Способ измерения плотности

 

Использование: в различных отраслях промышленности, таких как химическая, лакокрасочная и пищевая промышленность. Сущность изобретения: способ измерения плотности заключается в том, что заполнение измерительной и сравнительной емкостей осуществляют с одинаковым расходом, пропорциональным массе вещества, измеряют разность времен заполнения емкостей газом до заданного давления, по которой судят о величине плотности. Технической задачей изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы, а также обеспечение возможности контроля их пикнометрической плотности.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневмометрическим способам измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы, и может найти применение во многих отраслях промышленности, например в химической, лакокрасочной, пищевой и других.

Известен способ измерения плотности по массе и объему вещества, в котором осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем и по их отношению судят о насыпной плотности вещества (Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1947. - С. 152).

Недостатком такого способа измерения плотности является невозможность определения пикнометрической плотности вещества, а также отсутствие единства процесса измерения.

Известен способ измерения плотности путем измерения массы и объема вещества, позволяющий измерять пикнометрическую плотность вещества (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 216 с. ). В таком способе осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем путем погружения в сосуд с жидкостью и фиксации объема вытесненной веществом жидкости. После измерения массы m_в и объема V_в вещества определяют плотность ρ_в вещества из отношения Основной недостаток такого способа состоит в том, что он неприменим для измерения плотности пористых и сыпучих веществ, не допускающих смачивания в какой-либо жидкости. Кроме этого, при реализации способа отсутствует единый измерительный процесс, что снижает оперативность измерения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ измерения насыпной плотности сыпучих материалов (Авторское свидетельство СССР N 494658, М.Кл.³ G 01 N 9/02, 1975, Б.и. N 45), состоящий в том, что измерительную емкость с контролируемым веществом заполняют газом и о плотности судят по отношению абсолютных давлений в ней и на выходе пневматического весоизмерителя.

Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность, обусловленная влиянием изменения атмосферного давления на результат измерения, а также невозможность измерения пикнометрической плотности вещества.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы, а также обеспечение возможности контроля их пикнометрической плотности.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что газ с одинаковым расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, подают в измерительную и сравнительную емкости, измеряют разность времен заполнения емкостей газом до заданного давления, по которой судят о величине плотности.

Сущность способа заключается в следующем.

В измерительную емкость объемом V₁ помещают контролируемое вещество с объемом V_в, после чего в нее подают газ с постоянным расходом G = km, где k - коэффициент пропорциональности; m - масса контролируемого вещества. Процесс заполнения емкости сжатым воздухом сопровождается ростом давления. Изменение давления описывается дифференциальным уравнением где R - газовая постоянная; Θ - температура газа; P₁ - давление газа в измерительной емкости; t - время.

Время t₁ изменения давления в измерительной емкости на постоянную заданную величину ΔP определим из (1) в виде В процессе измерения плотности осуществляют подачу газа в сравнительную емкость, объем которой равен объему измерительной емкости, с расходом, равным расходу газа, подаваемому в измерительную емкость. Процесс заполнения сравнительной емкости сопровождается изменением давления P₂, которое описывается дифференциальным уравнением Время t₂ изменения давления P₂ на постоянную заданную величину ΔP определяется из уравнения
Вычитая из (2) уравнение (4), получим

С учетом того, что

и

уравнение (5) примет вид

Таким образом, по измеренной разности времен заполнения измерительной и сравнительной емкостей сжатым воздухом с расходом, пропорциональным массе контролируемого вещества, судят о плотности сыпучего вещества.

Преимуществом способа является то, что плотность оценивается по результатам измерения массы и объема контролируемого вещества в едином измерительном процессе, при этом исключено влияние изменения атмосферного давления, так как измерению подлежит избыточное давление.

Формула изобретения

Способ измерения плотности путем помещения контролируемого вещества в измерительную емкость, подачи в нее газа и измерения давления, отличающийся тем, что газ с одинаковым расходом пропорциональным массе контролируемого вещества подают в измерительную и сравнительную емкости, измеряют разность времен заполнения емкостей газом до заданного давления, по которой судят о величине плотности по формуле

где ΔP - постоянная заданная величина изменения давления, Па;
R - газовая постоянная, Дж/(кгК);
Θ - температура газа, К;
Δt - разность времен заполнения измерительной и сравнительной емкостей, с;
k - коэффициент пропорциональности, 1/с.