求范围当中。
