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 (рис. 2.25).

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

При изменении плотности (например уменьшении)

G = c(l+Dl) + Vr₂g

Вычитая одно из другого получаем 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.)

Радиоизотопные.

Основаны на поглощении g–лучей, проходящих через слой жидкости (2.27).

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

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.