Плотномер

Не путать с денситометром .

Плотномер плотность ( денсиметр ) — это устройство, измеряющее объекта или материала. Плотность обычно обозначается сокращенно как $\rho$ или $D$. Обычно плотность имеет единицы измерения: $kg/m^{3}$ или $lb/ft^{3}$. Самый основной принцип расчета плотности заключается в формуле:

$\rho ={\frac {m}{V}}$

Где:

$\rho$ = плотность образца.

$m$ = масса образца.

$V$ = 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 состоят исключительно из плотности твердых веществ, присутствующих в образце.

Плотномер не измеряет удельный вес образца напрямую. Однако удельный вес можно определить с помощью плотномера. Удельный вес определяется как плотность образца по сравнению с плотностью эталона. Эталонная плотность обычно соответствует плотности воды. Удельный вес находится по следующему уравнению:

$SG_{s}={\frac {\rho _{s}}{\rho _{r}}}$

Где:

$SG_{s}$ = удельный вес образца.

$\rho _{s}$ = плотность образца, который необходимо измерить.

$\rho _{r}$ = плотность эталонного материала (обычно воды).

Плотномеры бывают разных видов. Различные типы включают: ядерное , кориолисовое , ультразвуковое, микроволновое и гравитационное . Каждый тип измеряет плотность по-разному. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки.

Плотномеры имеют множество применений в различных отраслях промышленности. Плотномеры используются для измерения суспензий , шламов и других жидкостей, протекающих по трубопроводу. Такие отрасли, как горнодобывающая промышленность , дноуглубительные работы , очистка сточных вод , бумага, нефть и газ, используют плотномеры на различных этапах соответствующих процессов.

Различные типы плотномеров

Кориолис

Плотномеры Кориолиса, также известные как массовые расходомеры или инерционные расходомеры , работают по принципу вибрации для измерения фазовых сдвигов при вибрации изогнутой тонкостенной трубки. Изогнутая тонкостенная трубка вращается вокруг центральной оси. Когда в согнутом участке массы нет, трубка остается раскрученной. Однако когда плотность внутри изогнутой секции увеличивается, часть входящего потока изогнутой трубы отстает от части выходного потока. Это скручивание вызывает фазовые сдвиги, которые приводят к изменениям резонансной частоты тонкостенной трубки. Следовательно, на резонансную частоту напрямую влияет плотность. Среда с более высокой плотностью вызывает больший эффект Кориолиса , если объемный расход постоянен. Текущая среда вызывает частоту и фазовый сдвиг изогнутой трубы, которые пропорциональны массовому расходу пробы.

Кориолисовы расходомеры измеряют массовый расход системы. Они не измеряют объемный расход. Однако объемный расход можно определить на основе измерения массового расхода. Эти измерения ограничены небольшими диаметрами расходомерных трубок. Однако этот метод измерения обеспечивает высокую точность и высокую повторяемость. Измерители Кориолиса также имеют быстрое время отклика.

Кориолисовые счетчики необходимо калибровать по температуре и давлению. Нулевые точки этих значений используются для калибровки системы. Измерители Кориолиса не могут быть откалиброваны во время использования. Разница диапазона используется, чтобы увидеть, как изменились температура и давление.

Ядерный

Ядерные плотномеры работают по принципу измерения гамма-излучения. Гамма-излучение испускается источником. Обычно этим источником является цезий-137 (период полураспада: ~30 лет). Излучение регистрируется сцинтилляционным устройством. Излучение преобразуется во вспышки света. Подсчитывается количество вспышек света. Излучение, поглощаемое массой, не улавливается сцинтилляционным устройством. Поэтому плотность среды обратно пропорциональна излучению, захватываемому и видимому сцинтиллятором.

Область применения измерителей ядерной плотности ограничена тем, что видно с помощью луча гамма-излучения. Размер выборки представляет собой один тонкий столбец небольшой продольной длины.

Ядерное оборудование требует сертифицированного и лицензированного персонала для работы с приборами.

Микроволновая печь

Микроволновые плотномеры имеют различные способы измерения содержания твердых веществ в образце. Все микроволновые измерители измеряют микроволны, но некоторые используют другие методы, такие как измерение изменения скорости распространения микроволн, уменьшения амплитуды, времени прохождения, однофазной разности или двойного фазового сдвига. Каждая техника имеет определенную точность.

В некоторых микроволновых измерителях используется керамический зонд, который вставляется непосредственно в образец. Это позволяет глюкометру иметь прямой контакт с рассматриваемым образцом. Однако это ограничивает типы суспензий и шламов, которые могут течь по трубопроводу. Абразивные суспензии с твердыми частицами могут повредить зонд датчика.

Микроволновые счетчики также ограничены жидкостями с неизменной диэлектрической проницаемостью. Процент твердых веществ в суспензии влияет на диэлектрическую проницаемость всего образца. Обычно процентное содержание твердых веществ более 20% приводит к большим ошибкам. Подобные несоответствия случаются и с большой трубой. диаметры.

Микроволновые счетчики очень хорошо обнаруживают растворенные твердые вещества. Гомогенные растворы легко видны с помощью микроволновых метров. Это делает их подходящими для применений, где раствор является однородным и неабразивным.

Ультразвуковой

Ультразвуковые плотномеры работают на различных принципах расчета плотности. Одним из методов является принцип времени прохождения (также известный как принцип времени пролета). При этом методе в трубе обычно устанавливается датчик, который содержит 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, поскольку она зависит от скорости звука.

Другим методом, который используется в ультразвуковых счетчиках, является метод усреднения энергии огибающей. Этот метод основан не только на амплитуде сигнала, но и на его форме. Эти пакеты информации называются конвертами.

Ультразвуковые доплеровские счетчики измеряют поток суспензии, когда концентрация твердых веществ в суспензии превышает 100 ppm, а взвешенные частицы имеют диаметр более 100 микрон. Однако метод Доплера работает только при концентрации твердых веществ менее 10%.

Компенсации

Температура

Температура влияет на плотность жидкостей. В большинстве случаев повышение температуры указывает на то, что плотность среды снизится. Это указывает на то, что температура и плотность обратно пропорциональны друг другу. Температура также влияет 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

Вибрацию от шума оборудования можно отфильтровать. Вибрация заметна в микроволновых, ультразвуковых, гравиметрических и кориолисовых счетчиках. Вибрация приводит к накоплению ошибок в этих типах счетчиков.

Повреждать

Счетчики Кориолиса имеют компенсацию от точечной коррозии, растрескивания, налета, эрозии и коррозии. Эти повреждения влияют на резонанс трубки. Эти изменения влияют на базовый уровень. Компенсации не могут производиться динамически. Эти повреждения обычно вызывают отклонения, которые можно добавить к существующим калибровочным коэффициентам, что обеспечит получение согласованных показаний.