64.Средства измерений плотности жидкостей и газов

Вспомним определение плотности как физической величины:

Еще одна характеристика- удельный вес:

Поскольку , то ;

Тогда

Плотность тела не зависит от места положения на Земле, а удельный вес зависит. Поэтому справочники составляют по плотности.В ряде случаев используют понятие относительной плотности, т.е. отношение к плотности жидкости или газам принятой за единицу (у жидкостей это H₂O при температуре 4 ˚С; и у газов при нормальных условиях =760 мм.рт.ст.).Плотность жидкости от давления не зависит, а у газов зависит.Средства измерения (СИ) плотности называют плотномерами или от лат. «densus»- денситометрами.

В настоящее время в химической промышленности наиболее широко используются следующие методы:

1. весовые

2. поплавковые

3. гидростатические

4. вибрационные

Эти методы в основном для жидких сред.

Для газов:

1. аэростатические

2. тепловые

3. газодинамические

Весовые или пикнометрические плотномеры (от греч. pyknos-плотный)

Принцип действия состоит в непрерывном взвешивании постоянного объёма анализируемого вещества, т.е. плотность, согласно нашим определениям, выражается через удельный вес.

Наиболее распространён плотномер с U-образной трубкой.

Ч увствительным элементом плотномера служит U-образная трубка 7, изготовленная из нержавеющей стали, соединенная через тягу 3 с рычагом 4. Концы трубки 7 через сильфоны 2 соединены с неподвижными патрубками 1, через которые подается анализи­руемая жидкость. Наличие сильфонов 2 позволяет трубке 7 пово­рачиваться вокруг оси О — О. При увеличении плотности жидкости увеличивается масса трубки с жидкостью, что через рычаг 4 пере­дается к механоэлектрическому или механопневматическому преоб­разователю 5, построенному по принципу компенсации сил (см. гл. 5), выходной сигнал С_вых которого пропорционален изменению плотности анализируемой жидкости. Противовес 6, укрепленный на рычаге 4, служит для уравновешивания момента сил, создаваемого трубкой 7 с жидкостью при выбранном нижнем пределе измерения плотности. Устройство 8 служит для автоматического введения по­правки к сигналу плотномера в зависимости от температуры ана­лизируемой жидкости, которую это устройство непрерывно изме­ряет.

Статической характеристикой являются зависимости:

, т.к. и ,

то на рычаге действует сила P~ ρ.

Вид переходной характеристики:

y — выходной сигнал измерительного преобразователя

Отметим метрологические характеристики таких плотномеров:

1. ρ= 0,5 – 2,5 (г/см³) в этом интервале может быть установлен диапазон 0,05 – 0,3 (г/см³) в любой части интервала

2. температурный диапазон до 100 ˚С с температурной компенсацией расширения

3. класс точности 1 – 1,5

65.Ареометры.Уравнения статической характеристики на примере поплавкового плотномера.Плотномеры с частично и полностью погружёнными поплавками.

П ринцип действия основан на непрерывном измерении выталкивающей силы. Из физики: выталкивающая сила- произведение объёма на удельный вес (ρ·g). Тогда погруженное тело находится в равновесии под действием веса и выталкивающей силы.Вес: . Выталкивающая сила: . Бывают с частично или полностью погруженным поплавком. Техническая реализация такого плотномера осуществляется следующим образом:

На рисункепоказана схема поплавкового плотномера жид­костей с частично погруженным поплавком 2, который размещен в емкости 1. Через эту емкость непрерывно прокачивается анали­зируемая жидкость. За счет перелива в емкости поддерживается постоянный уровень. Анализируемая жидкость удаляется из плот­номера через сборник 3. При изменении плотности жидкости изме­няется степень погружения поплавка 2 в емкость. Достижение по­ложения равновесия сил N и G_побеспечивается при этом измене­нием длины 1 стержня 4, погруженного в жидкость. Перемещение поплавка 2 преобразуется в электрический сигнал с помощью диф­ференциального трансформатора 5. Вес поплавка 2 со стержнем 4 (в воздухе) G_пи выталкивающая сила N,действующая на поплавок, описываются выражениями , , где т— масса поплавка и стержня; V— объем поплавка; — длина участка стержня, погруженного в жидкость; S — площадь попереч­ного сечения стержня. Определим из уравнения . Тогда , « » однозначно связана с плотностью, а следовательно, и ДТП. « » - глубина погружения стержня, т.е. с ростом плотности « » уменьшается, а ход штока ДТП растет. Таких плотномеров существует множество. Динамические характеристики их описываются аналогичным звеном колебательного типа. Метрологические характеристики достаточно хорошие: Высокая чувствительность;Интервал измеряемых плотностей ρ= 0,5 – 1,2 (г/см³) с диапазоном измерения 0,005 – 0,01 (г/см³) в любой части интервала; Погрешность ± 1,5 – 3 % от диапазона.

Н а рисункепоказана схема поплавкового плотномера жидкостей с полностью погру­женным поплавком 2. Последний размещен в камере 1, через которую прокачивается анализируемая жидкость. Изменениевыталки­вающей силы, действующей на поплавок, при прочих постоянных условиях пропорционально изменению плотности жидкости. По­плавок укреплен на рычаге 3, герметичность вывода которого из камеры 1 обеспечивается сильфоном 4. Момент на рычаге 3, созда­ваемый выталкивающей силой при значении плотности, соответст­вующем нижнему пределу измерений, уравновешивается моментом, создаваемым противовесом 5. Изменение выталкивающей силы преобразуется преобразователем силы 6 в унифицированный пнев­матический или электрический сигнал С_Вых.Плотномеры данной конструкции позволяют измерять плотность от 0,5 до 1,2 г/см³. Диапазон измерений может быть установлен от 0,05 до 0,2 г/см³ в любой части указанного интервала. Температура анализируемой жидкости может составлять -5 + 110°С. Класс точности 1