Общие сведения об измерении плотности
Плотностью р вещества называют физическую величину, опреде-
ляемую отношением массы т вещества к занимаемому им объему V:
Плотность тела не зависит от его местонахождения на поверхности
земли и является физической константой вещества. Плотность из-
меряется в таких единицах, как кг/м3, г/см3. В некоторых случаях
используется понятие относительная плотность, определяемая как
отношение плотности данного вещества к плотности другого вещества
при определенных физических условиях. Относительную плотность
жидкого вещества принято выражать отношением его плотности,
взятой при нормальной температуре (20 °С), к плотности дистилли-
рованной воды при температуре 4 °С. Обозначается такая плотность ρ420.
Относительную плотность газа принято выражать отношением
его плотности к плотности сухого воздуха, взятых при нормальных
условиях (температура 20 °С и давление 760 мм рт. ст.). Плотность
жидкостей и газов уменьшается с увеличением температуры. Плот-
ность газов увеличивается с увеличением давления, плотность жид-
кости от давления практически не зависит.
Основные виды плотномеров
Средства измерения плотности называются плотномерами (ден-
ситометрами). По принципу действия выделяют весовые, поплавко-
вые, гидроаэростатические, вибрационные, акустические, радиоизо-
топные и некоторые другие плотномеры.
Принцип действия в е с о в ы х плотномеров состоит в непрерывном
взвешивании постоянного объема анализируемого вещества в неко-
торой емкости или трубопроводе. Таким образом, плотность опреде-
ляется через удельный вес. Весовые плотномеры применяют обычно
для измерения плотности суспензий, а также вязких и содержащих
твердые включения жидкостей. Они позволяют измерять плотность в
интервале 0,5...2,5 г/см3 с выделением поддиапазона 0,05...0,3 г/см3
в любой части основного интервала. Классы точности 1... 1,5.
П о п л а в к о в ы е плотномеры изготавливаются двух типов: с
частично погруженным поплавком и с полностью погруженным по-
плавком. В плотномерах с частично погруженным поплавком мерой
плотности жидкости служит глубина погружения поплавка. В плот-
номерах с полностью погруженным поплавком глубина погружения
поплавка (буйка) остается постоянной, а изменяется действующая на
него выталкивающая сила, пропорциональная плотности жидкости.
Плотномеры первого типа измеряют плотность от 0,005 до 0,01 г/см3
с погрешностью 1,5... 3 % от диапазона измерения, а второго типа — от
0,5 до 1,2 г/см3 с поддиапазоном 0,05... 0,2 г/см3 в любой части основ-
ного интервала; их класс точности 1.
Принцип действия г и д р о - и а э р о с т а т и ч е с к и х плотно-
меров основан на зависимости давления Р столба анализируемой
жидкости или газа от плотности ρ этих сред:
где g — ускорение свободного падения; Н— высота столба жидкости
или газа.
Р а д и о и з о т о п н ы е плотномеры позволяют измерять плотность
агрессивных, сильновязких, горячих и находящихся под большим
давлением жидкостей бесконтактным способом. Их действие осно-
вано на ослаблении радиоактивного излучения с повышением плот-
ности измеряемой жидкости.
Вибрационные плотномеры
Вибрационные плотномеры на сегодняшний день являются наи-
более востребованными на объектах трубопроводного транспорта.
Принцип действия вибрационных плотномеров основан на зависи-
мости частоты колебаний, сообщаемых камере с анализируемым
веществом или телу, размещенному в нем, от плотности этого веще-
ства. Камера с анализируемым веществом или тело, размещенное в
нем, называется резонатором. Частота собственных колебаний ƒ ре-
зонатора, заполненного анализируемым веществом с плотностью ρ
или находящегося в нем, описывается выражением
где /о — частота колебаний резонатора при начальном значении плот-
ности анализируемого вещества; к — константа, зависящая от кон-
струкции резонатора.
Конструктивно различают пр о т оч н ы е и п о г р у ж н ы е виб-
рационные плотномеры. В первом случае анализируемое вещество
протекает через внутреннюю полость резонатора, во втором — резо-
натор размещается в потоке анализируемого вещества. Проточные
плотномеры являются более распространенными.
При измерении плотности в трубопроводе необходимо учитывать
влияние давления и температуры потока. Для этого обычно исполь-
зуются два резонатора: измерительный и компенсирующий. На рис.
8.3, а показан датчик плотномера, представляющий собой корпус 1
из нержавеющей стали, внутри которого расположены два тонкостен-
ных ферромагнитных цилиндра: измерительный 2 и компенсирую-
щий 3. Через измерительный цилиндр протекает жидкость, плотность
которой измеряется, а компенсирующий цилиндр заполнен образцо-
вой жидкостью (керосином). Давление измеряемой среды передается
в компенсирующий цилиндр 3 через сильфон 4, благодаря чему дав-
ление в цилиндрах 2 и 3 одинаково, и погрешность измерения плот-
ности от разности давлений в цилиндрах практически отсутствует.
Для введения температурной коррекции в компенсирующем цилин-
дре 3 установлен терморезистор 5. При измерении плотности (рис.
8.3, б) оба цилиндра 2 и 3 колеблются с собственной частотой, воз-
буждаемой электромагнитными катушками 7. Собственная частота
компенсирующего цилиндра на 80... 100 Гц больше, чем максималь-
ная частота (при наименьшей плотности перекачиваемого продукта)
измерительного цилиндра. Колебания цилиндров 2 и 3 возбуждают
в измерительных катушках 6 электромагнитные колебания с частотой
fmwfk соответственно, которые через фазосдвигающие устройства 7
поступают на усилители-ограничители 8. Узел вычитания 10 из ча-
стоты колебаний f k компенсирующего цилиндра вычитает частоту
колебаний ƒm измерительного цилиндра. При этом компенсируется
погрешность измерения плотности нефти, возникающая из-за на-
личия в трубопроводе, а значит, и в датчике довольно значительного
давления.
Плотность керосина, находящегося в компенсирующем цилинд-
ре 3, сильно зависит от температуры. Для уменьшения температурной
погрешности в датчике предусмотрена схема компенсации, состоящая
из терморезистора 5 и усилителя постоянного тока 9. Терморезистор
включен в чувствительное плечо мостовой схемы, выходное напря-
жение которой усиливается усилителем 9 и поступает в устройство
температурной компенсации 11, куда также поступает разностная
частота ∆f=ƒ k -f m . Далее сигнал разностной частоты ∆ƒ t скорректи-
рованной по температуре, подается на схему линеаризации 12 и далее
на устройство индикации 13.
Вибрационные плотномеры позволяют измерять плотность в
диапазоне от 750 до 930 кг/м3 с основной погрешностью не более
0,5 % в потоках с давлением до 6,4 МПа.
Измерение вязкости
Дата: 2018-12-28, просмотров: 790.
