СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ
METHOD OF MEASURING DENSITY

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем (сыпучие материалы, тканые и нетканые материалы, пористая фильтрующая керамика, газонаполненные пластмассы (поропласты) и др.), и может найти применение в различных отраслях промышленности.
в
в
в
в
в
в
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 и объема V вещества определяют плотность ρ вещества из отношения ρ=m/V.
Основной недостаток такого способа состоит в том, что он не применим для измерения плотности пористых и сыпучих веществ, не допускающих смачивания какой-либо жидкостью.
Известен способ измерения плотности, 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 (Кивилис С.С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980. - с.156).
Недостатком способа, принятого за прототип, является отсутствие единого процесса, обеспечивающего измерение плотности.
Технической задачей изобретения является обеспечение процесса измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем в едином измерительном процессе.
Поставленная техническая задача достигается путем помещения контролируемого вещества в измерительную емкость, герметизации ее, изменения ее объема и измерения изменения давления, при этом при помещении контролируемого вещества увеличивают объем измерительной емкости от первоначального значения пропорционально массе вещества, а после герметизации емкости уменьшают ее объем до первоначального значения и измеряют изменение давления, по которому судят о плотности вещества.
На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ измерения плотности.
Устройство для измерения плотности состоит из измерительной емкости 1 с крышкой 2. Дно 3 емкости 1 выполнено подвижным и закреплено на боковой стенке, например с помощью чулковой мембраны 4. Дно 3 расположено на пружине 5 и соединено со штоком 6. На подвижном дне 3 размещено контролируемое вещество 7 или изделие неправильной формы. На штоке 6 размещен ограничитель 8. К емкости 1 подключен манометр 9.
В начальный момент времени контролируемое вещество 7 в емкости 1 отсутствует. Дно 3 занимает положение, при котором объем емкости 1 равен V. Установление начального положения дна 3 производится перемещением ограничителя 8 на соответствующую величину.
Сущность способа измерения плотности заключается в следующем.
При помещении контролируемого вещества 7 в измерительную емкость 1 происходит перемещение дна 3 и сжатие пружины 5 на величину Δh
2
где F - сила, действующая на дно 3 со стороны контролируемого вещества 7, H; m - масса контролируемого вещества 7, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; с - жесткость пружины 5, Н/м.
Объем V емкости 1 увеличивается на величину
2
где S - площадь сечения дополнительно образованного объема, м.
Газ в емкости 1 можно считать идеальным.
После помещения контролируемого вещества в емкость 1, последнюю герметично закрывают крышкой 2, состояние газа будет описываться уравнением Менделеева-Клапейрона
атм
в
3
где P - атмосферное давление, Па; V - объем твердой фазы контролируемого вещества, м; Θ - масса газа, кг; R - газовая постоянная, ; T - абсолютная температура газа, K.
Штоком 6 перемещают дно 3, переводя его в начальное положение. При этом происходит сжатие газа, состояние которого будет описываться уравнением
где ΔP - увеличение давления в измерительной емкости 1, Па.
При постоянстве и равенстве правых частей уравнений (3), (4) на основании закона Бойля-Мариотта
Из (5) выразим ΔP в виде
Учитывая, что из (1) и (2) ΔV=km, где , запишем (6) в виде
Таким образом, в предлагаемом способе измерения о плотности контролируемого вещества 7 судят по величине изменения давления ΔР в измерительной емкости 1, происходящего за счет сжатия изолируемого объема (V+ΔV) емкости 1 на величину ΔV, пропорциональную массе контролируемого вещества.
Преимуществом способа является то, что он является автономным, не требующим для реализации дополнительных источников энергии, при этом плотность оценивается по массе и объему контролируемого вещества в едином измерительном процессе.