Способ измерения плотности

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем, например, сыпучих материалов и твердых тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы, а также обеспечение оперативности контроля за счет использования единого измерительного процесса. Способ измерения плотности реализуется путем определения массы контролируемого вещества и помещения его в измерительную емкость, уменьшения ее объема и измерения изменения давления заключается в измерении изменения давлений в измерительной емкости до и после помещения в нее контролируемого вещества при изменении объема измерительной емкости на заданную величину пропорционально массе вещества. По отношению изменений давлений судят о плотности вещества. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем, например, сыпучих материалов и твердых тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

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). Недостатками такого способа измерения плотности являются невозможность определения циклометрической 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 смешивания 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 ρ_в=m_в/V_в.

Основной недостаток такого способа состоит в том, что он неприменим для измерения плотности пористых и сыпучих материалов, не допускающих смачивания какой-либо жидкостью.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения плотности (Кивилис С.С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980. - С. 156), состоящий в том, что измерительную емкость с контролируемым веществом заполняют газом, и об объеме судят по изменению абсолютного давления в ней, а плотность определяют делением массы на полученный объем.

Недостатками способа, принятого за прототип, являются отсутствие единого измерительного процесса и невысокая точность, обусловленная влиянием изменения атмосферного давления на результат измерения.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения плотности сыпучих веществ и твердых тел различной формы, а также обеспечение оперативности контроля за счет использования единого измерительного процесса.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что измеряют изменения давлений в измерительной емкости до и после помещения в нее контролируемого вещества при изменении объема измерительной емкости на заданную величину пропорционально массе вещества и по отношению изменений давлений судят о плотности вещества.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ измерения плотности.

Устройство содержит емкость 1 с контролируемым веществом 2, к верхней части которой присоединен цилиндр 3 с поршнем 4 и подключен измеритель давления 5.

Сущность способа заключается в следующем.

Изменяют объем изолированной измерительной емкости 1 на величину ΔV=km_в, где k - коэффициент пропорциональности, m_в - масса контролируемого вещества, путем перемещения поршня 4 и измеряют изменение давления ΔP₁ манометром 5.

После этого в измерительную емкость 1 объемом V₁ помещают контролируемое вещество 2 с объемом V_в, изолируют объем измерительной емкости 1 и изменяют его на величину ΔV=km_в. Затем измеряют изменение давления ΔP.

Определяют отношение давлений ΔP/ΔP₁, по значению которого судят о плотности контролируемого вещества 2.

Согласно уравнению газового состояния

где P_атм - начальное давление в измерительной емкости 1; θ - масса газа в измерительной емкости 1; R - газовая постоянная; T - температура газа в измерительной емкости 1.

После сжатия газа в емкости 1, путем перемещения поршня 4 на величину Δh, ее объем уменьшится на величину ΔV, а начальное давление увеличится на величину ΔP. Таким образом, состояние газа будет описываться уравнением

При условии постоянства величин θ, R и T из (1) и (2), согласно закону Бойля-Мариотта, получаем

Из уравнения (3) следует, что

С учетом ΔV=km_в уравнение (4) примет вид

или

В правую часть уравнения (5) входит атмосферное давление, изменение которого вызывает дополнительную погрешность. Исключить влияние давления P_атм на результат измерения можно следующим образом.

Если газ в измерительной емкости 1 до помещения в нее контролируемого вещества 2 сжать путем перемещения поршня 4 на заданную величину ΔV₁, то согласно закону Бойля-Мариотта состояние газа в пустой измерительной емкости 1 до и после сжатия можно представить в виде

откуда

Подставляя (6) в (5), получим

откуда при условии ΔV₁=ΔV=km_в

Выполнив преобразования в уравнении (7), получим

Преимуществом способа является то, что плотность оценивается по результатам измерения массы и объема контролируемого вещества в едином измерительном процессе, а также исключено влияние изменения атмосферного давления на результат измерения.

Способ измерения плотности путем определения массы контролируемого вещества и помещения его в измерительную емкость, уменьшения ее объема и измерения изменения давления, отличающийся тем, что измеряют изменения давлений в измерительной емкости до и после помещения в нее контролируемого вещества при изменении объема измерительной емкости на заданную величину пропорционально массе вещества и по отношению изменений давлений судят о плотности вещества.