39. Методы измерения диагностических параметров: измерение плотности, состава и структуры материала.

Измерение плотности

Плотность является физической величиной, характеризующей распределение вещества по объему.

Основные методы измерения плотности жидкости:

1. Дилатометрические: измерения объема, длины и массы.

2. Ареометрические: меры погружения поплавка; меры силы, выталкивающей погруженный поплавок; разности сил, действующих на датчик; угла поворота (или момента сил) несимметричного поплавка.

3. Пикнометрические: массы мерного объема.

4. Пьезометрические: давления на чувствительный элемент; давления жидкости или газа в питательных трубках; меры уровня в сообщающихся сосудах.

5. Капельные: падающей капли и другие методы.

Различают следующие методы измерения плотности пара:

1. Метод Дюма: взвешивание мерной колбы с паром и с водой; вводя поправку на тепловое расширение, вычисляют плотность пара; погрешность 0,1-0,01 %.

2. Метод Гей-Люссака и Гофмана: навеска объекта помещается в тонкостенный резервуар малого объема. Резервуар запаивается и помещается в манометрическую трубку, из которой откачивается газ. Трубка нагревается до температуры немного выше точки кипения объекта; при этом вещество превращается в пар. Давление возрастает, и тонкостенный сосуд разрывается. Пары заполняют все ранее вакуумированное пространство в манометрической трубке. По давлению и температуре определяют объем, занимаемый паром, а зная массу и объем, вычисляют плотность.

3. Метод В. Майера: реализуется с помощью баллона, имеющего горловину с пробкой и трубку для выпуска воздуха, а также измерительный цилиндр для определения объема воздуха. Баллон помещается в термостат для нагрева до температуры выше точки кипения объекта. Нагретый воздух выходит из баллона через боковую трубку, а после наступления термодинамического равновесия его истечение прекращается. Пробку вынимают из горловины, в баллон помещают объект и вновь закрывают пробкой. Объект превращается в пар, который вытесняет воздух через выпускную трубу в измерительный цилиндр. Объем воздуха в этом цилиндре почти соответствует объему образовавшегося пара. Зная исходную массу объекта и объем пара, вычисляют его плотность.

4. Метод адсорбции: Заключается в том, что баллон известного объема термостатируют, заполняют насыщенным паром объекта и соединяют с вакуумированным объемом, в котором расположены весы Мак-бена, в которых на кварцевой спиральной пружине подвешен адсорбент. Массу пара измеряют по деформационным смещениям пружины.

5. Метод газовых весов: основан на законе Архимеда. В термостатированном баллоне на кварцевом коромысле уравновешивают пустотелый шарик из кварцевого стекла и противовес. Изменение плотности газа, окружающего шарик, изменяет положение равновесия коромысла весов.

6. Метод истечения газа через отверстие является относительным. Определение неизвестной плотности сводится к измерениям времени протекания через одно и то же отверстие равных объемов двух газов, плотность одного из которых известна; погрешность метода до 0,1%.

7. Метод пьезометрии используют при измерении плотности газов под высоким давлением с погрешностью до 0,2%. В пьезометре постоянной емкости создают необходимое давление газа объекта (при фиксированной температуре) и затем определяют его массу по объему, который газ занимал при атмосферном давлении.

В цеховых условиях используются следующие методы: поплавковый, гидростатический, роторный, ультразвуковой.

Определение состава и структуры материала

Рентгеновские методы определения состава и структуры материала. По аппаратурно-методическим признакам можно классифицировать как рентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализы.

Физическая сущность рентгеноспектрального анализа состоит в том, что при поглощении первичного рентгеновского излучения в исследуемом образце энергия поглощенного излучения переходит в энергию ионизации вещества. По спектру характеристического излучения можно определить элементный или атомный состав вещества, а по интенсивности - концентрацию атомов данного элемента.

Для проведения рентгеноспектрального анализа применяются флуоресцентные рентгеновские спектрометры, кристалл-дифракционные спектрометры и бескристальные анализаторы.

Метод рентгеноструктурного анализа применяется для исследования структуры вещества по распределению в пространстве и интенсивности рентгеновского излучения, рассеянного на анализируемом образце. Сущность рентгеноструктурного анализа объясняется явлением дифракции рентгеновского излучения, основанной на взаимодействии первичного рентгеновского излучения с длиной волны порядка 10-10 м с электронами объекта исследований. Приборы для флуоресцентного спектрального анализа вещества разделяют на три основные группы: кристалл-дифракционные сканирующие спектрометры, позволяющие проводить анализ широкой группы элементов; многоканальные спектрометры (квантометры) для одновременного анализа нескольких элементов в дискретных образцах или на потоке; анализаторы, позволяющие проводить анализ образцов ограниченной группы элементов.