Гигрометрический метод (от греческого hygros — влажный). Принцип действия основан на зависимости некоторых физических свойств материалов, поглощать влагу из анализируемого газа, в зависимости от влагосодержания последнего. Приборы, измеряющие влажность газа, назы­ваются гигрометрами; различают сорбционные гигрометры деформационного типа и электрические гигрометры.

Сорбционные гигрометры основаны на свойствах некоторых, твердых материалов изменять свои линейные размеры в зависимости от влажности окружающего газа. Чувствительным элемен­том таких приборов является человеческий волос или капроновая нить, которые растягиваются или сжимаются при изменении влажности (волосяные гигрометры). Однако, несмотря на просто­ту устройства, область их применения ограничена метеорологи­ческими и аэродинамическими измерениями.

Электрические гигрометры основаны на зависимости электри­ческих свойств некоторых материалов от влажности окружающей среды.

На рис.2 показана схема электрического гигрометра с по­догреваемым датчиком. Чувствительный элемент прибора, погру­жаемый в контролируемую среду, представляет собой тонкостен­ную трубку 1 из нержавеющей стали, покрытую стеклянной ва­той 2. Вата пропитана раствором хлористого лития. Сверху на стеклянную вату намотаны изолированные друг от друга спира­ли 3 из серебряной проволоки, которые питаются переменным то­ком напряжением 24В. На элемент надевается металлическая сетчатая трубка 5, задерживающая сильные газовые струи. В трубку 1 помещен малоинерционный термометр сопротивле­ния 4, к которому подключен измерительный прибор 6 (мост или логометр), градуированный в единицах измерения абсолютной влажности.

Температура хлористого лития, которым пропитана стеклян­ная вата 2, автоматически поддерживается на точке росы. Дости­гается это так. При подаче напряжения на серебряные спирали через раствор хлористого лития проходит электрический ток, нагревая его. Рас­твор нагревается до температуры кристаллизации хлористого лития, что ведет к резкому увеличению сопротивления между электродами, ток уменьшается и температура датчика понижается. Понижение температуры продолжается до тех пор, пока вследствие поглощения влаги из окружающей среды проводимость раствора между обмотками не повысится вновь, что снова приведёт к повышению температуры датчика.

Рисунок 2 - Схема электрического гигрометра с подогреваемым датчиком:

1—трубка; 2—стеклянная вата; 3 — спирали; 4—термометр сопротивления; 5—сетчатая трубка.

Средства измерения вязкости

Вязкость - это свойство жидкостей и газов, характеризующее их сопротивляемость скольжению или сдвигу. Это один из наиболее важных показателей качества нефтепродуктов, в первую очередь масел. За единицу динамической вязкости в международной системе единиц принята вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига в 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Эта единица динамической вязкости имеет размерность Па·с (паскаль - секунда). Кинематическая вязкость в Международной системе единиц имеет размерность м²/с.

Капиллярный вискозиметр

Принцип работы капиллярного вискозиметра основан на зависимости гидравлического сопротивления капиллярной трубки от вязкости пропускаемой через нее с постоянным рас­ходом жидкости при постоянной температуре. Возникающий при этом на капилляре перепад давления и является мерой динамиче­ской вязкости. Эта зависимость выражается законом Пуазейля:

\

где r и l — радиус и длина капилляра соответственно, м; Q₀ — объ­емный расход жидкости через капилляр, м³/с; ΔР — перепад давления на капилляре; k — постоянный коэффициент, учитывающий размерности единиц измерения.

Принцип работы прибора показан на рис. 3. Контролируемая жидкость, пройдя фильтр 1, подается дозирующим шестеренчатым насосом 2 в капилляр 4. Насос приводится в действие синхронным электродвигателем 3, что обеспечивает постоянство расхода жидко­сти. Возникающий на капилляре перепад давления измеряется дифманометром 5. Для исключения зависимости показаний прибора от температуры капилляр помещен в масляный термостат 6, температура в котором автоматически стабилизи­руется с высокой точностью. Для возможно­сти изменения пределов измерения прибор снабжен набором калиброванных капилля­ров. Достоинством данного прибора являет­ся непрерывность процесса измерения.

Рисунок 3 - Принципиальная схема капиллярного вискозиметра:

1 — фильтр; 2 — шестеренчатый насос; 3 — электродвигатель; 4 — капилляр; 5 —

дифманометр; 6 — термостат

Шариковый вискозиметр

Шариковый вискозиметр работа­ет согласно закону Стокса, связывающего скорость свободного падения тела (шарика) в жидкости с ее вязкостью:

где ρ_ш — плотность материала шарика, кг/м ; ρ— плотность жидкости, кг/м³; г — радиус шарика, м; v— скорость свободного падения шарика, м/с; g — ускорение свободного па­дения, м/с².

Шариковые вискозиметры — приборы периодического действия (рис. 4). Датчи­ком прибора является вертикально располо­женная трубка 2 из немагнитного материала.

Изнутри трубку перегораживают две сетки 3 и 5, отстоящие одна от другой по высоте. Между ними помещен небольшой стальной шарик 4. Поверх трубки напротив сеток размещены обмотки диф­ференциально-трансформаторных преобразователей. В исходном состоянии шарик находится на нижней сетке.

При включении в работу насоса 1 поток жидкости устремляется вверх и увлекает за собой шарик. В момент достижения шариком верхней сетки во вторичной обмотке верхнего преобразователя наводится ЭДС, так как шарик играет роль сердечника трансфор­матора. Этот сигнал поступает на электронный блок 7, который вы­ключает двигатель 6 насоса и одновременно включает электриче­ский секундомер, который отсчитывает время свободного падения шарика от верхней до нижней сетки, пропорциональное вязкости жидкости.

Для определения положения шарика также удобно использовать индуктивные датчики с дискретным выходным сигналом.

Преобразователь на основе времени падения шарика вычисляет вязкость среды. Этот цикл автоматически повторяется. Термостатирование трубки на схеме не показано.

Рисунок 4 - Принципиальная схема шарикового вискозиметра: 1 — насос; 2 — трубки; 3, 5 — сетки; 4 — шарик;6 — электродвигатель; 7 -электронный блок с электрическим секундомером

 Средства измерения плотности

Плотностью называется отношение массы тела к его объему r = m/ V, где m и V - соответственно масса и объем тела. Единицей плотности в Международной системе единиц (СИ) является кг/м³. Приборы для измерения плотности называются плотномерами.

Поплавковые плотномеры

Действие поплавкового плотномера основано на законе Ар­химеда. Чувствительным элементом является поплавок, глубина погружения которого в жидкость обратно пропорциональна ее плотности. На рис. 5 показан широко известный простейший переносной плотномер — ареометр. Отсчет значения плотности ведется по вложенной в стеклянную трубку шкале. Пределы изме­рения зависят от веса поплавка. Ареометры применяют в основном в лабораторных анализах. Их выпускают комплектами в широком диапазоне плотностей. Точность измерения плотности такими при­борами достигает 0,1 кг/м³.

Поплавковые плотномеры подразделяют на приборы с плавающим и погруженным в жидкость поплавком. На рисунке 5 показана принципиальная схема плотномера с плавающим поплавком. Плотномер состоит из основного сосуда 1, в котором плавает металлический поплавок 2. Жидкость по входной трубе 6 поступает в переливной сосуд постоянного напора 5 н далее по трубе 7 - в основной сосуд тоже с переливным устройством. Избыточная жидкость стекает но отводящей трубе 9. На выходном конце подводящей трубы 7 имеются отражательные пластины (на рисунке не показаны), предохраняющие поплавок от завихрений в потоке жидкости. Скорость потока устанавливают при помощи диафрагмы на трубе 7, а также взаимным смещением по вертикали сосудов 1 и 5. Изменение плотности жидкости вызывает перемещение поплавка и связанного с ним сердечника 3 (в первичных катушках 4 индукционного моста 11). Таким образом, различной плотности измеряемой жидкости соответствует разная глубина погружения поплавка, а следовательно, и положение сердечника в индукционных катушках электрического преобразователя, которое приводит к изменению сигнала, передаваемого на вторичный прибор. Вторичный прибор 10 (показывающий или регистрирующий) градуируется в единицах плотности. Температурная компенсация осуществляется термометром сопротивления 8, включенным в мостовую схему. Погрешность плотномеров с плавающим поплавком составляет порядка ±1 %.

Рисунок 5 - Плотномер с плавающим поплавком

Резонаторные плотномеры

В резонаторных плотномерах плотность жидкости можно измерять через ее массу при постоянном объеме. Такие плот­номеры подходят для поточного анализа. Поточный анализатор плотности легко реализовать на базе кориолисового расходомера. При измерении плотности используется соот­ношение между массой и собственной частотой колебаний сен­сорной трубки.

В рабочем режиме задающая катушка (рис. 6) питается от преобразователя, при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой. Как только масса измеряемой среды увели­чивается, собственная частота колебаний трубок уменьшается; со­ответственно, при уменьшении массы измеряемой среды собствен­ная частота колебаний трубок увеличивается.

Частота колебаний трубок зависит от их геометрии, материала, конструкции и массы. Масса состоит из двух частей: массы самих трубок и массы измеряемой среды в трубках. Для конкретного ти­поразмера сенсора масса трубок постоянна. Поскольку масса из­меряемой среды в трубках равна произведению плотности среды и внутреннего объема, а объем трубок является также постоянным для конкретного типоразмера, то частота колебаний трубок может быть привязана к плотности среды и опреде­лена путем измерения периода колебаний

Частота колебаний измеряется выходным детектором в циклах в секунду (Гц). Период колебаний, как известно, обратно пропорци­онален частоте. Измерить время цикла легче, чем считать количество циклов, поэтому пре­образователи вычисляют плотность измеряе­мой жидкости, используя период колебаний трубок в микросекундах. Плотность прямо пропорциональна периоду колебаний сен­сорных трубок.

При невозможности применения поточных плотномеров при­меняют погружные плотномеры. В подобных приборах измеряется резонансная частота вибрации камертона, погружаемого в жид­кость. Такие приборы оснащаются системой температурной кор­рекции, работают в ограниченном диапазоне вязкости измеряемой жидкости.

Рисунок 6 - Непрерывный поточный весовой плотномер на основе кориолисового расходомера

2 Методы и приборы для определения состава и показателей качества веществ