Измерение плотности, вязкости и влажности

ВВЕДЕНИЕ

На предприятиях химической промышленности, а также при проведении различных научно-исследовательских работ часто возникает необходимость в измерении таких физических показателей, как плотность, вязкость и влажность.

Также, как и измерение температуры, влажность является одним из важных факторов для многих этапов производственного процесса. Так в некоторых технологических процессах необходимо знать влажность исходного сырья или реактивов, так как присутствие даже незначительного количества воды может вызвать сбой в работе оборудования, что приводит в итоге к ухудшению качества продукции. Кроме того, на химических предприятиях приходится бороться с повышенной влажностью.  Влажный воздух может вызывать слеживание и слипание продукции, что сказывается на производительности процесса.

Вязкость и плотность должны контролироваться в различных технологических процессах, связанных с транспортировкой жидкостей, теплопередачей, фильтрацией и другими операциями.

В качестве основного показателя качества вязкость используется для характеристики качества топлива и смазочных материалов, лаков, красок, смол и т. д.

1 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

Плотность – содержание вещества в единице объёма. Также является одним из физических параметров, характеризующих состав и свойства вещества.

Единицы измерения плотности в системе СИ – кг/м3. Приборы, измеряющие плотность, называются плотномерами. Наибольшее распространения имеют следующие виды приборов [2]:

1. поплавковые (ареометрические);
2. весовые;
3. гидростатические;
4. вибрационные;
5. радиоизотопные;
6. ультразвуковые.

Из перечисленных выше методов измерения плотности наиболее часто встречающиеся и широко используемые в производстве и технологических линиях – это радиоизотопный и вибрационный методы [3].

1.1 Поплавковые плотномеры

Принцип действия основан на законе Архимеда. Все поплавковые плотномеры делятся на следующие типы [2]:

1. с плавающим поплавком (мерой плотности является глубина погружения поплавка);
2. с погруженным поплавком (здесь же мерой плотности служит величина выталкивающей силы).

Плотномер с плавающим поплавком, схема которого представлена на рисунке 1, применим для определения плотности относительно однородных и чистых жидких сред. Они различны по конструкции и форме поплавкового устройства.

[pic 1]

Рисунок 1 – Схема измерителя плотности с плавающим поплавком [2].

При постоянном уровне в проточном резервуаре значение погружения поплавка 1 изменяется в зависимости от плотности среды. Поршень 2, связанный с поплавком, изменяет ЭДС во вторичной обмотке индуктора 3 пропорционально изменению плотности [2].

Плавающий поплавок развивает усилие [2]:

[pic 2]

где g – ускорение свободного падения; x – величина погружения поплавка; s – площадь поверхности поплавка.

Главный недостаток таких плотномеров – низкая точность измерений. Также их невозможно использовать для жидких сред с быстро оседающей дисперсной фазой. Проблему, связанную с загрязнением поплавка, можно решить с помощью принудительной вибрации или ультразвукового воздействия, в результате которых производится встряхивание осевших на поплавок частиц. Но в таком случается конструкция средства измерения значительно усложняется. [4].

Также один из основных недостатков таких плотномеров – громоздкость поплавка (значительная высота).  Приборы с погружённым поплавком не имеют такого недостатка, так как поплавок всегда остается погруженным и перемещается на небольшую величину, а измеряется величина выталкивающей силы F, которая определяет плотность (Рисунок 2).

[pic 3]

Рисунок 2 – Буйковый плотномер [2].

Кроме того, ареометры с погружным поплавком имеют более равномерную шкалу по сравнению с ареометрами с плавающим поплавком, а также за счет поверхностного натяжения среды имеют меньшую погрешность измерения. Современные приборы данного типа выпускают следующие производители: Tobias Associates (США), ООО «Союзцветметавтоматика» (Россия) (Рисунок 3), Lemis Baltic (Латвия), Атом (Россия), и др. [4].