Измеритель плотности , также известный как плотномер , представляет собой устройство , которое измеряет плотность . Плотность обычно обозначается как или же . Как правило, плотность выражается в единицах: или же . Самый простой принцип расчета плотности по формуле:
Где:
- = плотность образца.
- = масса образца.
- = объем образца.
Многие плотномеры могут измерять как влажную, так и сухую часть образца. Влажная часть включает плотность всех жидкостей, присутствующих в образце. Сухие твердые вещества включают только плотность твердых веществ, присутствующих в образце.
Плотномер не измеряет непосредственно удельный вес образца. Однако удельный вес можно определить с помощью плотномера. Удельный вес определяется как плотность образца по сравнению с плотностью эталона. Контрольная плотность обычно соответствует плотности воды. Удельный вес определяется по следующему уравнению:
Где:
- = удельный вес образца.
- = плотность образца, который необходимо измерить.
- = плотность стандартного материала (обычно воды).
Плотномеры бывают разных видов. Различные типы включают: ядерный , кориолисовый , ультразвуковой, микроволновый и гравитационный . Каждый тип измеряет плотность по-своему. У каждого вида есть свои достоинства и недостатки.
Измерители плотности находят множество применений в различных сферах промышленности. Плотномеры используются для измерения шламов , шламов и других жидкостей, протекающих по трубопроводу. В таких отраслях, как горнодобывающая промышленность , дноуглубительные работы , очистка сточных вод , бумага, нефть и газ, используются плотномеры в различных точках во время соответствующих процессов.
Различные типы плотномеров
Красный метр
Красные измерители работают по принципу силы тяжести для расчета плотности образца. Гибкий шланг используется для определения изменения веса. Используя принцип отклонения балки от двух неподвижных концов, можно рассчитать вес. Увеличение веса приводит к большему прогибу. Уменьшение веса приводит к меньшему прогибу. Объем внутри шланга никогда не меняется. Поскольку объем постоянен, а вес известен, плотность легко вычисляется на основе этой информации. [1]
Смещение измеряется с помощью высокоточного лазера смещения. Отклонения микронной шкалы [2] можно определить с помощью плотномера. На этой шкале видны незначительные изменения веса.
Весь объем измеряется гравиметрическими методами. Это означает, что размер выборки - это весь объем того, что необходимо измерить.
Устройства для определения характеристик процесса чаще всего используются для расчета плотности сыпучих и влажных суспензий, однако они также позволяют отслеживать различные характеристики процесса, такие как температура и массовый расход. Устройства для определения характеристик процесса используют минимум теории, что делает их наиболее точным выбором в зависимости от области применения. Используя уравнение объем известен, как только мы найдем массу, мы сможем найти плотность.
Кориолис
Измерители плотности Кориолиса , также известные как массовые расходомеры или инерционные расходомеры , работают по принципу вибрации для измерения фазовых сдвигов при вибрации изогнутой тонкостенной трубки. Гнутая тонкостенная трубка вращается вокруг центральной оси. Когда в изогнутом участке нет массы, трубка остается раскрученной. Однако, когда плотность внутри изогнутой секции увеличивается, часть входящего потока изогнутой трубы увлекается за выходящей частью. Это скручивание вызывает фазовые сдвиги, которые приводят к изменению резонансной частоты тонкостенной трубки. Следовательно, на резонансную частоту напрямую влияет плотность. Среда с более высокой плотностью вызывает больший эффект Кориолиса, если объемный расход постоянен. Текущие среды вызывают частоту и фазовый сдвиг изогнутой трубы, которые пропорциональны массовому расходу пробы.
Измерители Кориолиса измеряют массовый расход системы. Они не измеряют объемный расход. Однако объемный расход можно вывести из измерения массового расхода. Эти измерения ограничиваются небольшими диаметрами расходомерных трубок. Однако этот метод измерения обеспечивает высокую точность и повторяемость. Измерители Кориолиса также имеют быстрое время отклика.
Измерители Кориолиса необходимо калибровать по температуре и давлению. Нулевые точки для этих значений используются для калибровки системы. Калибровка кориолисовых расходомеров во время использования невозможна. Разница диапазона используется, чтобы увидеть, как изменились температура и давление.
Ядерная
Ядерные плотномеры работают по принципу измерения гамма-излучения. Гамма-излучение исходит от источника. Этим источником обычно является цезий-137 (период полураспада: ~ 30 лет). Излучение наблюдается сцинтилляционным устройством. Излучение превращается в вспышки света. Подсчитывается количество вспышек света. Излучение, которое поглощается массой, не воспринимается сцинтиллятором. Следовательно, плотность среды обратно пропорциональна излучению, улавливаемому и видимому сцинтиллятором.
Ядерные плотномеры ограничены по объему тем, что видно пучком гамма-излучения. Размер образца представляет собой одну тонкую колонку с небольшой продольной длиной.
Ядерному оборудованию требуется сертифицированный и лицензированный персонал для работы с приборами. [3]
СВЧ
У микроволновых плотномеров есть различные способы измерения твердых частиц в образце. Все микроволновые измерители измеряют микроволны, но некоторые используют другие методы, такие как измерение изменения скорости распространения микроволн, уменьшения амплитуды, времени пролета, разности одной фазы или сдвига фаз. У каждой техники есть определенная точность. [4]
В некоторых микроволновых измерителях используется керамический зонд, который вставляется непосредственно в образец. Это позволяет измерителю иметь прямой контакт с исследуемым образцом. Однако это ограничивает типы шламов и шламов, которые могут течь по трубопроводу. Абразивные суспензии с частицами могут повредить сенсорный зонд.
Микроволновые измерители также ограничены жидкостями с неизменной диэлектрической проницаемостью. Процент твердых частиц в суспензии влияет на диэлектрическую проницаемость всего образца. Как правило, содержание твердых частиц более 20% приводит к большим ошибкам. Подобные несоответствия случаются и с трубами большого диаметра.
Микроволновые измерители очень хорошо обнаруживают растворенные твердые частицы. Однородные растворы легко увидеть с помощью микроволновых приборов. Это делает их пригодными для применений, где раствор является однородным и неабразивным.
Ультразвуковой
Ультразвуковые плотномеры рассчитывают плотность по разным принципам. Один из методов - принцип времени прохождения (также известный как принцип времени полета). При использовании этого метода в трубу обычно устанавливают датчик, который имеет ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемник в одной конструкции. Ультразвуковой плотномер рассчитывает скорость звука, используя известное расстояние между передатчиком и приемником и измеренное время прохождения. Теперь измерительный прибор может рассчитать плотность, так как она зависит от скорости звука. [5]
Другой метод, который используется в ультразвуковых счетчиках, - это метод среднего значения энергии огибающей. Этот метод основан не только на амплитуде сигнала, но и на его форме. Эти пакеты информации называются конвертами.
Доплеровские ультразвуковые измерители измеряют поток суспензии, когда концентрация твердых частиц в суспензии превышает 100 частей на миллион, а взвешенные частицы имеют диаметр более 100 микрон. Однако метод Доплера работает только при концентрациях твердых веществ менее 10%. [6]
Компенсации
Температура
Температура влияет на плотность жидкостей. В большинстве случаев повышение температуры свидетельствует об уменьшении плотности носителя. Это указывает на то, что температура и плотность обратно пропорциональны друг другу. Температура влияет и на сами счетчики. Массовые расходомеры имеют разные резонансные частоты при разных температурах.
Давление
Давление изменяет жесткость трубки массового расхода. Давление влияет на жесткость гравиметрических счетчиков.
Вибрация
Вибрация от шума растений может быть отфильтрована. Вибрация проявляется в микроволновых, ультразвуковых, гравиметрических и кориолисовых измерителях. Вибрация приводит к накоплению ошибок в счетчиках такого типа.
Повреждать
Расходомеры Кориолиса имеют компенсацию от точечной коррозии, растрескивания, налетов, эрозии и коррозии. Эти повреждения влияют на то, как трубка резонирует. Эти изменения влияют на базовый уровень. Компенсации не могут производиться динамически. Эти повреждения обычно вызывают смещения, которые могут быть добавлены к существующим калибровочным коэффициентам, что гарантирует получение согласованных показаний.
Рекомендации
- ^ https://redmeters.com/wp-content/uploads/2019/03/Red-Meters-Specifications-Overview.pdf
- ^ Горное дело, технологии. "Устройство для определения характеристик процесса Red Meters горной техники" . Горнодобывающая техника | Новости и обзоры майнинга обновляются ежедневно . Проверено 11 апреля 2019 .
- ^ «Сравните плотномеры: полный анализ» . Красные метры . 2019-04-11 . Проверено 29 марта 2021 .
- ^ http://www.wwdmag.com/meters/microwave-propagation-helps-measure-sludge-de density.
- ^ «Звуковая скорость» . www.sensotech.com . Проверено 14 октября 2020 .
- ^ «Сравните плотномеры: полный анализ» . Красные метры . 2019-04-11 . Проверено 29 марта 2021 .