Miernik gęstości

Nie mylić z densytometrem .

Gęstościomierz , znany również jako gęstościomierz , to urządzenie mierzące gęstość . Gęstość jest zwykle określana skrótem jako ${\ displaystyle \ rho}$ lub $. {\ displaystyle D}$ . ${3}$ jednostki lub . $m ^$ \ Displaystyle kg Najbardziej podstawową zasadą obliczania gęstości jest wzór:

${\ Displaystyle \ rho = {\ Frac {m} {V}}}$

Gdzie:

${\ Displaystyle \ rho}$ = gęstość próbki.

${\ displaystyle m}$ = masa próbki.

${\ displaystyle V}$ = objętość próbki.

Wiele gęstościomierzy może mierzyć zarówno mokrą, jak i suchą część próbki. Część mokra obejmuje gęstość wszystkich cieczy obecnych w próbce. Suche ciała stałe składają się wyłącznie z gęstości ciał stałych obecnych w próbce.

Gęstościomierz nie mierzy bezpośrednio ciężaru właściwego próbki. Jednak ciężar właściwy można wywnioskować z gęstościomierza. Ciężar właściwy jest definiowany jako gęstość próbki w porównaniu do gęstości odniesienia. Gęstość odniesienia jest typowo gęstością wody. Ciężar właściwy można znaleźć za pomocą następującego równania:

${\ Displaystyle SG_ {s} = {\ Frac {\ rho _ {s}} {\ rho _ {r}}}}$

Gdzie:

${\ Displaystyle SG_ {s}}$ = ciężar właściwy próbki.

${\ Displaystyle \ rho _ {s}}$ = gęstość próbki, którą należy zmierzyć.

${\ Displaystyle \ rho _ {r}}$ = gęstość materiału odniesienia (zwykle wody).

Gęstościomierze występują w wielu odmianach. Różne typy obejmują: jądrowe , Coriolisa , ultradźwiękowe, mikrofalowe i grawitacyjne . Każdy typ mierzy gęstość inaczej. Każdy typ ma swoje zalety i wady.

Gęstościomierze mają wiele zastosowań w różnych częściach różnych gałęzi przemysłu. Gęstościomierze służą do pomiaru zawiesin , szlamów i innych cieczy przepływających przez rurociąg. Branże takie jak górnictwo , pogłębianie , oczyszczanie ścieków , przemysł papierniczy, naftowy i gazowy mają zastosowania dla gęstościomierzy w różnych punktach ich procesów.

Różne rodzaje gęstościomierzy

Czerwony metr

Mierniki Red działają na zasadzie grawitacji, aby obliczyć gęstość próbki. Elastyczny wąż służy do określania zmiany ciężaru. Wykorzystując zasadę ugięcia belki dwóch nieruchomych końców, można obliczyć ciężar. Zwiększenie ciężaru skutkuje większym ugięciem. Zmniejszenie ciężaru powoduje mniejsze ugięcie. Objętość wewnątrz węża nigdy się nie zmienia. Ponieważ objętość jest stała, a ciężar znany, gęstość można łatwo obliczyć na podstawie tych informacji.

Przemieszczenie jest mierzone za pomocą lasera przemieszczenia o wysokiej precyzji. Odchylenia w skali mikronowej można odczytać za pomocą gęstościomierza. Na tej skali widoczne są niewielkie zmiany wagi.

Cała objętość jest mierzona metodami grawimetrycznymi. Oznacza to, że wielkość próbki to cała objętość tego, co należy zmierzyć.

Urządzenia do charakteryzowania procesu są najczęściej używane do obliczania gęstości suchej masy i mokrych zawiesin, ale mogą również monitorować wiele cech procesu, takich jak temperatura i przepływ masowy. Urządzenia do charakteryzacji procesów wymagają najmniejszej ilości teorii, co czyni je najdokładniejszym wyborem, w zależności od zastosowania. Używając równania $jest$ objętość, gdy znajdziemy masę, możemy

Coriolisa

Gęstościomierze Coriolisa, znane również jako przepływomierze masowe lub przepływomierze bezwładnościowe , działają na zasadzie drgań w celu pomiaru przesunięć fazowych drgań wygiętej cienkościennej rurki. Wygięta cienkościenna rura jest obracana wokół centralnej osi. Gdy w wygiętym odcinku nie ma masy, rurka pozostaje nieskręcona. Jednakże, gdy gęstość wewnątrz zagiętej sekcji wzrasta, część dopływu wygiętej rury ciągnie się za częścią odpływu. To skręcenie powoduje przesunięcia fazowe, które powodują zmiany częstotliwości rezonansowej cienkościennej rurki. Dlatego gęstość rezonansowa ma bezpośredni wpływ na częstotliwość rezonansową. Media o większej gęstości powodują większy efekt Coriolisa , jeśli objętościowe natężenie przepływu jest stałe. Przepływające media powodują częstotliwość i przesunięcie fazowe wygiętej rury, które są proporcjonalne do masowego natężenia przepływu próbki.

Przepływomierze Coriolisa mierzą przepływ masowy w systemie. Nie mierzą przepływu objętościowego. Jednak przepływ objętościowy można wywnioskować z pomiaru przepływu masowego. Pomiary te są ograniczone do małych średnic rur przepływowych. Jednak ta technika pomiarowa skutkuje dużą dokładnością i dużą powtarzalnością. Mierniki Coriolisa charakteryzują się również szybkim czasem reakcji.

Mierniki Coriolisa wymagają kalibracji temperatury i ciśnienia. Punkty zerowe dla tych wartości służą do kalibracji systemu. Mierników Coriolisa nie można kalibrować podczas użytkowania. Różnica zakresu służy do sprawdzenia, jak zmieniły się temperatura i ciśnienie.

Jądrowy

Gęstościomierze jądrowe działają na zasadzie pomiaru promieniowania gamma. Promieniowanie gamma jest emitowane ze źródła. Źródłem tym jest zwykle cez-137 (okres półtrwania: ~ 30 lat). Promieniowanie jest postrzegane przez urządzenie scyntylacyjne. Promieniowanie zamienia się w błyski światła. Liczona jest liczba błysków światła. Promieniowanie, które jest pochłaniane przez masę, nie jest widoczne dla urządzenia scyntylacyjnego. Dlatego gęstość ośrodka jest odwrotnie proporcjonalna do promieniowania wychwyconego i widzianego przez scyntylator.

Zakres gęstościomierzy jądrowych jest ograniczony do tego, co widać w wiązce promieniowania gamma. Wielkość próbki to pojedyncza, cienka kolumna o małej długości podłużnej.

Urządzenia jądrowe wymagają certyfikowanego i licencjonowanego personelu do ich obsługi.

kuchenka mikrofalowa

Gęstościomierze mikrofalowe mają różne sposoby pomiaru zawartości ciał stałych w próbce. Wszystkie mierniki mikrofalowe mierzą mikrofale, ale niektóre wykorzystują inne metody, takie jak pomiar zmiany prędkości propagacji mikrofal, redukcji amplitudy, czasu przelotu, różnicy faz pojedynczej lub przesunięcia dwufazowego. Każda technika ma określone dokładności.

Niektóre mierniki mikrofalowe wykorzystują sondę ceramiczną, którą wkłada się bezpośrednio do próbki. Dzięki temu miernik ma bezpośredni kontakt z badaną próbką. Ogranicza to jednak rodzaje zawiesin i szlamów, które mogą przepływać przez rurociąg. Zawiesiny ścierne z cząstkami stałymi mogą uszkodzić sondę czujnika.

Mierniki mikrofalowe są również ograniczone do cieczy o niezmiennych stałych dielektrycznych. Procentowa zawartość części stałych w zawiesinie wpływa na stałą dielektryczną całej próbki. Zazwyczaj procent zawartości ciał stałych większy niż 20% powoduje duże błędy. Podobne niespójności występują w przypadku rur o dużych średnicach.

Mierniki mikrofalowe bardzo dobrze wykrywają rozpuszczone ciała stałe. Jednorodne roztwory są łatwo widoczne za pomocą mierników mikrofalowych. Dzięki temu nadają się do zastosowań, w których rozwiązanie jest spójne i nieścierne.

Ultradźwiękowy

Gęstościomierze ultradźwiękowe działają na różnych zasadach obliczania gęstości. Jedną z metod jest zasada czasu przejścia (znana również jako zasada czasu przelotu). W tej technice zwykle instaluje się w rurze czujnik, który ma w jednej konstrukcji nadajnik i odbiornik ultradźwięków. Gęstościomierz ultradźwiękowy oblicza prędkość dźwięku na podstawie znanej odległości między nadajnikiem a odbiornikiem oraz zmierzonego czasu przejścia. Przyrząd pomiarowy może teraz obliczyć gęstość, ponieważ zależy ona od prędkości dźwięku.

Inną metodą stosowaną w miernikach ultradźwiękowych jest metoda średniej energii obwiedni. Ta metoda opiera się nie tylko na amplitudzie sygnału, ale także na jego kształcie. Te pakiety informacji nazywane są kopertami.

Mierniki ultradźwiękowe Dopplera mierzą przepływ zawiesiny, gdy stężenie ciał stałych w zawiesinie przekracza 100 ppm, a zawieszone cząstki mają średnicę większą niż 100 mikronów. Jednak metoda Dopplera działa tylko przy stężeniach mniejszych niż 10% ciał stałych.

Odszkodowania

Temperatura

Temperatura wpływa na gęstość płynów. W większości przypadków wzrost temperatury wskazuje na zmniejszenie gęstości mediów. Oznacza to, że temperatura i gęstość są do siebie odwrotnie proporcjonalne. Temperatura wpływa również na same liczniki. Przepływomierze masowe mają różne częstotliwości rezonansowe w różnych temperaturach.

Ciśnienie

Ciśnienie zmienia sztywność rurki przepływu masowego. Ciśnienie wpływa na sztywność mierników grawimetrycznych.

Wibracja

Wibracje pochodzące z hałasu instalacji można odfiltrować. Wibracje są widoczne w miernikach mikrofalowych, ultradźwiękowych, grawimetrycznych i Coriolisa. Wibracje powodują, że mierniki tego typu gromadzą błędy

Szkoda

Mierniki Coriolisa mają kompensację wżerów, pęknięć, powlekania, erozji i korozji. Uszkodzenia te wpływają na sposób, w jaki rura rezonuje. Zmiany te wpływają na linię bazową. Kompensacji nie można dokonywać dynamicznie. Uszkodzenia te zwykle powodują przesunięcia, które można dodać do istniejących współczynników kalibracji, co zapewni, że nadal uzyskany zostanie spójny odczyt.