16.1.3. Вимірювання густини палива

Густиною речовини називають фізичну величину, що визначається відношенням маси речовини до об’єму, який вона займає, тобто

(16.6)

де m – маса речовини, кг; V – об’єм речовини, м³.

В деяких випадках використовується поняття відносної густини, яка визначається відношенням густини даної речовини до густини іншої (умовної) речовини при певних фізичних умовах. Відносну густину суднових палив (нафтопродуктів) прийнято визначати відношенням їх густини при температурі 20 ^оС до густини дистильованої води при температурі 4 ^оС ( ).

За принципом дії прилади для вимірювання густини поділяють на: вагові, поплавкові, гідростатичні, гідрогазодинамічні, радіоізотопні, акустичні, вібраційні [25]. Для вимірювання густини суднових нафтопродуктів найбільш поширені поплавкові і вагові прилади.

Принцип дії п о п л а в к о в и х або ареометричних приладів (нафтоденсиметрів) грунтується на вимірюванні підйомної сили, що діє на поплавок, який частково або повністю занурений в пробу нафтопродукту.

Стандартний нафтоденсиметр показаний на рис.16.5. Глибина занурення нафтоденсиметра в пробу нафтопродукту пропорційна значенню густини рідини.

Нафтоденсиметр має шкалу, за допомогою якої по поділці, що збігається з рівнем нафтопродукту, визначається його густина. Ці прилади застосовуються для визначення густини нафтопродуктів в’язкістю до 25 ^оВУ при температурі 50 ^оС. У випадку, коли в’язкість нафтопродукту перевищує 25^оВУ, пробу нафтопродукту розбавляють точно відомим об’ємом освітлювального гасу. Тоді, густину нафтопродукту визначають формулою:

ρ = 2ρсм – ρг ,

(16.7)

де ρ_см – густина суміші нафтопродукту і гасу, виміряна за допомогою нафтоденсиметра; ρ_г – густина гасу.

Стандартний нафтоденсиметр дозволяє вимірювати густину нафтопродуктів з точністю 1…5 кг/м³ в залежності від в’язкості.

Температура нафтопродукту при визначенні густини вимірюється термометром нафтоденсиметра або за допомогою допоміжного окремого термометра.

Для безперервного дистанційного вимірювання густини застосовують ареометр з частково зануреним поплавком, принципова схема якого показана на рис.16.6. Поплавок 2, розміщений в посудині 1, через яку безперервно прокачується аналізуємий нафтопродукт. Постійний рівень нафтопродукту підтримується через перелив його в верхній частині посудини. Через збірник 3 нафтопродукт виходить з посудини. При змінюванні густини нафтопродукту змінюється глибина занурення поплавка 2 в посудину. Переміщення поплавка 2 перетворюється в електричний сигнал за допомогою диференціально-трансформаторного перетворювача 5.

Вага поплавка 2 разом із стержнем 4 (в повітрі) G_п і підйомна сила N, що діє на поплавок визначаються формулами:

Gп	(16.8)
	(16.16)

де m – маса поплавка і стержня; V – об’єм поплавка; l – довжина зануреної в рідину частини стержня; S – площа поперечного перерізу стержня.

При досягненні рівноваги сил N і G_п, враховуючи дію на стержень сил поверхневого натягу, з формул (16.8) і (16.16) отримуємо

(16.10)

де А – постійна для даної рідини величина, що враховує дію сил по-верхневого натягу.

З формули (16.10) виходить, що довжина стержня l, а відповідно, і сигнал диференціального трансформатора 5 однозначно пов’язані з густиною рідини. Масу поплавка і стержня m підбирають в залежності від діапазону вимірювань.

Прилади з частково зануреним поплавком мають високу чутли- вість, що дозволяє вимірювати густину у вузькому діапазоні(500…1000 кг/см³) з похибкою ±(1,5…3) % від діапазону вимірювань.

На рис.16.7 показана схема приладу для вимірювання густини рідини з повністю зануреним поплавком. Поплавок 2 розміщується в камері 1, через яку прокачується аналізуєма рідина. Змінювання виштовхуючої (підйомної) сили, що діє на поплавок, при інших постійних умовах пропорційно змінюванню густини рідини. Поплавок прикріплений до важеля 3, герметичність виводу якого з камери 1 забезпечується сильфоном 4. Момент на важелі 3, який утворюється виштовхуючою силою при значенні густини, що відповідає нижній границі вимірювання, зрівноважується моментом, який утворюється противагою 5. Змінювання виштовхуючої сили перетворюється за допомогою перетворювача сили 6 в уніфікований пневматичний або електричний сигнал С_вих. Ці прилади дозволяють вимірювати густину рідини в інтервалі від 500 до 1200 кг/м³ при температурі рідини -5…110 ^оС. Клас точності приладів – 1.

Дія в а г о в и х, або пікнометричних приладів для вимірювання густини рідини грунтується на безперервному зважуванні постійного об’єму аналізуємої рідини в певній посудині або трубопроводі. Найбільш поширеним є прилад, схема якого показана на рис.16.8. Чутливим елементом приладу є U-подібна трубка 7, виготовлена з нержавіючої сталі, приєднана через тягу 3 до важеля 4. Кінці трубки 7 через сильфони 2 з’єднані з нерухомими патрубками 1, через які надходить аналізуєма рідина. Сильфони 2 дозволяють трубці 7 повертатися відносно осі 0-0. При збільшенні густини рідини збільшується маса трубки з рідиною, що через важіль 4 передається механоелектричному або механопневматичному перетворювачу 5, побудованому за принципом компенсації сил, вихідний сигнал С_вих якого пропорційний змінюванню густини аналізуємої рідини. Противага 6, закріплена на важелі 4, призначена для зрівноважування моменту сил, який утворюється трубкою 7 з рідиною при вибраній нижній границі вимірювання густини. Пристрій 8 призначений для автоматичного введення поправки до вихідного сигналу приладу в залежності від температури рідини, яку пристрій безперервно вимірює.

Вагові прилади дозволяють вимірювати густину рідини в інтервалі від 500 до 2500 кг/м³. При вимірюванні густини температура рідини не повинна перевищувати 100 ^оС; класи точності приладів складають 1…1,5.