Измерение плотности жидкости

К основным методам плотности измерении жидкости относят:

· Ареометрический

· Гидростатическое взвешивание

· Пикнометрический

· Дилатометрический

· Сообщающихся сосудов

· Падающих капель

· Оптические методы (рефрактометрический, интерферометрический, поляриметрический)

· Акустический

· Метод взвешенных капель

Метод сообщающихся сосудов весьма прост, но очень не точен. В одно калено у-образной трубки налета исследуемая жидкость, а в другое не смешивающаяся с ней вспомогательная жидкость с плотностью .

Для быстрых и точных измерений плотности микроколичеств жидкости служит метод падающих капель. Прибор состоит из высокого цилиндра с двумя рисками на расстоянии l друг от друга, теплоизолирующего кожуха и микропипетки, дающей капли одинакового размера.

Применяемые в технике плотномеры по принцип действия делятся на следующие основные группы: поплавковые, весовые, основанные на непрерывном взвешивании определенного объема жидкости, гидростатические, радиоактивные, ультразвуковые, вибрационные, оптические, кондуктометрические.

Поплавковые, или ареометрические плотномеры. Принцип действия этих механиче­ских плотномеров основан на непрерывном измерении выталкиваю­щей (подъемной) силы, действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество.

На рис. показана схема поплавкового плотномера жид­костей с частично погруженным поплавком 2, который размещен в емкости 1. Через эту емкость непрерывно прокачивается анали­зируемая жидкость. За счет перелива в емкости поддерживается постоянный уровень. Анализируемая жидкость удаляется из плот­номера через сборник 3. При изменении плотности жидкости изме­няется степень погружения поплавка 2 в емкость. Достижение по­ложения равновесия сил N и G_П обеспечивается при этом измене­нием длины l стержня 4, погруженного в жидкость. Перемещение поплавка 2 преобразуется в электрический сигнал с помощью диф­ференциального трансформатора 5.

Вес поплавка 2 со стержнем 4 (в воздухе) G_П и выталкивающая сила N, действующая на поплавок, описываются выражениями

G_П = mg, (1)

N = (V + l S)ρg, (2)

где m — масса поплавка и стержня; V—объем поплавка; l — длина участка стержня, погруженного в жидкость; S — площадь попереч­ного сечения стержня.

При равенстве сил G_П и N из выражений (1) и (2) с уче­том действия на стержень на поверхности раздела фаз сил поверх­ностного натяжения

l = (m – Vρ + A)/(Sρ),

где А — постоянная для данной жидкости величина, учитывающая поверхностное натяжение.

Из этой формулы следует, что длина l, а, следовательно, и сигнал дифференциального трансформатора 5 однозначно связаны с плотностью жидкости. Массу m подбирают в зависимости от диапазона изме­рений.

Существует много различных конструкций плотномеров с ча­стично погруженным поплавком. Они обладают высокой чувствительностью, что позволяет осуществлять измерение плотно­сти в узком диапазоне (всего 0,05—0,1 г/см³) с погрешностью (1—1,5) % от диапазона измерений.

Весовые, или пикнометрические плотномеры. Принцип действия этих механических плотномеров состоит в непрерывном взвешивании постоянного объема анализируемого вещества в некоторой емкости или трубопроводе.

Наиболее распространен плотномер жидкостей, схема которого показана на рис.

Чувствительным элементом плотномера служит U-образная трубка 7, изготовленная из нержавеющей стали, соединенная через тягу 3 с рычагом 4. Концы трубки 7 через сильфоны 2 соединены с неподвижными патрубками 1, через которые подается анализи­руемая жидкость. Наличие сильфонов 2 позволяет трубке 7 поворачиваться вокруг вверх вниз. При увеличении плотности жидкости увеличивается масса трубки с жидкостью и сигнал через рычаг 4 пере­дается к механоэлектрическому или механопневматическому преоб­разователю 5, построенному по принципу компенсации сил, выходной сигнал С_ВЫХ которого пропорционален изменению плотности анализируемой жидкости. Противовес 6, укрепленный на рычаге 4, служит для уравновешивания момента сил, создаваемого трубкой 7 с жидкостью при выбранном нижнем пределе измерения плотности. Устройство 8 служит для автоматического введения по­правки к сигналу плотномера в зависимости от температуры ана­лизируемой жидкости, которую это устройство непрерывно изме­ряет.

Плотномеры данной конструкции позволяют измерять плотность в интервале 0,5-2,2 г/см³ точностью до 0,05 г/см³. Класс точности 1.

Гидро- и аэростатические плотномеры. Принцип действия этих механических плотномеров основан на зависимости давления Р столба анализируемой жидкости или газа от плотности ρ этих сред:

P = ρgH,

где H — высота столба жидкости или газа.

Если значение Н принять постоянным, то давление Р однознач­но определяется плотностью среды:

P = kρ,

где k=gH — постоянный коэффициент.

На рис. приведена схема гидростатического плотномера жидкости.

В данном измерительном устройстве анализируемая жидкость непрерывно прокачивается через камеру 1, в которой на опорной плате 9 размещены измерительные сильфоны 2 и 4. Рас­стояние между этими сильфонами по высоте составляет Н, поэтому на сильфон 2 действует большее гидростатическое давление, чем на сильфон 4. Указанные сильфоны и сильфон 3 заполнены вспо­могательной жидкостью. Сильфон 3 служит для температурной компенсации и по существу представляет собой жидкостный мано­метрический термометр. Разность усилий на сильфонах 2 и 4, воз­никающая за счет разности гидростатических давлений на них, создает на измерительном рычаге 8 вращающий момент, который через рычаг 7 передается в преобразователь 5 силы в унифициро­ванный электрический или пневматический сигнал. Мембрана 6 обеспечивает герметичный вывод рычага 7. Основные технические характеристики: диапазон измерений от 0—0,05 до 0 — 0,5 г/см³; максимальная температура жидкости 200°С; класс точности 1.

Вибрационные плотномеры. Принцип действия этих механических плотномеров основан на зависимости параметров упругих колебаний (вибрация), сообщаемых камере с анализируемым веще­ством или телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества.

Обычно в качестве параметра упругих колебаний используется частота собственных колебаний резонатора, находящегося в режиме автоколебаний. Резонаторы вибрационных плотномеров выполняют в виде трубки, пластины, стержня, струны, камертона и т. д.

Конструктивно различают проточные и погружные вибрацион­ные плотномеры. В первых анализируемое вещество протекает через внутреннюю полость резонатора, во вторых — резонатор раз­мещается в потоке анализируемого вещества.

Поиск по сайту: