7. Измерение плотности жидкости и газов. Весовые и поплавковые плотномеры.

Плотностью ρ вещества называют физическую величину, определяемую отношением массы m вещества к занимаемому им объему V:

p = m/V, [ед. массы]/[ед. объема].

Удельным весом γ вещества называют физическую величину,

определяемую отношением веса G вещества к занимаемому им объему V:

γ = G/V, [ед. силы]/[ед. объема].

Удельный вес и плотность связаны соотношением

V = ρg = mg/V, (10.3)

Весовые, или пикнометрические плотномеры.

Принцип действия этих механических плотномеров состоит в непрерывном взвешивании постоянного объема анализируемого вещества в некоторой емкости или трубопроводе, т.е. плотность определяется через удельный вес. Наиболее распространен плотномер жидкостей, чувствительным элементом плотномера служит U-образная трубка, изготовленная из нержавеющей стали, соединенная через тягу с рычагом. Концы трубки через сильфоны соединены с неподвижными патрубками, через которые подается анализируемая жидкость. Наличие сильфонов позволяет трубке поворачиваться вокруг оси.

Применяются для чистых жидкостей и суспензий. Диапазон измерений – 500-2500 кг/м³, КТ – 1:1.5.

Поплавковые, или ареометрические плотномеры.

Принцип действия этих механических плотномеров основан на непрерывном измерении выталкивающей (подъемной) силы (закон Архимеда), действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество.

1. С плавающим поплавком – мерой плотности служит глубина погружения поплавка определённой формы и постоянной массы. Высокая чувствительность. ДИ – 5-10 кг/м³, КТ – 1,5:3.

2. С полностью погружённым поплавком – глубина погружения практически постоянна, измеряют действующую на поплавок выталкивающую силу, пропорциональную плотности жидкости. ДИ – 500-1200 кг/м³, КТ – 1. t- до 100°С.

8. Акустические плотномеры.

Действие ультразвуковых плотномеров основано на изменении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости в зависимости от её плотности:

где – скорость распространения продольных звуковых волн,– плотность контролируемой жидкости,– коэффициент адиабатической сжимаемости. Ультразвуковые плотномеры обеспечивают бесконтактность измерения плотности любых жидкостей. Показания приборов не зависят от состава и свойств жидкостей. Приборы характеризуются высокой чувствительностью, безынерционностью.

КТ – 1. ДИ – 600-2000 кг/м³.

9. Вибрационные плотномеры.

Принцип действия этих механических плотномеров основан на зависимости параметров упругих колебаний (вибрация), сообщаемых камере с анализируемым веществом или телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества. Резонаторы вибрационных плотномеров выполняют в виде трубки, пластины, стержня, струны, камертона и т. д. Конструктивно различают проточные и погружные вибрационные плотномеры. В первых анализируемое вещество протекает через внутреннюю полость резонатора, во вторых —резонатор размещается в потоке анализируемого вещества. Частота собственных колебаний резонатора, заполненного или находящегося в анализируемом веществе, описывается в общем случае выражением

где — частота колебаний резонатора при начальном значении плотности анализируемого вещества;— константа, зависящая от конструкции резонатора.

Проточный – ДИ – 690-1050 кг/м³, температура жидкости 10-100°С; абсолютная погрешность измерения ±1,5 кг/м³, КТ – 1.