Приборы для измерения плотности жидких сред

Факторы влияющие на определение плотности

К факторам, которые влияют на определение плотности жидкой среды относятся:

1. Температура. Расстояние между атомами молекулы зависит от температуры. С увеличением температуры увеличивается интенсивность колебаний, атомы располагаются дальше, а значение плотности уменьшается. В случае повышения температуры объем становится больше, а плотность меньше. При уменьшении температуры объем уменьшается, а плотность увеличивается. Связь между температурой, объемом и плотностью нелинейная и зависит от теплоемкости, теплоты испарения и других характеристик.
2. Наличие пузырьков воздуха и примесей. Если в жидкости присутствует хотя бы один пузырек воздуха, результат измерения плотности может сильно измениться, такой же эффект дают примеси. Например, чтобы рассчитать значение плотности при использовании стеклянного пикнометра измеряется масса образца. Если в него попал пузырек воздуха или инородное включение результат взвешивания будет неправильным.
3. Давление воздуха на жидкость. Так как жидкость и газы подвижны, то необходимо учитывать следующие факты: газ является сжимаемой текучей средой, объем которой изменяется при изменении давления; жидкость является несжимаемой текучей средой, объем которой не зависит от давления. При очень высоком давлении воздуха жидкость может быть сжимаемой, но данные условия не встречаются при анализе плотности.
4. Вязкость. Вязкость характеризует сопротивление жидкости перемещению, но она не связана напрямую с плотностью. Но при этом влияет на результат определения плотности измеряемой среды при использовании отдельных методов.

Плотномеры

Самыми распространенными плотномерами, которые используются для измерения плотности жидкой среды являются:

1. Поплавковые плотномеры.
2. Буйковые плотномеры.
3. Весовые плотномеры.

Пример схемы поплавкового плотномера изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Поплавковый плотномер. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1 - труба; 2 - переливной сосуд; 3 - сердечник дифференциального трансформатора; 4 - шток; 5 - поплавок; 6 - измерительная камера; 7 - перегородка; 8, 10 - сливная труба; 9 - регулирующий вентиль.

Контролируемая среда по трубе поступает в переливной сосуд. При его помощи и регулирующего вентиля создается необходимая скорость потока, а также обеспечивается постоянство напора контролируемой среды, которая поступает в измерительную камеру, где установлена перегородка, устраняющая завихрения жидкости внутри камеры. Сливные трубы обеспечивают постоянство уровня в переливном сосуде. На поплавок внутри камеры действует сила тяжести G, равная его весу, и выталкивающая сила.

$А = p *g * Sп * h$

где, р - плотность; g - ускорение свободного падения; Sп - площадь сечения поплавка; h - глубина погружения поплавка.

Из условия плавания следует:

$А = G = p * g * Sп * h$

Величины G, g и Sп постоянны, поэтому формула может быть представлена в следующем виде:

$h1 = К/р$

где, К - поправочный коэффициент.

Таким образом при изменении плотности изменяется величина h1, а, следовательно, и h2, то есть поплавок перемещается вертикально. Через шток движение передается сердечнику трансформатора, который располагается между питающей и измерительной обмотками. Перемещение сердечника становится причиной изменение электродвижущей силы измерительной обмотки. Данный сигнала через электронный усилитель передается на измерительный прибор. Термометр Rтс необходим для компенсации температурной погрешности. Принцип действия буйковых плотномеров аналогичен, за исключением того, что буек полностью погружен в измеряемую среду.

Весовые плотномеры используются для определения плотности чистых жидкостей, суспензий, а также твердых жидкостей, содержащих твердые включения. Их действие основано на изменении веса чувствительного элемента определенного объема, который заполнен контролируемой жидкостью, в случае изменения ее плотности. Вес чувствительного элемента пропорционален плотности контролируемой жидкости и определяется по следующей формуле:

$G = рж * Vg + G0$

где, рж - плотность жидкости; V - внутренний объем чувствительного элемента; G0 - вес чувствительного элемента без контролируемой жидкости.