Аэростатический плотномер газов.
Министерство Образования и науки РФ
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра теплоэнергетика,
газоснабжение и вентиляция
Реферат
на тему:
«Определение плотности газов»
Выполнил:ст.гр4ТГ01
Мустафин И.И.
Проверил:к.т.н.доцент
Барышева О.Б.
Казань,2017 г.
Содержание
Введение………………………………………………………………………...……..3
1.Определение плотности газов………………………………………………..…….4
2.Аэростатический плотномер газов………………………………...……..………..6
3.Эффузиометр…………………………………………………………………..……8
4.Ультразвуковые плотномеры………………………………………………..……10
5.Радиоизотопные и вихревые приборы (плотномеры)…………………..........…10
Заключение………………………………………………………………………..…15
Список литературы………………….…………………………………………..…..16
Введение
В данном реверате будут рассмотрены основные сведения о понятии плотности газов, об измерении плотности газов, методы и приборы, измеряющие плотность, их устройство, принцип действия, технические данные.
Производственный контроль плотности веществ актуален для многих производств. Плотность любого материала, независимо от агрегатного состояния, одна из основных физических характеристик.
1.Определение плотности газов.
Единица плотности есть физический показатель характеристики, определяемой для веществ однородного характера (жидкого, твердого, газообразного) при помощи их массы в единице их объёма. Характеристика плотности для неоднородных же веществ исчисляется соотношением массы и объёма, когда весь объём вещества сосредотачивается в месте замера плотности. При снятии показаний плотности относительной берётся соотношение двух веществ при соблюдении нормальных условий: для жидких состояний относительная плотность снимается при температуре, относящейся к плотности дистиллированной воды 4 °С, а, определяя относительную плотность газов, исходят из отношения к плотности водорода (сухого воздуха) также при поддержании нормальных условий. С увеличением температуры растет давление вещества или тела, под воздействием чего происходит тепловое расширение, влекущее за собой уменьшение показателя плотности. Данная плотность при изменении агрегатного состояния для данного вещества также идёт на убыль, но скачкообразно.
|
|
|
По Международной системе единиц для определения показателей плотности служит единица, выражаемая в кг/м³, однако практика допускает применение и других единиц, как г/см³, г/л, т/м³.
Значения плотности для различных материалов находятся в довольно широких диапазонах измерений. Возможности определения плотности веществ в жидких и твердых состояниях носят название денсиметрии, некоторые её методы подходят и для газов.
|
|
|
Для чего нужно определять плотность? Для жидкостей, например, определение плотности важно пo двyм пpичинaм. Пepвaя заключается в оценке жидкости с кaчecтвeнной стороны, при проверке её плoтнocти смотрят на cooтвeтcтвиe жидкости нopмaм показателей качества. Тaкиe замеры делаются, как правило, лaбopaтopно, с помощью лaбopaтopных плoтнoмepов. Вторая пpичинa определения плoтнocти заключается в pacчeте мaccы жидкocти. Так как пpи измeнeнии тeмпepaтypы не происходит изменения мaccы жидкocти, то пpинятo учитывать количество жидкocти не по литрам, то есть нe пo oбъeмy, а пo мacce, то есть по килoгpaммам, в которых она выражается.
Характеристика плотности любого вещества зависит:
от массы атомов, находящихся в составе этого вещества;
от плотности компоновки соединений атомов, а также молекул в этом веществе.
Прямая зависимость: больше масса атомов, значит больше плотность вещества. Рассматривая те же вещества в ином агрегатном состоянии, мы видим, что плотность их разная в зависимости от состояния.
|
|
|
У жидких веществ плотность же компоновки атомов и молекул ещё сохраняется высокой, поэтому плотность жидкого вещества не очень сильно отлична от его плотности в твердом виде.
У газов молекулы очень слабо соединены между собой с большой удалённостью друг от друга, поэтому плотность упаковки атомов очень низкая, а значит, вещество в виде газа обладает невысокой плотностью.
Численно плотность выражается в отношении массы вещества к его объему. Известная формула расчета: плотность = Масса / Объем.
ρ = m·V
Точность параметров при определении характеристики плотности имеет огромное значение в разработке и при выпуске средств измерений в различных промышленных сферах, как приборостроение и метрология, которые тесно связаны с анализом свойств определенных веществ и материалов. Не менее актуальным считается вопрос о выборе различных возможностей определения плотности веществ в исследованиях в космической сфере, в решении вопросов по охране окружающей среды, в вопросах исследования плазмы, а также в новых технических и научных отраслях.
Для определения характеристик плотностей жидкостей и газов существуют практически одинаковые методы. Средства измерения, представленные в виде плотномеров, различаются по своему конструктивному исполнении и принципу действия. Существует много разных групп методов возможного определения плотности. Большую группу составляют поплавково-весовые методы, базирующиеся на определении выталкивающей силы, действующей на тело или вспомогательный элемент - поплавок и по закону Архимеда имеющей прямо пропорциональную зависимость от плотности среды. К этой группе относятся измерения ареометром, посредством гидростатического взвешивания, поплавковый, флотационный способы определения плотности. К следующей группе относятся гидростатические методы определения характеристики плотности, которые определяет зависимость статического давления столба жидкости или газа постоянной высоты от их плотности. К отдельной группе можно отнести гидродинамические методы, зависимые от плотности других физических величин, например, времени истечения жидкости или газа из отверстия, степени удара струи о барьер, энергии потока жидкости, динамического давления.
|
|
|
Аэростатический плотномер газов.
Работа данного плотномера основана на принципе действия, при котором анализируемый газ и воздух проходят при постоянных давлениях через вертикальные трубки. Внутренние камеры трубок образуют одинаково высокие столбы контролируемого газа и воздуха. Разность аэростатических давлений в столбах измеряет дифманометр колокольного типа, работающий по принципу уравновешивания, достигаемого посредством измерения выталкивающей силы. Передвижение колокола дифманометра преобразователь преобразует в унифицированные сигналы (электрический / пневматический).
пузырьковый метод. Данный метод используется и для измерения уровня. Принцип данного метода основывается на выходе газа в виде пузырьков. Газ проходит в трубки, открытые концы которых погружаются в жидкую среду на разных глубинах, ограничивая давление в трубках. Размещение трубок в жидкости на разной глубине дает перепад давления между трубками. Измерением перепада давления в трубках определяется плотность рабочей жидкости. Данный метод не пригоден для контроля и определения плотности жидкостей, содержащихся в закрытых ёмкостях и имеющих твердые частицы, способные заблокировать трубки. Однако, хорошо подходит для агрессивных жидкостей при условии защиты погружаемых в эту жидкость трубок от агрессивных воздействий.
Упоминая характеристику плотности газа, следует заметить, что это, пожалуй, один из самых важных показателей среди физических характеристик газов. Мы имеем в виду их плотность, определяемую при соблюдении нормальных условий: температуры 0 °С, соответственно, давления 760 мм рт. столба. Данный прибор хорошо подходит при осуществлении замеров плотности газов в условиях непрерывной работы. Плотномер камертонного типа оснащен электромеханическим генератором, который состоит из приемных катушек с магнитом, катушек возбуждения с магнитом, камертона, расположенного в отдельном корпусе, и усилителя электронного типа. На выходе происходит сравнение частоты колебаний усилителя с частотой кварцевого генератора. Частотомер измеряет разность частот этих колебаний, которые в конечном итоге и замеряют плотность газа. Прибор имеет высокий класс точности.
Вибрирующий цилиндр Данное средство измерения служит для определения плотностных характеристик газов, для чего в газ погружается тонкостенный цилиндр. При зажимании цилиндра с одной стороны, в цилиндре создаются колебания подобно описанной выше вибрирующей трубе. Частота цилиндра поддерживает колебательные движения в нём, и газ, контактирующий со стенками цилиндра, тоже колеблется. Соотношение между частотой цилиндра и плотностью газа представляет собой следующее уравнение:
ρ = 2d0[(f0-f)/f]·[1+K/2((f0-f)/f)]
При этом f является частотой для создания колебаний газа, имеющего плотность ρ, f0 – показатель частоты в вакууме, а d0 и K являются постоянными величинами для данной трубы. Данный метод можно применять для газов с целью определения в них значений плотности до 400 кг/м³.
Характеристику плотности газа можно определить методом истечения при помощи эффузиометра, точность измерения составляет до 1-2%. Плотность можно определить данным методом за несколько минут. Известен тот факт, что если перепады давлений (до 500 мм водяного столба) невелики, то скорости истечения у разных газов имеют обратно пропорциональную зависимость от квадратных корней, извлекаемых из показателей плотностей этих газов. Это значит, что время истечения одинаковых газовых объемов из малых отверстий пропорционально квадратным корням из единиц плотностей этих газов. Имеются в виду одни и те же температурные предпосылки и одинаковые давления, т. е.
τв/τг = √(Q0в/Q0г)
при этом Q0г - определяемая плотность рабочего газа, кг/м³;
Q0в - показатель плотности известного газа, кг/м³;
τr - время истечения рабочего газа, сек;
τв - время истечения известного газа, сек.
Продолжительность истечения рабочего газа обычно сравнивается со скоростью истечения воздуха (одинаковые температурные условия и одинаковое давление), тогда
Q0г = 1,293·(τ²г/τ²в)
Эффузиометр
Эффузиометр представляет собой сосуд большого диаметра 120-150 мм, изготовленный из стекла и имеющий высоту ок. 400 мм. В эту ёмкость вставляется другой сосуд, имеющий меньший диаметр 25-30 мм, который в двух местах сужается и имеет верхнюю и нижнюю метки. Меньший по диаметру сосуд открыт снизу, сверху у него расположена крышка, в которой распределены две трубки с кранами. Через одну трубку сосуд заполняется рабочим газом, через другую осуществляется выпуск газа. В конце этой трубки находится платиновая диафрагма, имеющая небольшое отверстие. В большой сосуд заливается выше верхнего уровня вода (дистиллированная). Малый сосуд, расположенный внутри, в это время заполнен воздухом. Краны закрыты, а уровень воды в малом сосуде должен быть меньше нижнего уровня. Температуру воды во время измерения необходимо поддерживать на постоянном уровне. Открыв кран трубки с малым отверстием, выпускают воздух и замеряют секундомером время его прохождения от минимального до максимального уровня. Получив более достоверные данные, замеряют время истечения рабочего газа, соблюдая при этом аналогичные условия измерения и такой же объём.
Гидро-газо (аэро) динамические устройства (плотномеры). Данные плотномеры используют при определении малых по показателям плотностей газов. Принцип работы этих плотномеров механического типа характерен тем, что поток анализируемого газа снабжается дополнительной кинетической энергией и измеряются возникающие при этом параметры.
В плотномере потоку анализируемого газа, который протекает через камеру, сообщается кинетическая энергия. Энергия подается посредством турбинки, приводимой во вращение синхронным механизмом. Поток газа подступает к турбинке, на которой создает с помощью собственной кинетической энергии момент вращения, под действием которого турбинка разворачивается, а образующийся на ней момент уравновешивается моментом, имеющимся на оси плоской пружины. Угол поворота оси и стрелки по шкале прямо пропорционален плотности газа. Преобразователь преобразует угол поворота в сигнал.
Ультразвуковые плотномеры.
Устройства данного вида для определения плотности вещества используют ультразвук, продолжая развивать тем самым перспективное направление в развитии плотномеров. УЗ (ультразвуковые) колебания это те колебания, которые по частоте превышают верхнюю границу предела звуков, улавливаемых человеческим органом слуха. Ультразвуковое колебание в среде может создаваться любым колеблющимся телом, которое находится в контакте с этой средой. Для определения показателя плотности в этой среде необходимо будет определить скорость распространения ультразвука в ней. УЗ-метод высокочувствительный метод, почти совсем безынерционен и исключает контактирование с контролируемой средой, а значит, может работать в агрессивных средах. УЗ-плотномеры, для которых характерна чувствительность к скорости ультразвука, можно подразделить на измерители:
скоростного типа,импедансного типа и импедансно-скоростного типа. Скоростным типом УЗ-плотномеров определяют, как правило, показатели характеристик плотности однородных веществ, бинарных жидких соединений (растворов), смесей, состоящих из жидкостей или газов.
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 404; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!