Плотномер

Известно, что плотность вещества определяется как

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

где ${\displaystyle m}$ — масса вещества, ${\displaystyle V}$ — объём вещества.

После определения плотности вещества ${\displaystyle S_{w}}$ с помощью плотномера можно вычислить удельный вес образца по формуле:

${\displaystyle S_{w}={\frac {\rho _{s}}{\rho _{r}}}}$,

где ${\displaystyle \rho _{s}}$ — плотность вещества измеряемого образца, ${\displaystyle \rho _{r}}$ — плотность вещества эталонного образца (например, воды при нормальных условиях). Кроме того, в некоторых случаях, при необходимости, на основании измерений плотномерами может подсчитываться и концентрация.

Плотномеры по принципу действия делятся на весовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые, поплавковые и др. Соответственно, применяются разные физические принципы, лежащие в основе работы плотномеров. Плотность может определяться взвешивании некоторых объёмов вещества, по разности давлений столбов жидкости, ослаблении интенсивности пучков ${\displaystyle \gamma }$- и ${\displaystyle \beta }$-излучений в массе измеряемого материала, измерении колебаний датчика вибраций (в том числе и МЭМС), изменениях скорости звука в веществе, и др.

Принцип действия жидкостных плотномеров основан на измерении частоты колебаний U-образной измерительной трубки, вызываемых электромагнитным генератором. Под воздействием возбуждающего поля пустая измерительная трубка колеблется с собственной частотой, а при заполнении трубки исследуемым веществом частота колебаний изменяется в зависимости от массы (плотности) исследуемого вещества. Подобно маятнику, чем больше плотность образца, а значит и его масса, заключенная в трубке, тем ниже частота колебаний. Для пересчета частоты колебаний в цифровое значение плотности используются данные предварительной калибровки.

Поскольку плотность сильно зависит от температуры, для исключения этого влияния на результат измерительная трубка термостатируется. Поддержание температуры осуществляется электронным термостатом, встроенным в прибор. Стандартная температура измерения плотности жидкостей составляет 20 °C.

Частота собственных колебаний трубки зависит от её конструктивных особенностей и определяется в процессе калибровки при заполнении её веществом с известной плотностью. Калибровка плотномеров производится по результатам измерения частоты колебания измерительной трубки на двух стандартных веществах — сухой воздух и бидистиллированная дегазированная вода. Результаты калибровки сохраняются в памяти прибора до следующей калибровки. В настоящее время при анализе жидких образцов повсеместно переходят с ручных методов на использование цифровых приборов. Главная причина — более высокая скорость и точность инструментальных методов анализа, а также большая безопасность при работе с токсичными и легковоспламеняющимися образцами.

Плотномеры применяются для измерения плотности сухих и влажных твёрдых сыпучих материалов, жидкостей и газообразных веществ в разных областях — строительстве, технике, машиностроении, архитектуре, водоснабжении, системах вентиляции и др.