Доклад - Анализ плотномеров
Подождите немного. Документ загружается.
пара. Тогда искомая его плотность при температуре t в термостате 10 и
давлении P в сосуде 1 составит ρ=M/V, где V – вместимость баллона.
После измерений нижнюю часть весов прогревают до 200-250°С в течение 10
- 15 мин и при закрытом кране 4, открытых кранах 6 и 8 удаляют вакуум-
насосом пар из адсорбента. Пар конденсируется в ловушке вакуум-насоса.
Погрешность адсорбционного плотномера ±0,1%. Его можно также
применять для измерения плотности газов, причем при повышенных давлениях
и температурах.
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ ПЛОТНОМЕРЫ
Гидростатический метод измерения плотности жидкости основан на
зависимости гидростатического давления Р столба жидкости высотой Н от
плотности ρ жидкости. Эта зависимость определяется формулой:
Р= ρgH
Следовательно, по результатам измерения высоты давления столба жидкости
легко определить плотность этой жидкости.
Рис.14. Гидростатический плотномер с продувкой газа.
К гидростатическим плотномерам относится прибор, принцип действия
которого основан на измерении давления, необходимого для отрыва пузырька газа
от кромки трубки, вертикально погруженной в испытуемую жидкость. Схема
такого устройства показана на Рис.14. В сосуд 1 с жидкостью по трубке 4
подается из баллона 3 газ, не взаимодействующий с жидкостью, так, что он
выходит из трубки отдельными пузырями. Давление газа измеряют жидкостным
манометром 2. Давление, которое преодолевает пузырек газа в момент отрыва от
трубки, равно сумме гидростатического давления столба жидкости высотой H,
совпадающей с глубиной погружения трубки, и давления в пузырьке. Тогда
имеем следующее уравнение:
gh
R
gH
M
2
где σ — поверхностное натяжение жидкости на границе с газом; R — радиус
пузырька; ρ
м
— плотность манометрической жидкости.
СТРУЙНЫЕ ПЛОТНОМЕРЫ
При измерении плотности газов широко используют струйные (или так
называемые эффузионные) плотномеры, принцип действия которых основан на
зависимости между плотностью газа и скоростью его истечения из отверстия.
Рис.15. Принципиальная схема струйного плотномера.
Принцип действия струйного (эффузионного) плотномера пояснен на рис. 5-
5. Открытая снизу стеклянная трубка 3 (Рис.15,а) помещена в цилиндр 2 с
жидкостью. На трубке нанесены две контрольные метки 1. Испытуемый газ
через трехходовой кран 4 вводят в полость трубки над жидкостью при
перекрытом отверстии 5 так, чтобы уровень жидкости опустился под нижнюю
отметку. После открытия отверстия газ выходит из трубки и уровень жидкости в
ней поднимается. В моменты прохождения жидкостью нижней (рис.15,б) и
верхней (рис.15,в) меток соответственно включают и выключают секундомер,
который и покажет время истечения газа. Избыточное давление в трубке в
указанные моменты определяется уровнем жидкости l
1
и l
2
. В расчет вводят
среднее значение давления.
В качестве затворной жидкости используют воду, маловязкое масло или
ртуть, а в качестве контрольного газа — воздух. Выпускным элементом
прибора обычно является диафрагма или сопло, выполненные в виде тонкой
пластины с отверстием требуемой формы.
Для повышения точности измерения уровня жидкости рекомендуется зоны
трубки, в которых находятся метки делать суженными. Включение и выключение
секундомера можно автоматизировать. Например, если затворной жидкостью
служит ртуть, то в трубку на уровнях меток впаивают платиновые контакты,
которые включены в электрическую цепь секундомера. Заполнение цилиндра
жидкостью производят при помощи сосуда, соединенного с нижней частью
цилиндра резиновым шлангом и установленного на штативе с регулируемой
высотой.
К рассмотренным плотномерам примыкает также группа приборов,
основанных на использовании турбулентных дросселей и струйных элементов,
которые образуют перспективное направление развития приборостроения.
ПОПЛАВКОВЫЕ И ПОПЛАВКОВО - ВЕСОВЫЕ
ПЛОТНОМЕРЫ
Действие плотномеров, чувствительным элементом которых служит
поплавок, основано на принципе ареометра. Они бывают частично
(плавающими) или полностью (погруженными) погруженные.
Поплавковые и поплавково-весовые плотномеры обладают высокой
чувствительностью. Они предназначены для измерения плотности гомогенных
сравнительно чистых жидкостей, а также тонких суспензий. Взвешенные
частицы в жидкости могут оседать на поверхности поплавка и тем самым
искажать показания прибора.
Рис.16. Схема плотномера с плавающим поплавком.
Жидкость в плотномере с плавающим поплавком (Рис.16) по входной
трубе 8 поступает в переливной сосуд 7, обеспечивающий постоянство напора,
а оттуда по подводящей трубе 5 в измерительный сосуд 3, который также
снабжен переливным устройством. Требуемая скорость потока устанавливается
при помощи диафрагмы 6, а также путем регулирования разности уровней в
обоих сосудах (при их взаимном смещении по вертикали). Для отвода излишка
жидкости имеется труба 11. Изменение плотности жидкости вызывает
перемещение (по вертикали) металлического поплавка 10 и связанного с ним
сердечника. Перемещение сердечника через индуктивный датчик 9, включенный
в схему измерительного моста 1, передается на вторичный показывающий и
самопишущий прибор (или автоматический регулятор) 2, градуированный в
единицах плотности. Для коррекции показаний на изменение температуры в
схему включен термометр сопротивления 4. Сердечник может быть присоединен
и к нижней части поплавка. Возможно расположение переливной трубки внутри
поплавкового сосуда. Чтобы исключить возможность образования завихрений в
потоке жидкости, которые нарушали бы плавность перемещений поплавка, на
выходном конце трубы устанавливаются отражательные пластины.
Простота конструкции плотномера позволяет изготовлять его из
коррозионностойких материалов и применять при работе с агрессивными
жидкостями и при высоком давлении.
В ряде конструкций плотномеров, плавающий поплавок с сердечником
датчика перемещений подвешен к пружине непосредственно (Рис.17,а) или через
промежуточную вялую мембрану, причем в компенсационных приборах верхний
конец пружины укреплен на рычаге узла обратной связи. При этом влияние
изменения
скорости потока жидкости на выходной сигнал прибора исключается,
если поплавок соединен с двумя сердечниками дифференциально-
трансформаторных датчиков и подпружинен с двух сторон вдоль оси как
показано на Рис.17,б.
Рис.17. Плотномеры с плавающим поплавком, уравновешенным пружиной.
а — с одним датчиком; б — с двумя датчиками; 1 — резервуар с жидкостью; 2 —
поплавок; 3 — проволока; 4 — индуктивный датчик перемещений; 5 — сердечник; 6 —i
пружина; 7 — дифференциально-трансформаторный датчик; 8 — гибкая связь.
Соответствующей конструкцией поплавка можно обеспечить
автоматическую температурную компенсацию. Так, например, поплавок
переменной вместимости выполняют в виде тонкостенного сильфона и
заполняют измеряемой жидкостью. Температурные изменения плотности
жидкости компенсируются изменением объема поплавка.
Плотномеры с погруженным поплавком часто выполняют как поплавково-
весовые. Компенсационный прибор (Рис.18) с пневматическим
преобразователем, основанным на принципе уравновешивания сил.
Рис.18. Схема компенсационного плотномера с пневмопреобразователем.
1— манометр;2— толкатель;3— мембрана обратной связи;4— рычаг;5 —
уплотнительный сильфон;6 — кольцевой распылитель;7 — нижний отводящий патрубок;8 —
отводящая труба;9 — верхний отводящий патрубок;10 — вентиль;11 — трубопровод;12 —
подводящая труба;13 — поплавок;14 — измерительная камера;15 — регулятор нижнего
предела измерений;16 — ролик;17 — коромысло;18 — заслонка;19 — сопло;20 — дроссель.
Часть жидкости, протекающей по трубопроводу, непрерывно поступает в
измерительную камеру под действием перепада давления, который создается
вентилем или каким-либо другим устройством для сужения потока. Жидкость
течет снизу вверх вдоль верхней половины поплавка и сверху вниз вдоль его
нижней половины, что обеспечивает минимальное воздействие потока на
поплавок. Поплавок посажен на конце коромысла, уравновешенного
противовесом так, чтобы поплавок начинал перемещаться вверх в жидкости
наименьшей плотности, равной нижнему пределу измерений прибора. При
измерениях коромысло удерживается в исходном положении равновесия при
помощи пневматического преобразования содержащего сопло-заслонку и
систему обратной связи, в которую входит мембрана с толкателем.
Рис.19. Схема компенсационного плотномера с электропреобразователем.
1—уравновешивающий груз;2—гибкая тяга;3 — стержень;4—траверса;5—резьбовой
валик;6 — настроечные грузы;7 — уплотнительный сильфон;8—крестообразный шарнир;9—
плита;10 — стержень;11 — измерительная камера;12 — поплавок;13, 17 — выводные трубки;
14—входная трубка;15,16—камеры с термобаллонами;18—рычаг обратной связи;19—
демпфер;20—сеточная катушка генератора высокой частоты;21—экран;22—катушка
обратной связи;23—постоянный магнит;24—корпус;26—пылезащитный сильфон.
На Рис.19 показана схема аналогичного плотномера. оснащенного
электрическим узлом обратной связи с устройством температурной
компенсации, автоматически приводящим значение плотности к 20°С.
Максимальный расход жидкости 0,5 м
3
/ч, давление— до 2 МПа, температура—
до 110°С. Диапазон измерений 500—1200 кг/м
3
. Диапазон шкалы 50, 100 или 150
кг/м
3
; погрешность ±1% диапазона, выходной сигнал 0—20 мА.
Оригинальной разновидностью поплавковых плотномеров является прибор с
поворотным поплавком. Цилиндрический поплавок с горизонтальной осью
крепится эксцентрично на торце диска, расположенного вертикально, или
кольца. Мерой плотности жидкости служит угол поворота цилиндра с диском
относительно оси диска. Существуют и другие конструкции поворотных
поплавков. Плотномер с двумя поворотными поплавками позволяет вести изме-
рения и на движущихся объектах.
ОБЪЕМНО-ВЕСОВЫЕ ПЛОТНОМЕРЫ
Принцип действия объемно-весовых плотномеров основан на том, что масса
вещества при неизменном его объеме прямо пропорциональна плотности, т.е. для
измерения плотности достаточно непрерывно взвешивать определенный объем
вещества, протекающего по трубопроводу.
Основные преимущества этих плотномеров: возможность применения для
пульп, суспензий, загрязненных, вязких и летучих жидкостей; независимость
показаний от свойств и скорости протекания жидкости; возможность измерения
при повышенном давлении (2,5 МПа); постоянное поперечное сечение
измерительной полости прибора, что исключает осаждение твердых включений,
содержащихся в потоке, высокая чувствительность и малая погрешность (от ±0,5
до ±1%); возможность регулирования диапазона измерений в широких пределах
(от 100 до 2000 кг/м
3
). Ограничение области применения объемно-весовых
плотномеров связано с недопустимостью газовых включений в жидкости.
Типичная схема, в которой непосредственно реализуется указанный выше
принцип, показана на Рис.20,а. Измерительный сосуд известного объема
соединен снизу и сверху с винтовыми трубчатыми пружинами, которые служат
для ввода и отвода жидкости. Масса сосуда как мера искомой плотности
измеряется коромысловыми весами.
Перемещение пружины и противовеса фиксируется при помощи
индуктивного преобразователя. Погрешность прибора составляет ± 1 %
диапазона измерений.
Рис.20. Схемы объемно-весовых плотномеров с подвижным сосудом.
а — с коромысловыми весами; б — с индуктивным преобразователем; 1 — регулятор
нулевого положения; 2 — сменный груз для настройки диапазона измерений; 3 —
коромысло; 4 — стрелка; 5 — противовес; 6 — измерительный сосуд; 7 — трубчатая
пружина; 8 — блок; 9 — трос; 10 — противовес; 11 — к индуктивному преобразователю; 12
— пружина.
Взвешивание сосуда с протекающей жидкостью возможно также при помощи
тензорезисторного устройства. Сосуд сверху и снизу подвешен на двух парал-
лельных плоских пружинах, на обеих сторонах которых наклеены
тензометрические датчики. Датчики включены в мостовую схему
автоматического потенциометра.