Densitetsmätare

Ej att förväxla med densitometer .

En densitetsmätare , även känd som en densimeter , är en anordning som mäter densiteten . Densitet förkortas vanligtvis som antingen $\rho$ eller $D$ . Vanligtvis har densiteten antingen enheterna $kg/m^{3}$ eller $lb/ft^{3}$ . Den mest grundläggande principen för hur densitet beräknas är med formeln:

$\rho ={\frac {m}{V}}$

Var:

$\rho$ = provets densitet.

$m$ = provets massa.

$V$ = volymen av provet.

Många densitetsmätare kan mäta både den våta delen och den torra delen av ett prov. Den våta delen omfattar densiteten från alla vätskor som finns i provet. De torra fasta ämnena omfattar enbart densiteten av de fasta ämnen som finns i provet.

En densitetsmätare mäter inte den specifika vikten av ett prov direkt. Den specifika vikten kan dock härledas från en densitetsmätare. Den specifika vikten definieras som densiteten för ett prov jämfört med densiteten för en referens. Referensdensiteten är typiskt den för vatten. Den specifika vikten hittas av följande ekvation:

$SG_{s}={\frac {\rho _{s}}{\rho _{r}}}$

Var:

$SG_{s}$ = provets specifika vikt.

$\rho _{s}$ = densiteten hos provet som behöver mätas.

$\rho _{r}$ = densiteten för referensmaterialet (vanligtvis vatten).

Densitetsmätare finns i många varianter. Olika typer inkluderar: nukleär , coriolis , ultraljud, mikrovågsugn och gravitisk . Varje typ mäter densiteten på olika sätt. Varje typ har sina fördelar och nackdelar.

Densitetsmätare har många tillämpningar inom olika delar av olika industrier. Densitetsmätare används för att mäta slurry , slam och andra vätskor som strömmar genom rörledningen. Branscher som gruvdrift , muddring , rening av avloppsvatten , papper, olja och gas har alla användningsområden för densitetsmätare vid olika punkter under sina respektive processer.

Olika typer av densitetsmätare

Röd mätare

Röda mätare arbetar på gravitationsprincipen för att beräkna densiteten för ett prov. En flexibel slang används för att bestämma viktförändringen. Med hjälp av principen om balkavböjning av två fasta ändar kan vikten beräknas. Ökning av vikten resulterar i en större nedböjning. Minskad vikt resulterar i en mindre nedböjning. Volymen inuti slangen ändras aldrig. Eftersom volymen är konstant och vikten är känd, beräknas densiteten enkelt utifrån denna information.

Förskjutningen mäts med en förskjutningslaser med hög precision. Mikronskala avböjningar kan avläsas av densitetsmätaren. Små förändringar i vikt ses på denna skala.

Hela volymen mäts med gravimetriska metoder. Det betyder att provstorleken är hela volymen av det som behöver mätas.

Processkarakteriseringsanordningar används oftast för att beräkna densiteten av torr bulk och våt slurry, men de kan också övervaka rapporter om flera egenskaper hos en process, såsom temperatur och massflöde. Processkarakteriseringsenheter använder minst mängd teori, vilket gör dem till det mest exakta valet, beroende på applikationen. Med hjälp av ekvationen $\rho ={\frac {m}{V}}$ är volymen känd, när vi väl hittar massan kan vi hitta densiteten.

Coriolis

Coriolis densitetsmätare, även känd som massflödesmätare eller tröghetsflödesmätare , arbetar enligt vibrationsprincipen för att mäta fasförskjutningar i vibrationen i ett böjt tunnväggigt rör. Det böjda tunnväggiga röret roteras runt en central axel. När det inte finns någon massa i den böjda sektionen förblir röret otvinnat. Men när densiteten inuti den böjda sektionen ökar, släpar den ingående flödesdelen av det böjda röret bakom utflödesdelen. Denna vridning orsakar fasförskjutningar som resulterar i förändringar i det tunnväggiga rörets resonansfrekvens. Därför påverkas resonansfrekvensen direkt av densiteten. Medier med högre densitet orsakar en större Coriolis-effekt om det volymetriska flödet är konstant. Flödande media orsakar en frekvens och en fasförskjutning av det böjda röret, vilka är proportionella mot provets massflödeshastighet.

Coriolismätare mäter systemets massflöde. De mäter inte det volymetriska flödet. Emellertid kan ett volymetriskt flöde utläsas från massflödesmätningen. Dessa mätningar är begränsade till små diametrar för flödesrör. Denna mätteknik resulterar dock i hög noggrannhet och hög repeterbarhet. Coriolismätare har också en snabb responstid.

Coriolismätare måste kalibreras för temperatur och tryck. Nollpunkterna för dessa värden används för att kalibrera systemet. Coriolismätare kan inte kalibreras när de används. Spännvidden används för att se hur temperatur och tryck har förändrats.

Kärn

Kärndensitetsmätare arbetar enligt principen att mäta gammastrålning. Gammastrålning sänds ut från en källa. Denna källa är vanligtvis cesium-137 (halveringstid: ~30 år). Strålningen ses av en scintillatoranordning. Strålningen omvandlas till ljusblixtar. Antalet ljusblixtar räknas. Strålning som absorberas av massan ses inte av scintillatoranordningen. Därför är mediets densitet omvänt proportionell mot den strålning som fångas och ses av scintillatorn.

Kärndensitetsmätare är begränsade i omfattning till vad som ses av gammastrålningsstrålen. Provstorleken är en enkel, tunn kolumn med liten longitudinell längd.

Kärnteknisk utrustning kräver certifierad och licensierad personal för att kunna använda instrumenten.

Mikrovågsugn

Mikrovågstäthetsmätare har olika sätt att mäta vilka fasta ämnen som finns i provet. Alla mikrovågsmätare mäter mikrovågor men vissa använder olika metoder som att mäta mikrovågsutbredningshastighetsförändringen, amplitudminskning, flygtid, enfasskillnad eller dubbelfasförskjutning. Varje teknik har en viss noggrannhet.

Vissa mikrovågsmätare använder en keramisk sond som sätts in direkt i provet. Detta gör att mätaren har direktkontakt med provet i fråga. Detta begränsar dock de typer av slam och slam som kan strömma genom rörledningen. Slipande slam med partiklar kan skada sensorsonden.

Mikrovågsmätare är också begränsade till vätskor med oföränderliga dielektriska konstanter. Procentandelen fasta ämnen i slammet påverkar dielektricitetskonstanten för hela provet. Vanligtvis resulterar procentandel fasta ämnen över 20 % i stora fel. Liknande inkonsekvenser inträffar med stora rördiametrar.

Mikrovågsmätare är mycket bra på att detektera lösta fasta ämnen. Homogena lösningar är lätta att se av mikrovågsmätare. Detta gör dem lämpliga för applikationer där lösningen är konsekvent och icke-nötande.

Ultraljuds

Ultraljudsdensitetsmätare arbetar enligt olika principer för att beräkna densiteten. En av metoderna är transittidsprincipen (även känd som flygtidens princip). Med denna teknik installeras vanligtvis en sensor i röret, som har en ultraljudssändare och en ultraljudsmottagare i en konstruktion. Ultraljudstäthetsmätaren beräknar ljudhastigheten genom att använda det kända avståndet mellan sändaren och mottagaren och den uppmätta transittiden. Mätinstrumentet kan nu beräkna densiteten, eftersom den är beroende av ljudhastigheten.

En annan metod som används i ultraljudsmätare är envelope energy average-metoden. Denna metod baseras inte bara på signalens amplitud utan också på signalens form. Dessa informationspaket kallas kuvert.

Doppler ultraljudsmätare mäter suspensionsflödet där koncentrationen av fasta ämnen i slammet är över 100 ppm och partiklarna som är suspenderade är större än 100 mikrometer i diameter. Dopplermetoden fungerar dock bara på koncentrationer på mindre än 10 % fasta ämnen.

Ersättningar

Temperatur

Temperaturen påverkar vätskornas densitet. I de flesta fall indikerar en ökning av temperaturen att mediets densitet kommer att minska. Detta indikerar att temperatur och densitet är omvänt proportionella mot varandra. Temperaturen påverkar även själva mätarna. Massflödesmätare har olika resonansfrekvenser vid olika temperaturer.

Tryck

Trycket ändrar styvheten hos massflödesröret. Trycket påverkar styvheten hos gravimetriska mätare.

Vibration

Vibrationer från anläggningsljud kan filtreras bort. Vibrationer är uppenbara i mikrovågs-, ultraljuds-, gravimetriska och Coriolis-mätare. Vibrationer gör att dessa typer av mätare ackumulerar fel

Skada

Coriolismätare har kompensationer från gropbildning, sprickbildning, beläggning, erosion och korrosion. Dessa skador påverkar hur röret resonerar. Dessa förändringar påverkar baslinjen. Kompensationer kan inte göras dynamiskt. Dessa skador orsakar vanligtvis förskjutningar som kan läggas till de befintliga kalibreringsfaktorerna som säkerställer att en konsekvent avläsning fortfarande erhålls.