Плотномеры и особенности их применения
Область применения
Потребность в определении плотности веществ существует не только в рамках проведения научно-исследовательской деятельности, но и в производстве при организации контроля качества выпускаемой продукции. Сегодня плотномеры получили широкое распространение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в фармацевтике, при производстве химических веществ и продовольственных товаров. С их помощью определяют плотность:
- нефти и продуктов ее переработки;
- сжиженного газа;
- почв, грунтов;
- жидкостей с повышенной вязкостью и агрессивностью.
Например, плотномеры позволяют рассчитывать несущие способности грунтов, определять содержание примесей в тех или иных составах.
Типы устройств
Для плотномеров существует довольно развернутая система классификации, причем первым критерием деления является принцип установки:
- стационарные плотномеры, несмотря на свои довольно компактные размеры, используются стационарно в условиях лаборатории или производственного цеха;
- портативные модели обладают компактными размерами и автономными источниками питания, что позволяет проводить замеры в полевых условиях.
По принципу действия предусматривается деление на следующие категории:
Поплавковые. В основе действия прибора данного типа лежит выталкивающая сила вещества, пропорциональная величине веса вытесняемого объема. Применение таких плотномеров характерно для работы с газообразными веществами, жидкостями и двухкомпонентными составами. Величина погрешности при этом варьируется в пределах 0,2-2% в зависимости от конкретной модели. Предел измеряемой плотности составляет в диапазоне 0,5-1,2 г/куб.см.
Массовые. Предусматривают непрерывность процесса взвешивания, при котором реализуется зависимость между плотностью и гидростатическим давлением. Применяются такие плотномеры для работы с различными суспензиями высокой плотности. Погрешность измерений варьируется в пределах 0,5-1%. Допустимый диапазон плотности исследуемых веществ составляет 0,5-2,5 г/куб.см.
Радиоизотопные. Предусматривают облучение исследуемого вещества при помощи у-лучей, изменяющих собственную интенсивность при прохождении среды. Оборудование позволяет проводить исследование различных жидкостей, включая эмульсии, а также изучать плотность грунта. Предел погрешности таких плотномеров не превышает 2%.
Вибрационные. В основе их работы лежит определение уровня резонансных колебаний различной частоты. В частности плотномеры, использующие подобный принцип работы, используются на трубопроводах для контроля плотности газа, различных жидкостей, перекачиваемых по трубам. При этом достигается минимальная погрешность в процессе измерения. Допустимые показатели плотности – 0,69-10,5 г/куб.см.
Ультразвуковые. Функционируют в соответствии с существованием зависимости между плотностью среды и скоростью распространения в ней ультразвука. Использование технологии обеспечивает возможность в реальном времени отслеживать изменения плотности исследуемого вещества. Вместе с этим размерам погрешности максимально может достигать 5%.
В зависимости от области применения для плотномеров характерно разделение на лабораторные модели и промышленные. Первые дополнительно делятся на:
Ареометры. Используются для работы с твердыми материалами и растворами, в которых необходимо определить содержание того или иного вещества.
Пикнометры. Обеспечивают возможность определения плотности веществ в любых агрегатных состояниях.
Гидростатические весы. Позволяют определять плотность жидкостей и различных твердых веществ.
Промышленные плотномеры используются в процессе технологического процесса для контроля параметров плотности производимых продуктов и монтируются на оборудовании технологических линий или трубопроводах. Они выполнены в виде модулей или отдельных датчиков.
Особенности устройства
Конструктивные особенности плотномеров зависят от принципов работы конкретной модели. Для каждого из них характерны собственные особенности. Например:
Поплавковые могут быть плавающими или погружными. В первом случае предусматривается наличие двух соединенных сосудов, поплавка, сердечника, трубопроводов, термостата, индукционного моста. Для погружных моделей предусмотрена единственная камера, внутри которой размещены все основные элементы оборудования.
Для массовых плотномеров характерно наличие трубки в форме «U», тяг, соединительных патрубков, рычага, сильфона, пневматического преобразователя, трубопроводов подачи воздуха.
В радиоизотопных моделях предусмотрено наличие излучателей, причем не только основного, но и дополнительного. Для них соответственно нужны и приемники излучения, а также электронные преобразователи, реверсивный электродвигатель, индукционный передатчик и другие элементы.
Вибрационные модели предполагают наличие максимально отполированной металлической трубки, обладающей повышенной чувствительностью к малейшим колебаниям. Внутри нее установлена электроника, фиксирующая вибрации и их характеристики.
В основе ультразвуковых моделей лежит построение закрытого электроакустического контура с пьезоэлектрическими элементами, детектором, усилителем сигнала, генераторами, измерительным модулем.
Принципы функционирования
Принципы работы плотномеров также определяются их видовой принадлежностью.
Поплавковые. Определение плотности вещества осуществляется за счет глубины погружения поплавка под действием сил тяжести и выталкивания. Для исследований газообразной среды предусматривается непрерывность взвешивания поплавка в камере с азотом, а плотность определяется изменением угла наклона коромысла.
Массовые. Предусматривают перемещение по трубкам исследуемой жидкости с замером величины воздушного давления, возникающего в сильфоне. Его величина оказывается пропорциональна показателям плотности.
Радиоизотопные. Ионизирующие лучи в процессе прохождения через материал теряют свою интенсивность в зависимости от плотности среды. Они попадают на приемное устройство, где обрабатываются и проходят несколько дополнительных действий, позволяющих по величине изменения положения клина определить плотность вещества.
Вибрационные. Помещенный внутрь исследуемой среды вибрационный элемент проводит с использованием электронных компонентов считывание возникающих колебаний, определяя плотность вещества в соответствии с частотой колебаний.
Ультразвуковые. Опираются на пропорциональность плотности веществ и их удельного акустического сопротивления. В результате воздействия ультразвуком на выходе фиксируется сигнал напряжения, отражающий акустическое сопротивление, на основе которого и определяется плотность исследуемого вещества.
В основе любого современного плотномера лежит использование производительных микропроцессоров, позволяющих сохранять в памяти результаты предыдущих исследований, а также обеспечить их передачу при подключении устройства к ПК. Встроенные алгоритмы корректировки в зависимости от условий проведения исследований позволяет сделать их более универсальными и удобными в использовании, добиться необходимой точности проводимых исследований.
Основные критерии для выбора модели
Основное внимание в процессе выбора должно уделяться направлению применения оборудования. Например, для лабораторных исследований и работы в полевых условиях пользователю необходимы устройства с принципиально различными характеристиками.
Лабораторные (стационарные) системы. Предназначено оборудование для установки в капитальных помещениях. Оно позволяет реализовать широкий функционал исследовательской деятельности, в том числе за счет объединения в одном корпусе плотномеров, использующих различные принципы работы. Для них характерна простота применения и высокая точность получаемых результатов.
Портативные модели. Позволяют работать не только в условиях лаборатории, но и во время выезда. Они полностью автономны, имеют небольшие размеры и вес, позволяют быстро получить результат, пусть и с несколько меньшей точностью, чем в процессе использования лабораторных плотномеров. Кроме того, стоимость такого оборудования существенно меньше.
Компания UED, будучи поставщиком высококачественного лабораторного оборудования и мебели на российский рынок с 2013-го года, в числе прочего предлагает своим клиентам широкий выбор плотномеров различных типов в лабораторном и портативном исполнении. Все представленные образцы сертифицированы на территории России, соответствуют нормативным требованиям ГОСТ, предлагая удобство использования, надежность, высокую точность получаемых результатов.
Специалисты компании всегда готовы предоставить профессиональные консультационные услуги по вопросам выбора конкретной модели плотномера с учетом существующих потребностей заказчика. А также подобрать оптимальный вариант организации доставки, как в российские регионы, так и республики СНГ.