Плотность. Системы измерения плотности, страница 2

Методы плавучести

На тело, погруженное или частично погруженное в жид­кость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом (закон Архимеда). Поплавковые плотномеры:

Приборы с плавающим поплавком – измеряют глубину погружения поплавка.

Приборы с погруженным поплавком – измеряют силу, действующую на 

                                                                  поплавок.

Ареометры

Простой ареометр (Рис. 12.2) — это, в сущности, взвешен­ная трубка, которая плавает в жидкости, погружаясь на глубину, зависящую от плотности этой жидкости. Вес ареометра в этом случае будет равен весу жидкости, вытесненной им. Шкала на узкой части прибора дает возможность считывать величину плотности по цифре, соответствующей уровню поверхности жидкости. Инструмент прост и дешев.

Методы по измерению давления

Разница давлений между двумя уровнями в жидкости или га­зе равна hρg, где h — это расстояние между уровнями по верти­кали, ρ — плотность жидкости, g — ускорение земного притя­жения.

Методы по перепаду давления

На Рис. 12.3 показаны три варианта методов, которые могут быть использованы для измерения плотности жидкости. На Рис. 12.3а уровень жидкости в емкости поддерживается посто­янный. Таким образом, давление на некотором уровне ниже по­верхности зависит только от плотности жидкости. На Рис. 12.3б перепад давления измеряется между двумя различными уровня­ми жидкости, который будет прямо пропорциональный плотно­сти жидкости. Такой метод известен как метод «с мокрой тру­бой». Этот метод обычно использует разделительную жидкость в «мокрой трубе», которая имеет большую плотность, чем рабо­чая жидкость, и не смешивается с ней. В тех случаях, когда раз делительную жидкость использовать нельзя, может применять­ся повторитель давления (Рис. 12.3в). Повторитель воспроизво­дит давление в точке верхнего уровня и позволяет измеритель­ному устройству контролировать перепад давления между дву­мя уровнями.

Пузырьковый метод

Пузырьковый метод (см. в главе 17 использование этого ме­тода для измерения уровня) основан на том принципе, что дав­ление в трубке, открытый конец которой погружен в жидкость, при подаче в нее газа ограничивается вытекающим газом в виде пузырьков.

На Рис. 12.4 показано устройство, состоящее из двух трубок, которые подключены к одному и тому же источнику га­за. Открытые концы трубок размещены на разной глубине в жидкости, и это создает перепад давления между двумя трубка­ми. При постоянной разнице высот между трубками перепад давления будет связан с плотностью жидкости. Следовательно, измерение величины перепада давления является здесь мерой плотности жидкости. Такой метод не подходит для закрытых со­судов или жидкостей, содержащих твердые частицы, которые могут блокировать трубки. Данный метод может применяться для агрессивных жидкостей, только если трубки, погруженные в жидкость, будут защищены соответствующим образом.

Вибрационные методы

Частота, с которой проволока или труба, закрепленные на обоих концах, будут свободно колебаться, зависит от длины между зажимами, массы на единицу длины и натяжения или же­сткости

Вибрирующая труба

На Рис. 12.5 показана принципиальная схема метода вибри­рующей трубы для измерения плотности жидкости, протекаю­щей по этой трубе. На каждом конце трубы имеются тяжелые массы, которые плотно прикреплены к концам. Труба приводит­ся в колебательное движение при помощи магнитных сил, вызы­ваемых катушкой возбуждения, при протекании через нее пере­менного электрического тока. Катушка размещается в средней точке длины трубы между зажимами. Амплитуда колебаний тру­бы в средней точке воспринимается приемной катушкой. Выход­ной сигнал этой катушки используется как сигнал обратной свя­зи через усилитель, питающий возбуждающую катушку. В ре­зультате происходит возбуждение и поддержание колебаний трубы на ее собственной частоте. Частота зависит от полной массы трубы и ее содержимого. Так как труба имеет постоянный объем, частота изменяется в зависимости от плотности жидкос­ти в трубе. Связь между частотой f и плотностью ρ может быть записана в виде: