8. Измерение плотности жидкостей

7.1. Основные сведения об измерении плотности жидкостей

Плотность жидкости является одной из основных физических величин (параметров), характеризующих ее свойства, а в ряде случаев и состав. Измерение плотности играет существенную роль при контроле за ходом технологических процессов и их автоматизации практически во всех отраслях пищевой промышленности, особенно в сахарной, кондитерской, спиртовой, пиво-безалкогольной и др. При этом осуществляется измерение плотности самых разнообразных жидких продуктов — гомогенных и гетерогенных, агрессивных и нейтральных, чистых и включающих различные взвешенные частицы, кристаллы, пузырьки газов.

Весьма огромна роль измерения плотности при организации системы учета продуктов по массе при их приемке, хранении и отпуске, когда масса вещества не может быть измерена непосредственным взвешиванием и определяется по результатам измерения объема и плотности.

Известна большая номенклатура приборов для определения плотности жидкостей, основанных на различных принципах измерений, охватывающих широкий диапазон и обеспечивающих высокую точность измерений.

Плотностью называется масса вещества, заключенная в единице объема, т. е.

, (7.1)

где — плотность однородного вещества или средняя плотность неоднородного вещества, кг/м ; т — масса вещества, кг; V — объем вещества, м³.

По принципу действия плотномеры, применяемые для контроля различных жидкостей во всем диапазоне их изменения, подразделяются на механические, радиоизотопные и акустические. Известны также приборы, основанные на использовании вихревых, тепловых и гидродинамических явлений, однако они не получили сколько-нибудь широкого распространения и в пищевой промышленности не применяются.

7.2. Механические плотномеры

Механические плотномеры жидкостей представляют собой средства измерений, в которых значение сигнала выходной измерительной информации зависит от молекулярно-механических свойств анализируемой жидкости или от молекулярно-механических явлений, протекающих в ней. Механические плотномеры являются самыми распространенными средствами измерений плотности жидкостей и подразделяются на весовые, поплавковые, гидростатические и вибрационные. Все они широко применяются практически во всех отраслях пищевой промышленности.

7.2.1. Весовые плотномеры

Принцип действия этих плотномеров основан на измерении массы определенного объема анализируемой жидкости, которая является функцией плотности анализируемой среды. Конструктивно весовые плотномеры выполняются в виде мерной камеры определенного постоянного объема, масса которой измеряется. Как правило, измерение массы осуществляется автоматически. Чувствительным элементом в весовом плотномере (рис.7.1) служит U-образная трубка 2, снабженная пневматическим преобразователем. По U- образной трубке непрерывно протекает анализируемая жидкость, подводимая к ней через специальные безмоментные подводы — гибкие рукава 1 (резиновые трубки, сильфоны и т. п.). Изменение массы чувствительного элемента, пропорциональное изменению плотности жидкости, передается с помощью тяги 3 на левое плечо рычага 4. На правое плечо того же рычага действуют противовес 5 и усилие сильфона обратной связи 6. Перемещение рычага 4 преобразуется в пневматический сигнал с помощью пневмопреобразователя типа «сопло — заслонка» 7. Этот сигнал поступает к измерительному пневматическому прибору и в сильфон обратной связи 6. При равновесии рычага 4 выходной пневматический сигнал пропорционален плотности анализируемой жидкости. Настройка прибора на необходимый диапазон измерения осуществляется п еремещением места прикрепления тяги 3 к U-образной трубке и рычагу 4.

Рис. 7.1. Функциональная схема весового плотномера

В весовых плотномерах в качестве чувствительных элементов могут использоваться не только U-образные трубки, но и прямые отрезки трубопроводов, к которым через безмоментные вводы подводится анализируемая жидкость. Отвод жидкости может осуществляться также через безмоментный отвод либо с помощью слива в приемный патрубок, от которого она затем поступает в основной трубопровод или технологическую емкость.

Недостатком весовых плотномеров с чувствительными элементами в виде отрезков трубопроводов является быстрое засорение подвижного трубопровода в результате выпадения и налипания частиц, кристаллизации и других нежелательных явлении. Поэтому эти приборы применяются для анализа относительно чистых жидкостей.

К весовым плотномерам относятся также пружинные весовые плотномеры, чувствительный элемент которых выполняется в виде сосуда, подвешенного на винтовых полых пружинах. Последние служат одновременно безмоментными патрубками для подвода и отвода анализируемой жидкости. Перемещение сосуда с помощью системы рычагов, происходящее при изменении плотности протекающей через сосуд жидкости, передается к измерительному устройству.