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液体密度仪比重计的分类和选型方法

  目前市场上的密度仪比重计大致可分为三大类:台式密度仪(实验室使用)、便携式密度仪(现场使用)和在线密度仪(工业实时检测)。

  一、 台式密度仪

  1.

  玻璃管密度计

  玻璃管密度计操作简单,价格低廉,因而在各行业得到了广泛应用。操作时用小量筒取样,放入玻璃管密度仪,直接读取浮在液体平面线上的数值。

  玻璃管密度仪一般精度在0.01-0.001g/cm3之间,分段测量:0.6-0.7、0.7-0.8……1.4-1.5g/cm3,测量误差来源于本身的制造精度和人工操作及读数误差,并且无法实现自动测量和控制。

  2. 台式电子密度仪

  台式电子密度仪主机是称重天平,用于实验室取样测量。应用阿基米德浮力原理,先测量标准石英砝码在空气中的重量,再测量石英砝码在液体介质中的重量,两者差值即为砝码在液体介质中的浮力,与标准砝码的密度相比即可折算出液体介质的密度。

  图示为上海峥岚实业有限公司生产JN-120E高精度台式液体密度仪,精度为万分之一(0.0001g/cm3)。测量过程3次按键后自动显示密度读数:①挂钩称重按键清零;②称重砝码按键;③砝码放入液体介质中按键。

  精度来源天平称重传感器的精度和操作人员的技术熟练程度,一般为千分之一和万分之一两种精度。

  二、 便携式密度仪

  便携式密度仪分为两种:实验室或现场取样用便携密度仪和现场投入式便携密度仪。

  1.

  实验室取样便携密度仪

  该密度仪一般采用震荡管原理,以奥地利、日本的进口产品为代表,液体取样2ml,测量精度0.001 g/cm3,重复性0.0005g/cm3,内置硫酸、糖分、酒精等溶液的浓度数据。

  左图为奥地利Anton Paar(安通帕)DMA-35便携式密度仪。

  2.

  现场投入式便携密度仪(手持式密度仪)

  该密度仪无需取样,直接投入到液体中测量,测量深度200mm~25000mm,适合于工矿现场的油桶、储罐、过程罐、槽车、脱硫池,以及野外的深井、湖泊、海洋中液体密度测量,应用较为广泛。

  这种投入式便携密度仪以德国JENNER(詹纳)JPD-100S便携式密度仪为代表,有直杆式和电缆式两种结构。密度测量精度0.001 g/cm3,温度测量精度0.5℃,内置氨水、酒精等溶液的浓度数据,屏幕显示密度、温度、时间日期,可储存200组测量数据。

  JPD-100S便携式密度仪由上海峥岚实业有限公司总经销,并在国内申请了专利保护。

  三、 在线密度仪比重计

  1. 差压式在线密度仪

  测量原理:差压式密度计应用阿基米德原理通过液柱产生的重力差△P=ρgh,当h一定时,差压变送器测出的差压值除以重力加速度和长度就得到密度值。

  差压密度仪的结构型式有①顶装插入式、②侧装弯管式、③侧装双法兰、④管道式。以上海峥岚公司JN3351MD系列产品为例,结构图片如下:

  应用于耐腐蚀的工况的差压密度仪有特氟龙喷涂密度仪(①左)、全PTFE封装密度仪(①中)、侧装密度仪(③),膜片材料可选钽合金、哈氏合金、蒙乃尔合金等。

  优点:结构原理简单、经济实用、性价比高,应用广泛。

  缺点,并且是较难克服的功能型缺陷,常应用于精度要求不高的工况:

  1) 该产品只能垂直安装,对安装的垂直度要求较高;

  2) 只能测量静止液体,搅动液体的工况下测量精度较差,管道流动液体则不能测量;

  3) 温度系数差,温度上升下降均会引起零点漂移(如果没有做温度补偿则偏差会更大),需要经常调整零点,较难克服此缺陷;

  4) 应用高精度传感器,改进应力结构,修正伯努利流体力学特性,增加集成电路补偿消除各种偏差的影响,如JDP-500S密度检测装置,可有效提高测量精度和稳定性,但产品丧失了成本优势。

  2. 音叉式在线密度计

  工作原理:音叉密度计传感器是根据振动原理设计的。振动元件类似于两齿的音叉,叉体由齿根的一个压电晶体激励而产生振动,振动的频率通过另一个压电晶体检测出来,通过移相和放大电路,叉体被稳定在自然谐振频率上。当液体流经叉体时,振动发生改变,引起谐振频率变化,通过集成电路处理单元计算出准确的密度值。

  市场上音叉密度仪以艾默生7826、7828为代表,最高精度可达0.001g/cm3。

  优点:安装简单,即插即用,可以测量管道流动液体介质,测量含有固体或气泡的混合液体介质的密度;

  缺点:

  1) 该密度计不能测量易结晶、易结垢、易挂料的液体介质;

  2) 管道液体流动速度不能超过2m/s;

  3) 液体介质温度不能高于90℃;

  4) 测量精度和稳定性均不够理想,国产音叉密度仪在理想状态下最高精度0.003g/cm3。

  3. 科里奥利质量密度仪(科氏力质量流量计)

  工作原理:测量管连续地以一定的共振频率进行振动,振动频率随流体的密度变化而变化,因此共振频率是流体密度的函数,通过测量共振频率即可准确获得流体的密度。在密度测量的同时还可以根据科里奥利力原理直接测量封闭管道内流体的质量流量。

  市场上占主导的地位的科氏力质量流量计主要3家:艾默生、E+H、科隆。图示为三家公司的典型产品。

  优点:

  1) 测量精度高,流量精度可达0.05%,密度最高精度可达0.0005g/cm3,是所有测量仪表中精度最高的产品;

  2) 不受流体物理性质(密度、黏度等)的影响,应用范围广;

  3) 无可动部件,可靠性高;

  4) 测量值不受管道内流动场所影响,上、下游直管段长度的要求低;

  5) 可调量程比宽达1∶100;

  6) 可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液。

  缺点:

  1) 阻力损失较大,零点有时不稳定,管路振动会影响测量精度;

  2) 容易结垢堵塞,必须经常进行冲洗,因此运行维护人员既要经常去观察该测量值的变化,又要频繁地进行冲洗,以至影响密度测量的连续和稳定;

  3) 最大的缺点:价格昂贵。

  4. 放射性同位素密度仪

  工作原理:仪器内部设有放射性同位素辐射源,它的放射性辐射(例如γ射线)在透过一定厚度的被测介质后被射线检测器所接收。当介质的厚度一定时,对射线的衰减量仅是该液体介质物质密度的函数。通过仪表内部的运算即可得出其密度值

  优点:放射性密度计可以在不接触被检测对象,特别是在高温、高压、高腐蚀性和有毒的情况下,对容器内的物料密度等参数进行测量。

  缺点:是管道内壁结垢及磨损将引起测量误差,涉及审批程序繁琐,管理与检查严格。

  5. 超声波在线密度仪

  工作原理:超声波在线密度仪是应用超声波在液体中的传导速度来测量液体的密度。理论和实验证明:超声波在特定的温度下、特定的浓度或密度的液体中传递速度是确定的。液体的浓度变化会引起超声波传导速度的改变。液体中超声波的传导速度是液体弹性模数和密度的函数,因而液体在一定温度下超声波在其中传导速度的变化反映了液体浓度或密度的变化。当仪表的超声波传感单元发出一个超声波信号,并测量出其在过程液体中的传递速度及液体的当前温度,仪表通过这些相关数据的运算,精确求出当前液体介质的浓度或密度值。

  优点:超声波检测不受介质的浊度、色度及电导率的影响,也不会受流态及杂质的干扰。

  缺点:价格昂贵。测量精度受液体介质中的气泡影响比较大。受到自身电路的局限和工业现场的环境干扰,产品的精度和稳定性还有待提高。

  作者:

  陆伟逸 总工程师

  上海峥岚实业有限公司

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