Денсиметри
- ~ВІКІПЕДІЯ.files/image002.gif~ДЕНСИМЕТРИ*
- *
- *
Саме слово «денсиметр» походить від латинського слова densus (densi), що означає «щільний», і грецького metreo, що в перекладі - «вимірюю». Об'єднавши ці два слова, можна дати визначення або дефініцію слова «денсиметром».Денсиметр - це засіб для вимірювання щільності різних речовин. Одним із синонімів денсиметра є слово щільномір.Денсиметр може застосовуватися як для твердих, так і для рідких і газоподібних речовин.По методу визначення щільності розрізняють денсиметри : поплавковий, гідростатичний, вібраційний, резонансний і т.д. А по своїй конструкції ці засоби вимірювання підрозділяється на електронні та неелектронні.
- Вагові (пікнометричні) денсиметри*
Принцип дії цих механічних денсиметрів полягає в безперервному зважуванні постійного об’єму аналізованої речовини у певній ємності або трубопроводі, тобто відповідно до виразів (1)-(3)
ВІКІПЕДІЯ.files/image004.jpg[одиниця маси]/[одиниця об’єму] (1)
Питомою вагою γ речовини називають фізичну величину, обумовлену відношенням ваги G речовини до її об’єму V:
ВІКІПЕДІЯ.files/image006.jpg [одиниця сили]/[ одиниця об’єму] (2)
Питома вага і густина зв'язані співвідношенням
ВІКІПЕДІЯ.files/image008.jpg(3)
де g — місцеве прискорення вільного падіння.
густина визначається через питому вагу.
Схема найпоширенішого вагового денсиметра рідин показана на рис.1 Чутливим елементом денсиметра є U-подібна трубка 7, виготовлена з нержавіючої сталі, з'єднана через тягу 3 з важелем 4. Кінці трубки 7 через сильфони 2 з'єднані з нерухомими патрубками 1, через які подається аналізована рідина. Наявність сильфонів 2 дозволяє трубці 7 обертатися навколо осі 0 — 0. При збільшенні густини рідини збільшується маса трубки з рідиною, що через важіль 4 передається до механоелектричного або механопневматичного перетворювача 5, побудованого за принципом компенсації сил, вихідний сигнал_ __С__вих_ якого пропорційний зміні густини аналізованої рідини. Противага 6, яка укріплена на важелі 4, служить для зрівноважування моменту сил, створюваного трубкою 7 з рідиною при обраній нижній межі вимірювання густини. Пристрій 8 служить для автоматичного введення виправлення до сигналу денсиметра залежно від температури аналізованої рідини, яку цей пристрій безупинно вимірює.
ВІКІПЕДІЯ.files/image010.jpg
Рис.1-Схема вагового денсиметра
Денсиметри даної конструкції дозволяють вимірювати густину в інтервалі 0,5-2,5 г/см3. При цьому може бути встановлений діапазон вимірювання 0,05-0,3г/см3 у будь-якій частині зазначеного інтервалу. Максимальна температура аналізованої рідини 100°С, класи точності 1-1,5.
- Поплавкові (ареометричні) денсиметри*
Принцип дії цих механічних денсиметрів побудований на безперервному вимірюванні виштовхувальної (підйомної) сили, яка діє на поплавець, частково або повністю зануреного в аналізовану речовину.
На рис. 2 показана схема поплавкового денсиметра рідин із частково зануреним поплавцем 2, розміщеним у ємності 1. Через цю ємність безупинно прокачується аналізована рідина. За рахунок переливання в ємності підтримується постійний рівень. Аналізована рідина витікає із денсиметра через збірник 3. При зміні густини рідини змінюється ступінь занурення поплавця 2 у ємність. Досягнення положення рівноваги сил _N_ і _G__П_ забезпечується глибиною занурення поплавця, при цьому змінюється довжина l стрижня 4, зануреного в рідину. Переміщення поплавця 2 перетворюється в електричний сигнал за допомогою диференціального трансформатора 5.
Вага поплавця 2 зі стрижнем 4 (у повітрі) _G__П_ і виштовхувальна сила _N_, діюча на поплавець, описуються виразами
ВІКІПЕДІЯ.files/image012.jpg
Рис.2 – Поплавковий денсиметр
ВІКІПЕДІЯ.files/image014.jpg , (4)
де_ m_ - маса поплавця і стрижня;
_V_ - об’єм поплавця;
_l_ - довжина ділянки стрижня, зануреного в рідину;
_S_ - площа поперечного перерізу стрижня.
При рівності сил_ __G__П_ і _N_ з виразу (4) з урахуванням дії на стрижень на поверхні поділу фаз сил поверхневого натягу можна визначити величину ходу стрижня l. Як бачимо, довжина l, а отже, і сигнал диференціального трансформатора 5 однозначно пов'язані із густиною рідини. Масу _m_ підбирають залежно від діапазону вимірювання.
Існує багато різних конструкцій денсиметрів із частково зануреним поплавцем. Вони мають високу чутливість, що дозволяє здійснювати вимірювання густини у вузькому діапазоні (усього 0,005—0,01 г/см3) з похибкою ±(1,5-3)% від діапазону вимірювання.
- *
- Гідро- і аеростатичні денсиметри*
Принцип дії цих механічних денсиметрів побудовано на залежності тиску Р стовпа аналізованої рідини або газу від густини ρ цих середовищ:
ВІКІПЕДІЯ.files/image016.jpg (5)
де _Н_— висота стовпа рідини або газу.
Якщо значення _Н_ взяти постійним, то тиск _Р_ однозначно визначається густиною середовища.
ВІКІПЕДІЯ.files/image018.jpg
Рис.3 – Схема гідростатичного денсиметра
принцип дії якого побудовано на вимірю-ванні гідростатичного тиску методом продувки стисненого газу, показана на рис.3. Такі денсиметри викори-стовуються в хіміко-технологічних процесах для вимірювання густини безпосередньо в техно-логічних апаратах. В апараті 7 установлені трубки 1 і 2 з різною глибиною занурення.
Газ (звичайне повітря) від регулятора витрати 5 надходить до пневматичних дроселів 3 і 4, а потім до трубок 2 і 1. Через відкриті торці трубок газ барботує через рідину. Тиск газу в трубках 1 і 2 визначається гідростатичним тиском стовпа рідин висотою _Н__1_ і _Н__2_. Різниця тисків у трубках вимірюється дифманометром 6 із пневматичним або електричним вихідним сигналом. Цей перепад визначається виразом
ВІКІПЕДІЯ.files/image020.jpg (6)
Наявність двох трубок дозволяє виключити вплив на результат вимірювання можливих змін рівня рідини в апараті.
Одним з найбільш удосконалених і чутливих є аеростатичний денсиметр (рис.4), у якому використовується комбінація механічного і теплового ефектів. Аналізований газ із постійною об'ємною витратою надходить у трубку 2, а в трубку 3
ВІКІПЕДІЯ.files/image022.jpg
Рис.4 – Аеростатичний денсиметр
При постійному тиску надходить допоміжний газ (звичайне повітря). Газові потоки виводяться через трубку 1. Трубки 1, 2 і 3 розміщені вертикально. При зміні густини аналізованого газу змінюється аеростатичний тиск стовпа газу в трубці 2, а отже, і тиск у точці А. Тому змінюється витрата повітря, яке обвітрює резисторний вимірювальний термоанемометр _R__B_, у результаті чого змінюється його опір. Опір порівняльного термоанемометра _R__пор_ залишається постійним, тому що потік повітря, яке його обвітрює, практично не змінюється. Зміна опору термоанемометра _R__B_ спричиняє розбаланс _U_ нерівноважного
мосту 4.
Цей розбаланс описується виразом
ВІКІПЕДІЯ.files/image024.jpg(7)
де _К_ — коефіцієнт перетворення денсиметра;
_ρ__B_ — густина повітря.
Денсиметр термостатируєтся при температурі 40 або 45°С, і забезпечує вимірювання густини в межах 0-3 кг/см3 з діапазоном вимірювання, відліченим від значення густини повітря при 20°С, ± (0,01-1,5) кг/м3 і класами точності
2—5 (залежно від діапазону вимірювання).
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- *
- Гідро- газо(аеро)динамічні денсиметри*
Принцип дії цих механічних денсиметрів побудовано на наданні потоку аналізованої речовини додаткової кінетичної енергії і на вимірюванні параметрів, що характеризують ефекти, які виникають при цьому впливі. В основному зазначені денсиметри застосовуються для вимірювання малої за значенням густини газів.
- *
ВІКІПЕДІЯ.files/image026.jpg
Рис.5 - - Аеродинамічний денсиметр
На рис.5 показана спрощена схема газо-динамічного денсиметра. У денсиметрі потоку аналізованого газу, що проходить через камеру 2, надається кінетична енергія турбинкою 3, яка приводиться в обертовий рух синхронним двигуном 1. Потік газу надходить до турбинки 4 і створює на ній за рахунок своєї кінетичної енергії обертовий момент, який виражений формулою
ВІКІПЕДІЯ.files/image028.jpg (8)
де _k_ – постійний коефіцієнт;
_ω_ - частота обертання турбинки 3.
Під дією цього моменту турбинка 4 повертається, а виникаючий на ній момент урівноважується моментом, створюваним на осі 8 плоскою пружиною 5. Кут повороту осі 8 і стрілки 6 за шкалою пропорційний густині газу. За допомогою перетворювача 7 кут повороту перетворюється в уніфікований сигнал. Клас точності розглянутого денсиметра 0,5-1,5 (залежно від діапазону вимірювання).
- Вібраційні денсиметри*
Принцип дії цих механічних денсиметрів побудовано на залежності параметрів пружних коливань (вібрації), які передаються камері з аналізованою речовиною або тілу, розміщеному в ньому, від густини цієї речовини. Звичайно як параметр пружних коливань використовується частота власних коливань резонатора, який перебуває в режимі автоколивань. Резонатори вібраційних денсиметрів виконують у вигляді трубки, пластини, стрижня, струни, камертона і т.д. Частота власних коливань резонатора, який знаходиться в аналізованій речовині, описується в загальному випадку виразом
ВІКІПЕДІЯ.files/image030.jpg(9)
де _f__0_ — частота коливань резонатора при початковому значенні густини аналізованої речовини;
_k_ — константа, що залежить від конструкції резонатора.
Конструктивно розрізняють проточні і заглибні вібраційні денсиметри. У перших аналізована речовина проходить через внутрішню порожнину резонатора, у других — резонатор розміщується в потоці аналізованої речовини, діапазон вимірювання даних денсиметрів 690—1050 кг/м3, температура рідини 10—100°С; абсолютна похибка вимірювання ±1,5 кг/м3.
Список використаної літератури
1. Фарзане Н.Г. Технологические измерения и приборы: учеб. /Н.Г.Фарзане, Л.В.Илясов, А.Ю.Алим-заде. - М., 1989.- 456 с.
2. Мурин Г.А. Теплотехнические измерения: учеб./ Г.А.Мурин. - М., 1979. -424 с.
