7.2.2. Поплавковые плотномеры
Поплавковые плотномеры основаны на измерении степени погружения поплавка, являющейся функцией плотности анализируемой жидкости. Они изготовляются с плавающим полупогруженным поплавком и с поплавком, полностью погруженным в анализируемую жидкость.
При погружении в жидкость полупогруженного тела (поплавка) согласно закону Архимеда на него будет действовать выталкивающая сила, равная массе вытесненной им жидкости. По мере погружения поплавка увеличиваются объем и масса вытесненной им жидкости, т. е. возрастает выталкивающая сила, и в тот момент, когда эта сила становится равной массе поплавка, наступает состояние равновесия. Глубина погружения, при которой поплавок приходит в равновесное состояние, зависит от плотности жидкости: чем больше плотность ее, тем меньше должна быть глубина погружения поплавка, чтобы масса жидкости, вытесненной его погруженной частью, стала равна обшей массе поплавка, и, наоборот, чем меньше плотность жидкости, тем больше глубина погружения поплавка.
В плотномерах с полностью погруженным поплавком глубина погружения поплавка в анализируемую жидкость практически постоянна, а измеряется действующая на поплавок выталкивающая сила, пропорциональная плотности жидкости.
Поплавковые плотномеры широко применяются для определения плотности жидкостей, растворов и пульп. Существует большое число типов плотномеров, различающихся по форме поплавка, степени автоматизации процесса измерения, способу передачи показании на расстояние, которые широко применяются в виноделии, производстве фруктовых вод, сахарном производстве и т. п.
В лабораторной и производственной практике для эпизодических измерений широко используются приборы с плавающим поплавком, так называемые ареометры. Они могут быть стеклянными или металлическими и самой разнообразной формы. Ареометры согласно ГОСТу делятся на две группы:
ареометры для измерения плотности жидкостей, называемые также денсиметрами, шкалы которых градуируются в единицах плотности;
ареометры для измерения концентрации растворов, шкалы которых градуируются в процентах по объему или массе.
К ареометрам первой группы относятся лактоденсиметры, денсиметры для измерения плотности водных растворов различных кислот и щелочей; к ареометрам второй группы — спиртомеры, сахаромеры и др.
В пищевой промышленности для непрерывного измерения плотности используются автоматические приборы с полностью погруженным в анализируемую жидкость поплавком. Подобные приборы хорошо зарекомендовали себя в свеклосахарном производстве при измерении плотности сахарного сиропа, а также на спиртовых заводах при определении плотности раствора патоки и сбраживаемого затора.
В плотномере с полностью погруженным поплавком жидкость по трубе 2 (рис. 7.2) поступает в измерительную камеру 3, откуда по трубе 1 направляется в трубопровод. Поплавок 4 насажен на коромысло 7, проходящее через уплотнительный сильфон 5. Противовес 6 уравновешивает коромысло таким образом, чтобы поплавок начинал перемещаться вниз в жидкости с наименьшей плотностью. Когда плотность жидкости увеличивается, поплавок под действием выталкивающей силы поднимается и равновесие системы нарушается. В результате поднятия поплавка заслонка 11, закрепленная на конце коромысла, опускается. Давление на выходе из сопла 12 и в мембранной коробке 10 повышается. Толкатель мембраны через рычаг 9 и ролик 8 перемещает правый конец коромысла вверх и заслонка отводится от сопла.
Давление воздуха на мембрану, пропорциональное действующей на поплавок выталкивающей силе, является мерой плотности жидкости и передается на вторичный прибор 14. Расход воздуха через прибор устанавливается с помощью дросселя 13.
Рис. 7.2. Принципиальная схема плотномера с полностью погруженным поплавком
Известен ряд других конструкций поплавковых автоматических плотномеров с уравновешиванием изменяющейся выталкивающей силы с помощью компенсирующих поплавков, массы грузов, усилий обратных связей, создаваемых с помощью электрических или пневматических устройств и др.