Приборы для измерения плотности жидких и сыпучих тел по принципу действия делятся на поплавковые, весовые, манометрические, звуковые и радиоизотопные.
Ареометр
Рассмотрим поплавковый плотномер (ареометр). В нем используется принцип плавающего поплавка. Схема плотномера, работающего по этому принципу, изображена на рис. 8.43, а. Жидкость по трубе 10 поступает в переливной сосуд 9, обеспечивающий постоянство напора. Далее по трубе 8 жидкость поступает в измерительную камеру 4, снабженную переливным устройством. Избыточная жидкость стекает по трубе 7. Измерение плотности жидкости вызывает перемещение по вертикали поплавка 5 и связанного с ним сердечника. Это перемещение измеряется с помощью индуктивного преобразователя 6, включенного в схему моста 1, и регистрируется на показывающем устройстве 2. Компенсация влияния температуры осуществляется терморезистором 3, включенным в измерительную схему моста. Наибольший ход поплавка — 200 мм.
Рис. 1. Методы и средства измерения плотности жидких тел: а — схема поплавкового плотномера (1 — мост; 2 — показывающее устройство; 3- терморезистор; 4 — измерительная камера; 5 — поплавок; 6 — индуктивный преобразователь; 7, 8 и 10 — труба; 9 — переливной сосуд); б — схема весового плотномера (7 — трубка; 2 — заслонка; 3 — сопло; 4 — пневмоусилитель; 5 — сильфон); в — манометрический метод измерения плотности (1 — уравнительный сосуд; 2 и 4- трубка; 3 — дифференциальный манометр); г — схема радиоизотопного плотномера {1 — компенсационный клин; 2 — диск; 3 — двигатель; 4 — источник излучения; 5- трубопровод; 6 — счетчик; 7- интегрирующее устройство; 8 — усилитель переменного тока; 9 — двигатель)
Весовые, или пикнометрические, методы основаны на том, что масса жидкости при неизменном ее объеме прямо пропорциональна плотности. Следовательно, при непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества, протекающего по трубопроводу, можно измерять его плотность.
Весовой плотномер
На рис. 1, б представлена схема весового плотномера. Чувствительным элементом прибора является U-образная трубка, масса которой вместе с протекающей через нее жидкостью непрерывно измеряется. Масса трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, прикрывающую сопло 3, и через пневмоусилитель 4 в виде унифицированного пневматического сигнала на прибор. При изменении плотности жидкости, протекающей по трубке, масса ее меняется и заслонка 2 приближается или отходит от сопла 3. В соответствии с изменением плотности измеряемой жидкости изменяется и давление воздуха на выходе пневмоусилителя 4. С помощью сильфона 5 осуществляется обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующее измеряемой плотности жидкости.
Весовые плотномеры применяются для измерения плотности вязких жидкостей, суспензий и жидкостей, содержащих твердые включения. Возможно измерение и плотности газов.
Манометрические методы измерения плотности основаны на том, что давление жидкости р на глубине Н от поверхности равно массе столба жидкости при площади основания 10-4
Р = ρgH
Тогда
ρ= Р/gH
При неизменной высоте столба жидкости давление является мерой ее плотности. Измерение давления столба жидкости производится аналогично измерению уровня жидкости манометрическими уровнемерами (рис. 1, в) при условии постоянного уровня. Плюсовая камера дифференциального манометра 3 соединена трубкой 2 с уравнительным сосудом 1, а минусовая камера — с нижней частью водяного пространства резервуара трубкой 4. Уровень жидкости в сосуде 1 поддерживается постоянным и ее плотность можно определить по показаниям дифманометра.
Ультразвуковые плотномеры
В ультразвуковых плотномерах используется зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от ее плотности. Измеряя скорость распространения ультразвуковых колебаний, можно судить о ее плотности.
Радиоизотопные методы измерения плотности основаны на измерении поглощения γ-излучения радиоактивного источника при прохождении лучей через вещество, которое изменяется в зависимости от изменения его плотности.
Метод просвечивания γ-лучами находит широкое применение для определения плотности плит, бетонных блоков, грунтовых пульп и т. п.
