Измерение плотности

 

Плотностью называется содержание вещества в единице объема.

В системе СИ [кг/м³]. Плотность жидкости зависит от температуры (см. измерение количества вещества). Принято указывать плотность жидкостей при нормальной температуре (20 °С) r_t=r₂₀[1-b (20⁰-t⁰С)].

где r₂₀ - плотность жидкости при температуре 20 °С

Приборы для измерения - плотномеры:

поплавковые; весовые; гидростатические; вибрационные; радиоизотопные.

Поплавковые.

Принцип действия основан на изменении Архимедовой силы, действующий на поплавок, от плотности жидкости в которую он погружен.

1 – измерительный сосуд;

2 - поплавок индукционная катушка;

3, 4 – патрубки;

5 - дроссель постоянного сечения для установки скорости потока.

6 - отражательные пластины от завихрения потока;

7 – сердечник.

Равновесие поплавка под действием приложенных сил определяется следующим выражением G = F_a + F_уп,

где F_уп = cl – сила упругости пружины;

F_a = mg = Vrg – сила Архимеда

V – объем жидкости вытесненной поплавком.

В начальный момент G = cl + Vr₁g (1)

При изменении плотности (например уменьшении)

G = c(l+Dl) + Vr₂g (2)

Вычитая из (1) выражение (2) 0 = - cDl + (r₁ - r₂)gV,

тогда Т.к. c, g, V – const, то Dr =f(Dl)

Весовые.

О плотности среды судят по весу вещества определенного объема (при V = const). Т. к. , то r = f(G). 1 - петлеобразная трубка;

2 – заслонка;

3 – сопло;

4 - пневматический усилитель;

5 – сильфон.

Для весового метода характерна независимость показаний от свойств среды (поверхностное натяжение, вязкость, наличие твердых частиц и др.)

Гидростатические.

См. гидростатичсекие уровнемеры. P = Hρg и ΔP = ΔHρg. Только здесь за счет слива поддерживается постоянный уровень, т.е. Н = const и тогда ρ=f(P) и Δρ = f(ΔP).

 

Радиоизотопные.

Основаны на поглощении g-лучей, проходящих через слой жидкости.

 

1 – источник излучения;

2 – резервуар для измерения;

3 – приемник излучения;

4 – формирующий блок;

5 – вторичный прибор

 

Имеют излучатель и приемник излучения. Интенсивность излучения зависит от свойств контролируемой среды: ,

где N_a – интенсивность излучения до поглощения; N_e – мощность излучения;

Н – толщина среды; ρ – плотность среды;

ε – массовый коэффициент ослабления.

Большой недостаток - необходимость обеспечения радиационной защитой персонала.

 

Вибрационные плотномеры 1 – эластичный элемент;

2 – основание; 3 – резонатор;

4 – возбудитель;

5 - приемник колебаний;

6 – усилитель;

7- цифровой прибор

Чувствительными элементами вибрационных датчиков служат трубки (цилиндры или пластины), закрепленные в неподвижных основаниях и приводимые в автоколебательный режим движения системой возбуждения.

Работа данного вибрационно-частотного плотномера основана на использовании зависимости резонансной частоты проточного датчика от его массы, т. е. от плотности заполняющего его продукта. Первичный преобразователь таких плотномеров – меха­нический трубчатый камертон (резонатор), внутри которого движется измеряемая жидкость. Резонатор 3 представляет собой сдвоенную трубу, за­крепленную концами в неподвижном основании 2; жидкость подводит­ся к нему через эластичные элементы 1. С помощью системы воз­буждения он приводится в режим поперечных автоколебаний на собст­венной резонансной частоте, определяемой плотностью находящейся в ней жидкости. Система возбуждения состоит обычно из возбудителя 4 и приемника колебаний 5, а также усилителя 6. Сигнал на выходе усилителя в виде частоты переменного тока, пропорциональный плот­ности измеряемой жидкости, измеряется цифровым прибором 7.