Для чего нужен плотномер
Что такое плотномер и где используется
Плотномер – измерительный прибор, который используют с целью определения степени уплотнения грунта и его сопротивления. К его применению прибегают, когда нужно протестировать грунт на прочность перед тем, как приступить к созданию основания под автодорожные покрытия, железные магистрали, фундаменты сооружений.
Принцип этого устройства состоит в том, что он создает давление на грунт и позволяет узнать степень его деформации под нагрузкой. Так, с помощью этого прибора удается узнать максимальную нагрузку, которую под силу выдерживать изучаемому грунту. Плотномеры бывают двух видов:
Статический плотномер
Статический тестер плотности грунта оснащен наконечником с переходным стержнем. Имеет устройство рукоятку, на которой расположен динамометр. Усеченный конус закреплен к рабочей рукоятке. Именно эта часть прибора вбивается в грунт. После этого специалист держит рукоять и давит на плотнометр. В этот момент на динамометре отображается информация о приложенном усилии. Поэтапно увеличивая нагрузку, можно узнать максимальное значение, которое под силу выдержать исследуемому грунту.
Динамический плотномер
Когда проводятся работы по подготовке подушки под фундамент, либо стоит задача уплотнить грунт при обратной засыпке, важно узнать степень его уплотнения.
Динамический тестер, как и статическое устройство, оснащено рабочим наконечником, который вдавливают в грунт на глубину 20 см. После этого он забивается внутрь еще на 10 см посредством ударной гири. Работник подсчитывает число ударов, которые потребуются для углубления. Их число и определяет плотность грунта.
Прибор позволяет определить силу удара и степень деформации грунта после наносимых ударов. Учитывая средние значения, удается вычислить максимальный показатель плотности грунта и допустимую нагрузку, которому ему под силу выдержать.
Плотномер
Плотномер – измерительный прибор, служащий для измерения плотности газов, жидкостей, твердых веществ. Для выбора соответствующего плотномера рассматриваются основные метрологические, а также эксплуатационные характеристики, к ним относятся: точность, воспроизводимость, пределы измерения, их погрешности и диапазон, температуры действия и давления, определение взаимодействия конструкционных материалов и исследуемых веществ. Стандартной температурой считается 0 °C, такая температура позволяет произвести измерения при помощи плотномера. Относительная плотность разнообразных веществ при этой температуре позволяет составлять таблицы (или номограммы), которые заносятся в справочную литературу и принимаются как основа исследований.
Для жидкостей используются автоматические и ручные плотномеры, которые подразделяются по принципу действия: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.
Лабораторные плотномеры используются в качестве ручного периодического измерения относительной плотности веществ, в основном это аэрометры, пикнометры и гидростатические весы. Ареометры подразделяются на приборы постоянной массы, которые применяются в большинстве случаев, и постоянного объема. Ареометры постоянной массы состоят из шкалы плотности, балласта или дроби, связующей массы, встроенного термометра. Ареометры постоянного объема имеют: балласт или дробь, связующую массу, тарелку для гирь, метку. Денсиметры являются ареометрами постоянной массы, шкала градуируется в единицах плотности. Также к этому типу плотномеров относятся приборы, определяющие концентрацию растворов, для них шкала градуируется в процентах по объему или по массе. Эти приборы называются лактометрами (они измеряют жирность молока), спиртомерами (определяют содержание спирта в воде), сахарометрами (позволяют определять содержание сахара в сиропах) и т. д. Плотность постоянного объема измеряется при помощи изменения массы поплавка при достижении определенной метки в результате погружения поплавка. Также этот тип ареометра позволяет определить плотность твердых тел.
Плотномеры, используемые для гидростатического взвешивания, разработаны на принципе закона Архимеда и определяют плотность жидкостей и твердых тел. Для измерения плотности жидкости применяется какое-либо тело с определенной массой и объемом (в основном стеклянный поплавок, который взвешивается в этой жидкости). Для измерения плотности твердого тела необходимо произвести его двукратное взвешивание, которое осуществляется сначала в воздухе, это взвешивание позволяет определить массу тела. Далее взвешивание осуществляется в жидкости, плотность которой известна, поэтому для этих целей в основном используется дистиллированная вода. Разница, найденная из результатов обоих взвешиваний, определяет объем твердого тела. Гидростатическое взвешивание на технических, аналитических, образцовых весах дает разную степень точности. Массовые измерения, как правило, осуществляются на быстродействующих весах, но менее точных, к ним относятся весы Мора, весы Вестфаля, также используется их комбинация.
Конструкция гидростатических весов Мора—Вестфаля включает в себя неравноплечное коромысло, шкалу в виде поперечных надрезов для гирь и шкалу для указателя равновесия, неподвижного противовеса, стеклянного поплавка, гирь-рейтеров, сосуда с жидкостью, термометра, двойной чашки для помещения твердых тел, где верхняя сплошная, а нижняя оснащена отверстием и используется для погружения в воду.
Технологические плотномеры являются измерительными приборами автоматического типа, применяются для беспрерывного определения и регулирования плотности веществ, которые находятся в процессе своего производства или переработки. Устанавливаются эти приборы в контрольных точках технологических линий и на аппаратах промышленных установок. Такие типы плотномеров разрабатываются в виде датчиков, вторичных приборов, блоков подготовки пробы и т. д.
Поплавковые плотномеры подразделяются на плавающие и погруженные в жидкость. Плотномер с плавающим поплавком для жидкости состоит из основного сосуда, переливного сосуда, поплавка, сердечника, катушки, из входной трубы, подводящей трубы, отводящей трубы, термометра сопротивления, вторичного прибора, индукционного моста. Плотномер с погруженным поплавком для жидкостей включает в себя камеру, поплавок, уплотнительный сифон, противовес, коромысло, ролик, рычаг, мембранную коробку, заслонку, сопло, вторичный прибор. Эти типы приборов имеют отличительные особенности. Для одного отношение глубины его погружения обратно пропорционально плотности применяемой жидкости, в другом случае плотность прямо пропорциональна массе поплавка. Также поплавковые плотномеры используются для определения плотности газов. Конструкция поплавкового плотномера для газов включает в себя камеру, герметичный и открытые шары, коромысло, устройство для балансировки и регулирования чувствительности коромысла, груз, мембранную коробку, фильтры, постоянный магнит, стрелку прибора. Измерения осуществляются в результате постоянного взвешивания шара с азотом в камере, которая заполняется исследуемым газом. Мера плотности определяется относительно угла наклона коромысла, движение которого, взаимодействуя с магнитом, переходит к стрелке прибора.
Массовые плотномеры разработаны на принципе пропорциональности плотности и массы жидкости постоянному объему. Конструкция массового плотномера: U-образная трубка, тяги, соединительные патрубки, рычаг, противовес, сильфон, трубка для подачи воздуха, заслонка, сопло. Такие плотномеры оснащаются пневматическим преобразователем, жидкость определенного объема, протекающая по трубопроводу, беспрерывно взвешивается. В конструкции предусмотрена U-образная трубка, по которой движется проверяемая жидкость, объединенная с заслонкой рычажной системой. Давление воздуха в сильфоне аппарата, а также плотности жидкости, которые меняются пропорционально, определяются по вторичному прибору.
Массовые плотномеры измеряют плотность суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, в состав которых входят твердые включения.
Гидростатические плотномеры основаны на принципе линейной зависимости гидростатического давления относительно высоты уровня и плотности жидкости. Измерение столба жидкости происходит непосредственно при косвенном способе – производится продувание воздуха сквозь жидкость. Давление такого воздуха пропорционально столбу жидкости. В данном случае применяется пьезометрический плотномер.
Конструкторское решение пьезометрического плотномера: сосуд с исследуемой жидкостью, сосуд со сравнительной жидкостью, фильтр, измерительный блок с манометром, дифманометр, вторичный прибор. Дифференциальный метод продувания позволяет исключить воздействие колебаний температуры и уровня жидкости, в этом случае продувание воздуха осуществляется одновременно через исследуемую и сравнительную жидкости, которые непременно должны быть одной температуры, т. е. термостатированные. Измерение разницы давлений осуществляется при помощи дифманометра. В конструкции дифманометра предусмотрено наличие пневмопреобразователя, создающего передачу соответствующего сигнала на вторичный прибор.
Гидростатический плотномер, измеряющий плотность газов, работает на принципе сравнения давления столба исследуемого газа и эталонного, имеющих равную высоту. Такой плотномер состоит из трубки, дифманометра и термостата. Дифманометр фиксирует перепад давлений, который пропорционален плотности проверяемого газа.
Вибрационные плотномеры оснащаются чувствительным элементом, разработанным в виде металлической трубки, внутренняя часть которой в обязательном порядке подвергается полированию. Чувствительный элемент устанавливается в потоке исследуемого вещества с помощью электронного устройства, предусмотренного в конструкции трубки, в потоке происходит осциллирование трубкой, частота собственных колебаний трубки обусловливается плотностью вещества.
В настоящее время в конструкторское решение технологических плотномеров включаются микропроцессоры и вычислительные блоки, которые способны производить корректирование параметров при видоизменении внешних условий. Нововведения позволяют увеличить конструктивный потенциал, а также метрологические, эксплуатационные характеристики плотномеров.
В связи с тем, что относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при стандартной температуре, это позволяет по значениям плотности, полученным при помощи плотномера, определять состояние примесей в веществах и растворах. Плотномеры широко используются для проведения большого спектра анализов, а также способны давать результаты по контролю технологических процессов производства, помогая в составлении автоматического управления этими процессами. Эти приборы получили применение при правильной организации системы количеств учета материала при их приемке, в процессе хранения и при выдаче. Применяются в различных отраслях хозяйствования, для научно-исследовательских целей.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
главная > справочник > химическая энциклопедия:
Плотномеры
Плотномеры, служат для измерения плотности жидкостей, газов и твердых веществ.
Для сыпучих и пористых твердых веществ различают плотности истинную (масса единицы объема плотного материала, не содержащего пор), кажущуюся (масса единицы объема пористого материала из зерен или гранул) и насыпную (масса единицы объема слоя материала). Одной из важных характеристик кристаллических веществ служит рентгеновская плотность (определяют рентгенографически). Она представляет собой отношение массы атомов. находящихся в элементарной ячейке кристалла какого-либо вещества, к ее объему; выражается в обычных единицах плотности.
Совокупность методов измерения относит, плотности жидкостей и твердых тел наз. денсиметрией (от лат. densus-плотный, густой и греч. metreo- измеряю). Некоторые методы денсиметрии применимы также к газам. Иные методы определения их плотности основаны на связи ее с параметрами состояния веществ (напр., плотность идеальных газов может быть вычислена по уравнению Клапейрона-Менделеева) и с зависимостью от плотности протекающих в них процессов (см. ниже).
При расчетах используют так называемую среднюю плотность тела, определяемую отношением его массы т к объему V, т.е. 
а также другими соотношениями.
Выбор, классификация и применение плотномеровОсновные метрологические и эксплуатационные характеристики, определяющие выбор плотномера: точность, воспроизводимость, пределы, диапазоны и погрешности измерений, рабочие температуры и давления, характер и степень воздействия анализируемых веществ на конструкционные материалы и т. п. Стандартная температура, при которой посредством плотномера измеряют плотность веществ, равна 20 0 C. Для приведения к плотности при этой температуре плотности, определенной при любой температуре t, используют формулу:
где b-средний коэффициент объемного теплового расширения.
Относительная плотность разных веществ при 20 0 C и соответствующие температурные поправки находят в справочной литературе по таблицам или номограммам.
Наиболее распространены ручные и автоматические плотномеры для жидкостей. По принципу действия они делятся на следующие основные группы: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.
Относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при данной температуре. Поэтому по значениям плотности, измеренной посредством плотномеры, можно судить о наличии примесей в веществах и о концентрации растворов. Это позволяет широко применять плотномеры в науч. исследованиях и в разных отраслях народного хозяйства как средство для проведения различных анализов, для контроля технологических процессов и автоматизации управления ими, для правильной организации системы количественного учета материалов при их приемке, хранении и выдаче и т. д. В данной статье описаны важнейшие типы лабораторные и технологические плотномеры, используемых в химических и агрохимических лабораториях, хим. и смежных отраслях промышленности.
Лабораторные плотномерыЭти приборы предназначены для ручного периодического измерения относительные плотности веществ главным образом ареометрами, пикнометрами и гидростатическими весами.
Ареометры. В соответствии с законом Архимеда масса жидкости, вытесненная плавающим ареометром, равна его массе. Различают ареометры постоянной массы (наиболее распространены) и постоянного объема.
При определении плотности ареометрами постоянного объема (рис. 1,5) путем изменения массы поплавка достигают его погружения до соответствующей метки. Плотность находят по массе гирь (размещают на тарелке) и ареометра и по объему вытесненной им жидкости. Такие приборы могут бsnm использованы также для измерения плотности твердых тел.
Наряду с плотномерами традиционных типов в лабораторной практике все чаще применяют приборы (см. ниже), которые до последнего времени были распространены только в промышленности.
Технологические плотномеры. Эти приборы представляют собой автоматические плотномеры обычно для непрерывного определения и регулирования плотности веществ в процессах их производства или переработки. Такие плотномеры размещают непосредственно на «потоках», т.е. в контрольных точках на технологических линиях, а также на аппаратах промышленных установок.
Автоматические плотномеры выпускают в виде самостоятельных приборов или измерит. комплектов (датчик, блок подготовки пробы, вторичный прибор и т.д.).
Поплавковые приборы. Различают плотномеры с плавающим (рис. 5)и погруженным (рис. 6) в жидкость поплавком. В одном случае глубина его погружения обратно пропорциональна плотности испытуемой жидкости, в другом эта плотность прямо пропорциональна массе поплавка.
Массовые приборы. Действие их основано на том, что масса жидкости при неизменном ее объеме прямо пропорциональна плотности. В таком плотномере пневматическим преобразователем (рис. 8) непрерывно взвешивается протекающая по трубопроводу жидкость определенного объема, U-образная трубка с проходящей через нее контролируемой жидкостью связана рычажной системой с заслонкой. Компенсация перемещения последней осуществляется так же, как показано на рис. 6. Давление воздуха в сильфоне, изменяющееся пропорционально плотности жидкости, определяется по вторичному прибору. Массовые плотномеры применяют обычно для измерения плотности суспензий, а также вязких и содержащих твердые включения жидкостей.
Гидростатические приборы. В этих плотномерах используют линейную зависимость гидростатической давления от высоты уровня и плотности жидкости. Давление столба жидкости измеряют непосредственно, например мембранным манометром, или косвенно-продуванием через жидкость воздуха, давление которого пропорционально столбу жидкости (пьезометрический плотномеры, рис. 9). Чтобы исключить влияние колебаний температуры и уровня жидкости, часто применяют дифференцированный метод: продувают воздух одновременно через испытуемую и сравнительную жидкости, имеющие одинаковую температуру (термостатированные), и измеряют возникшую при этом разность давлений дифманометром. Последний снабжен пневмопреобразователем, передающим соответствующий сигнал на вторичный прибор.
В гидростатическом плотномере для газов (рис. 10) сравниваются давления столбов анализируемого и эталонного газов одинаковой высоты. Перепад давлений, измеряемый дифманометром, пропорционален плотности контролируемого газа.
Pадиоизотопные приборы. При прохождении через анализируемую среду ионизирующих излучений интенсивность их изменяется. Ослабление излучений связано функционально с плотностью среды. Наиболе распространены плотномеры, использующие γ-излучения (рис. 11). В таком приборе излучение от источника ( 60 Co, Cs) проходит через слой жидкости в сосуде и попадает в приемник излучения. Сигнал приемника, являющийся функцией измеряемой плотности, усиливается в электронном усилителе и подается в электронный преобразователь, куда поступает также сигнал, формируемый излучением дополнительного радиоизотопного источника, проходящим через поглощающий металлический клин и дополнит. приемник. В преобразователе вырабатывается сигнал, который функционально связан с разностью поступающих в него сигналов и управляет реверсивным электродвигателем, перемещающим клин до уравнивания входных сигналов (от основного и дополнительного источников излучения). Равновесное перемещение клина связано индукционной передачей с вторичным прибором. Величина перемещения клина пропорциональна изменению плотности жидкости.
Радиоизотопные плотномеры позволяют бесконтактно контролировать и регулировать плотность агрессивных, сильновязких, горячих и находящихся под большим давлением жидкостей, сгущенного молока, сахарных сиропов и др. Эти приборы используют также для определения плотности твердых тел и иногда газов.
Вибрационные приборы. Чувствительный элемент такого плотномеры представляет собой отполированную изнутри металлический трубку, которую помещают непосредственно в потоке анализируемого вещества. Трубка осциллирует в потоке с помощью электронного устройства. Частота собств. колебаний чувствительные элемента определяется плотностью вещества (см. также Вибрационная техника).
Современные технологические плотномеры оснащены микропроцессорами и вычислительными блоками (например, для автоматической корректировки параметров при изменении внешних условий). Благодаря этим усовершенствованиям значительно повысились функциональные возможности и улучшились метрологические и эксплуатационные характеристики технологических плотномеров.
Лит.: Кивилис С. Ш., в кн.: Приборостроение и средства автоматики, т. 2, кн. 2, M., 1964, с. 270-77; Глыбин И.П., Автоматические плотномеры, К., 1965; Измерение массы, объема и плотности, M., 1972; Шкатов E. Ф., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, M., 1986, с. 234-58; Кузьмин С. Т., Липавский В. H., Смирнов П.Ф., Промышленные приборы и средства автоматизации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, M., 1987, с. 61-71. А.Ф. Гусаков.
Что такое плотность?
Все, что нужно знать об измерении плотности
Измерение плотности
Определения, формулы, факторы влияния, приборы, разница между плотностью и относительной плотностью и многое другое
Измерение плотности используется для контроля чистоты и концентрации образца, получения информации о его составе. Измерение плотности незаменимо в различных отраслях для обеспечения качества сырья и готовых продуктов.
Например, плотность сверхчистой воды при +20,00 °C составляет 0,998203 г/см 3 : отклонение от этого значения (с учетом допусков) означает, что в воде присутствуют примеси.
На этой странице представлена базовая информация об измерении плотности.
Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше о плотности жидкостей.
1. Подробнее о плотности
Что такое плотность?
Плотность — это физический параметр, соответствующий массе определенного объема образца. Он зависит от плотности расположения молекул вещества в пространстве. Плотность обычно обозначается греческой буквой ρ («ро»). Кроме того, для обозначения часто используется латинская буква d.
Вы когда-нибудь задумывались о том, почему нефть остается на поверхности воды при разливе?
Расслоение жидкостей происходит из-за разности плотностей. На изображении представлены типовые значения плотностей.
A — масло для ламп (0,80 г/ см 3 )
B — протирочный спирт (0,87 г/см 3 )
C — растительное масло (0,91 г/ см 3 )
D — вода (0,99 г/ см 3 )
E — средство для мытья посуды (1,33 г/см 3 )
F — мёд (1,36 г/ см 3 )
2. Как измерить плотность жидкости
В таблице ниже приведены различные методы измерения, их преимущества и недостатки.
