5.4. Ультразвуковые плотномеры

Метод основан на изменении скорости распространения ультразвуковых колебаний или их поглощения в зависимости от плотности контролируемой среды.

Скорость распространения акустических колебаний:

где β_ад – адиабатическая сжимаемость м.с/кг;

β_из – изотермическая сжимаемость м.с/кг;

γ – отношение удельных теплоемкостей, γ=с_p/с_v.

Недостатком метода является нелинейность зависимости скорости распространения от плотности.

В качестве источников ультразвуковых колебаний используют пьезокварцевые излучатели и магнитострикционные устройства. Изменение скорости распространения воспринимается приемником, преобразуется и изме­ряется устройством, шкала которого может быть градуирована в единицах плотности.

5.5. Виброчастотные плотномеры

Основаны на зависимости резонансной частоты проточного датчика, выполненного в виде сдвоенного трубчатого камертона, от плотности находящейся в нем жидкости.

ρ=ρ_о +к[(f_o/f)² – 1] ,

где fo - резонансная частота при начальной плотности, Гц ;

f-резонансная частота при данной плотности, Гц.

к - коэффициент чувствительности, кг/м³;

Ветви датчика приводятся в колебание в противофазе магнитной катушкой. Колебания воспринимаются приемной катушкой, усиливаются и измеряются с помощью частотомера с цифровой индикацией. Резонатор изолируется от трубопровода резиновыми манжетами.

Плотномер фирмы «Шлюмбергер» имеет диапазон контроля от 1050 до 1100 кг/м³. Погрешность измерений ±0,1 кг/м³. При незаполненном датчике частота колебаний составляет 1350 Гц, а при заполнении его водой–1050 Гц .

5.6. Радиоизотопные плотномеры

Принцип действия этих приборов основан на зависимости поглощения средой γ - излучения от плотности ρ.

Интенсивность прошедшего через слой пучка:

I = I₀.e^-μρx,

где I₀ -интенсивность γ-излучения на поверхности слоя;

х- толщина слоя;

μ- коэффициент ослабления пучка γ-лучей.

На рис. 5.3 источник излучения I размещается по одну сторону трубопровода, а приемник 2 по другую. При изменении плотности протекающей жидкости изменяется величина поглощения излучения и скорость счета импульсов приемником.

Рис. 5.3

Для компенсации различных мешающих факторов вне трубопровода устанавливается второй приемник 5. Усиленная разность сигналов подается на показывающий прибор 4.

В некоторых приборах применяются компенсационные схемы измерений. Для этого между источником 1 и приемником 5 вводится металлический клин, связанный с реверсивным двигателем 6. На этом принципе основан плотномер типа ПР1024В. В качестве блока детектирования 3 используется сцинтилляционный счетчик, электрические импульсы усиливаются, формируются и подаются на вход электронного моста, шкала которого отградуирована в кг/м³. Источником контролирующего измерения является ¹³⁷Cs. Вторичный прибор – мост типа КСМ-3. Контейнер и блок детектирования крепятся на общем кронштейне, обеспечивающим их фиксированное взаимное расположение. Предел измерения плотности 500-3000 кг/м. Погрешность ±2 % .

При выборе различных типов плотномеров следует исходить из конкретных требований производства.

Так, поплавковые плотномеры можно использовать при контроле плотности относительно чистых жидкостей.

При применении пьезометрических плотномеров следует учитывать возникновение кристаллизации на концах трубки и сужение её отверстия.

При установке весовых плотномеров необходимо предусматривать возможность их быстрой разборки для чистки.

Эти устройства облада­ют достаточно высокой точностью измерений.

Безусловные преимущества имеют и ультразвуковые плотномеры, обладающие бесконтактностью измерений и высокой точностью.