RU2457461C1 - Method and apparatus for measuring density of liquid - Google Patents
Method and apparatus for measuring density of liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457461C1 RU2457461C1 RU2011107024/28A RU2011107024A RU2457461C1 RU 2457461 C1 RU2457461 C1 RU 2457461C1 RU 2011107024/28 A RU2011107024/28 A RU 2011107024/28A RU 2011107024 A RU2011107024 A RU 2011107024A RU 2457461 C1 RU2457461 C1 RU 2457461C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- density
- float
- pressure
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Level Indicators Using A Float (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности жидкостей в нефтяной, химической, пищевой промышленности и в других областях. Техническим результатом изобретения является возможность измерения плотности при небольших количествах жидкости, а также устранение необходимости выдерживания определенной температуры при измерении плотности.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the density of liquids in the oil, chemical, food industry and in other fields. The technical result of the invention is the ability to measure density with small amounts of liquid, as well as eliminating the need to withstand a certain temperature when measuring density.
Известен ареометр, выполненный в виде стеклянной ампулы с грузом и шкалой (ГОСТ 18481-81). Для измерения плотности исследуемую жидкость наливают в сосуд и погружают в нее ареометр, по шкале которого определяют плотность.A known hydrometer made in the form of a glass ampoule with a load and a scale (GOST 18481-81). To measure the density, the test fluid is poured into a vessel and a hydrometer is immersed in it, on a scale of which the density is determined.
Ареометры обладают следующими недостатками:Hydrometers have the following disadvantages:
- для измерения плотности с помощью ареометра требуется подходящая емкость и относительно большое количество жидкости;- to measure density using a hydrometer, a suitable capacitance and a relatively large amount of liquid are required;
- при измерении плотности смачивающих жидкостей дополнительным источником погрешности измерений служит мениск, затрудняющий считывание информации.- when measuring the density of wetting liquids, the meniscus, making it difficult to read information, serves as an additional source of measurement error.
Известен способ определения поверхностного натяжения и плотности жидкости (патент РФ №2328722, G01N 13/02, G01N 9/26, 10.07.2008), который включает подачу газа на вход газоподводящей трубки, погруженной на заданную глубину в контролируемую жидкость, и измерение максимального давления в трубке. Дополнительно измеряют количество пузырьков газа, поступивших в жидкость, и по величинам максимального давления в трубке и числу пузырьков газа судят о поверхностном натяжении и плотности контролируемой жидкости.A known method for determining the surface tension and density of a liquid (RF patent No. 2323722, G01N 13/02, G01N 9/26, 07/10/2008), which includes supplying gas to the inlet of a gas supply tube immersed at a given depth in a controlled liquid, and measuring the maximum pressure in the tube. Additionally, the number of gas bubbles entering the liquid is measured, and the surface tension and density of the controlled liquid are judged by the maximum pressure in the tube and the number of gas bubbles.
К недостаткам способа относятся необходимость в датчике давления и сложность вычисления плотности с учетом влияния на показания приборов поверхностного натяжения.The disadvantages of the method include the need for a pressure sensor and the difficulty of calculating the density, taking into account the influence on the readings of surface tension instruments.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения плотности (патент РФ №2091756, G01N 9/26, G01N 7/18, 27.09.1997), в котором в U-образную ячейку помещают в исследуемую жидкость. На одно из колен ячейки подают разрежение, добиваясь равенства в другом колене (измерительном) атмосферному. Затем увеличивают давление в первом колене, поддерживая давление газа в измерительном колене постоянным. Измерительное колено герметично соединено с верхним концом калиброванного капилляра, являющегося манометрической трубкой микроманометра. Изменяя объем газовой фазы в калиброванном капилляре, измеряют перемещение уровня жидкости в измерительном колене. Зная константы прибора, рассчитывают значение плотности.The closest in technical essence and the achieved result is a method of measuring density (RF patent No. 2091756, G01N 9/26, G01N 7/18, 09/27/1997), in which they are placed in a test liquid in a U-shaped cell. A rarefaction is applied to one of the knees of the cell, achieving equality in the other (measuring) knee to the atmospheric. Then increase the pressure in the first elbow, keeping the gas pressure in the measuring elbow constant. The measuring elbow is hermetically connected to the upper end of the calibrated capillary, which is the pressure gauge of the micromanometer. Changing the volume of the gas phase in a calibrated capillary, measure the movement of the liquid level in the measuring elbow. Knowing the constants of the device, calculate the density value.
Недостатком прототипа является громоздкость конструкции.The disadvantage of the prototype is the bulkiness of the design.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности измерения плотности в небольших объемах жидкости за счет создания избыточного давления или разрежения в емкости с жидкостью и использования поплавков переменного объема.The objective of the invention is the ability to measure the density in small volumes of liquid by creating excessive pressure or vacuum in the tank with liquid and the use of floats of variable volume.
Указанная задача решается с помощью изготовления поплавка с эластичными стенками и с воздухом внутри. Поплавок помещается в исследуемую жидкость в герметичной емкости, после чего в емкости плавно повышается (или снижается) давление. При определенном значении давления поплавок начинает тонуть (или всплывать - в случае снижения давления) за счет изменения объема воздуха, который находится внутри поплавка. С изменением плотности жидкости будет меняться давление, при котором поплавок тонет или всплывает.This problem is solved by manufacturing a float with elastic walls and with air inside. The float is placed in the test liquid in a sealed container, after which the pressure in the vessel gradually increases (or decreases). At a certain pressure value, the float begins to sink (or float in the case of a decrease in pressure) due to a change in the volume of air that is inside the float. As the density of the fluid changes, the pressure at which the float sinks or floats will change.
На фиг.1 изображена последовательность определения плотности жидкости с помощью создания разрежения. На фиг.2 изображена последовательность определения плотности жидкости с помощью создания повышенного давления.Figure 1 shows the sequence for determining the density of a liquid by creating a vacuum. Figure 2 shows the sequence for determining the density of the liquid by creating high pressure.
Реализация данного способа может быть следующей:The implementation of this method may be as follows:
Вариант 1. В отградуированную герметичную емкость 1 с поршнем 2, трубкой 3 и фильтром 6 помещают поплавок 4, средняя плотность которого больше плотности исследуемой жидкости (при атмосферном давлении поплавок тонет в жидкости), фиг.1а. Конец трубки 3 опускают во вспомогательную емкость 5 с исследуемой жидкостью. Затем с помощью поршня 2 создают разрежение (после этого поршень фиксируют для предотвращения его возвращения в исходное положение).Option 1. In a graduated sealed container 1 with a piston 2, a
Согласно закону Бойля-Мариотта при постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объема постоянно, p·V=const. При создании разрежения первоначальный объем воздуха (V1) значительно увеличивается, его давление уменьшается:According to the Boyle-Mariotte law, at a constant temperature and mass of an ideal gas, the product of its pressure and volume is constant, p · V = const. When creating a vacuum, the initial volume of air (V1) increases significantly, its pressure decreases:
p2=p1·V1/V2,p 2 = p 1 · V 1 / V 2 ,
где V1 - объем воздуха в емкости до создания разрежения;where V 1 - the volume of air in the tank to create a vacuum;
V2 - объем воздуха в емкости после создания разрежения;V 2 - the volume of air in the tank after creating a vacuum;
p1 - давление воздуха в емкости до создания разрежения;p 1 - air pressure in the tank to create a vacuum;
p2 - давление воздуха в емкости после создания разрежения.p 2 - air pressure in the tank after creating a vacuum.
После создания разрежения исследуемая жидкость начинает поступать по трубке из посуды 5 в емкость 1. Воздух в поплавке стремится расшириться, Рп _>р2,Vп->V2, однако его расширение ограничивается стенками поплавка. Сопротивление стенок расширению зависит от материала, формы поплавка, толщины стенки.After creating a vacuum, the test liquid begins to flow through the tube from the
Вследствие расширения воздуха объем поплавка увеличивается, его средняя плотность уменьшается, в результате чего поплавок всплывает, фиг.1б. По мере заполнения емкости давление постепенно возвращается к атмосферному, объем поплавка уменьшается, и в определенный момент поплавок начинает тонуть, фиг.1в. Давление емкости в этот момент можно вычислить по уровню жидкости:Due to the expansion of air, the volume of the float increases, its average density decreases, as a result of which the float floats, figb. As the tank is filled, the pressure gradually returns to atmospheric, the volume of the float decreases, and at a certain moment the float begins to sink, figv. The pressure of the tank at this moment can be calculated by the liquid level:
p3=p1·V1/V3,p 3 = p 1 · V 1 / V 3 ,
где V3 - объем воздуха в емкости в момент начала погружения поплавка;where V 3 - the volume of air in the tank at the time of the start of the immersion of the float;
p3 - давление воздуха в емкости в момент начала погружения поплавка.p 3 - air pressure in the tank at the time of the beginning of the immersion of the float.
Зная зависимость объема поплавка от давления в емкости Vп=f(p) (полученную на основании экспериментов или расчетным путем), можно вычислить объем поплавка, по объему и массе - плотность поплавка в момент начала погружения:Knowing the dependence of the volume of the float on the pressure in the tank V p = f (p) (obtained on the basis of experiments or by calculation), we can calculate the volume of the float, by volume and mass - the density of the float at the time of the start of the dive:
ρ=mп/Vп,ρ = m p / V p ,
где Vп - объем поплавка в момент начала погружения;where V p - the volume of the float at the time of the start of the dive;
mп - масса поплавка.m p - mass of the float.
Плотность поплавка в момент начала погружения равна плотности жидкости.The density of the float at the start of the dive is equal to the density of the liquid.
На трубке может быть установлен фильтр для определения степени загрязнения жидкости и измерения плотности очищенной жидкости.A filter can be installed on the tube to determine the degree of contamination of the liquid and to measure the density of the purified liquid.
Степень загрязнения жидкости определяют следующим образом.The degree of contamination of the liquid is determined as follows.
При поступлении загрязненной жидкости на трубке на фильтре осаждаются загрязняющие частицы (например, сажа, частицы износа, пыль в моторном масле), при большом их количестве скорость поступления жидкости уменьшается. Скорость заполнения емкости обратно пропорциональна площади сечения канала, по которому поступает жидкость. Зная время заполнения фиксированного объема емкости чистой жидкостью, и сравнивая его с временем заполнения того же объема загрязненной жидкостью, можно установить факт загрязнения жидкости и оценить степень загрязнения. Если вместо фильтра снаружи трубки поставить магнит, можно оценить степень загрязнения жидкости металлическими частицами.When contaminated liquid enters the tube, contaminants (for example, soot, wear particles, dust in engine oil) are deposited on the filter, and when there is a large amount of them, the rate of liquid intake decreases. The speed of filling the tank is inversely proportional to the cross-sectional area of the channel through which the fluid enters. Knowing the time of filling a fixed volume of the tank with pure liquid, and comparing it with the time of filling the same volume with contaminated liquid, it is possible to establish the fact of liquid contamination and assess the degree of contamination. If instead of a filter, a magnet is placed outside the tube, it is possible to evaluate the degree of contamination of the liquid with metal particles.
Вариант 2. В отградуированную герметичную емкость 1 с поршнем 2 и трубкой 3 набирают некоторое количество исследуемой жидкости (также оставляют достаточное количество воздуха - до половины объема емкости) и помещают поплавок 4, средняя плотность которого меньше плотности данной жидкости (при атмосферном давлении поплавок плавает в жидкости), фиг.2а. Затем с помощью поршня 2 создают избыточное давление (после этого поршень фиксируют для предотвращения его возвращения в исходное положение). Исследуемая жидкость начнет вытекать из емкости 1 по трубке 3. Под действием избыточного давления воздух внутри поплавка сжимается, объем поплавка уменьшается, его средняя плотность увеличивается, в результате чего поплавок тонет, фиг.2б. По мере истечения жидкости из емкости давление постепенно возвращается к атмосферному, объем поплавка увеличивается, и в определенный момент поплавок начинает всплывать, фиг.2в. Аналогично варианту 1, по уровню жидкости в момент начала всплытия поплавка можно судить о плотности исследуемой жидкости.Option 2. In a calibrated sealed container 1 with a piston 2 and a
Более простым является вариант определения плотности не расчетным путем, а на основании предварительной градуировки емкости. Проводят несколько экспериментов с жидкостями с известной плотностью, уровни, при которых поплавок начинает тонуть (или всплывать), отмечают на емкости с указанием соответствующей плотности жидкости. При необходимости промежуточные значения плотности получают методом интерполяции.A simpler option is to determine the density not by calculation, but on the basis of a preliminary calibration of the capacitance. Several experiments are conducted with liquids of known density, the levels at which the float begins to sink (or float) are noted on the tank indicating the appropriate liquid density. If necessary, intermediate density values are obtained by interpolation.
Изменяя форму поплавка, материал и толщину его стенок, можно добиться желаемого диапазона изменения объема (а следовательно, и плотности) поплавка. Поплавок в виде плоского круга, при разрежении принимающий форму шара, с тонкой стенкой из эластичного материала будет иметь большой диапазон измерения, т.к. происходит значительное изменение его объема. С помощью поплавка, объем которого при изменении давления меняется незначительно, можно определить плотность в меньшем диапазоне, но с большей точностью (для этого уменьшают объем воздуха внутри поплавка, либо увеличивают жесткость корпуса поплавка). Для увеличения плотности поплавка внутрь него можно поместить металлическую дробь или проволоку.By changing the shape of the float, the material and the thickness of its walls, it is possible to achieve the desired range of changes in the volume (and therefore density) of the float. A float in the form of a flat circle, which takes the form of a ball when thin, with a thin wall of elastic material will have a large measurement range, because there is a significant change in its volume. Using a float, the volume of which varies slightly with pressure, you can determine the density in a smaller range, but with greater accuracy (to do this, reduce the volume of air inside the float, or increase the stiffness of the float body). To increase the density of the float, metal shot or wire can be placed inside it.
С повышением температуры плотность нефтепродуктов понижается. Поплавок, изготовленный из упругого материала, с воздухом внутри, также увеличивает объем с увеличением температуры (а следовательно, его плотность уменьшается). По закону Шарля при нагревании газа на 1°С его объем увеличивается на 1/273 объема данного газа при 0°С. Изменяя объем воздуха в поплавке и жесткость стенок поплавка, можно добиться того, что поплавок будет менять свою плотность в той же степени, в которой изменяется плотность исследуемой жидкости. Это позволит уйти от необходимости измерения плотности при четко определенной температуре (15°С или 20°С).With increasing temperature, the density of petroleum products decreases. A float made of an elastic material with air inside also increases volume with increasing temperature (and therefore its density decreases). According to Charles's law, when a gas is heated by 1 ° C, its volume increases by 1/273 of the volume of this gas at 0 ° C. By changing the volume of air in the float and the stiffness of the walls of the float, it is possible to achieve that the float will change its density to the same extent as the density of the investigated fluid. This will allow you to get away from the need to measure density at a well-defined temperature (15 ° C or 20 ° C).
Был проведен ряд экспериментов для определения наличия бензина в маслах Nissan SAE 5W40, Toyota SAE 10W40, Лукойл SAE 15W40 по их плотности.A series of experiments were conducted to determine the presence of gasoline in Nissan SAE 5W40, Toyota SAE 10W40, Lukoil SAE 15W40 oils by their density.
Взяли емкость объемом 22 см с поршнем и с трубкой, поместили в нее плоский поплавок массой 0,0457 г с небольшим количеством воздуха внутри. Эксперимент проводили при комнатной температуре - 22°С.We took a container with a volume of 22 cm with a piston and a tube, placed in it a flat float weighing 0.0457 g with a small amount of air inside. The experiment was carried out at room temperature - 22 ° C.
Полностью опустили поршень. Конец трубки поместили в масло Nissan SAE 5W40 с плотностью 849 кг/м (при 22°С), затем полностью выдвинули поршень, масло начало поступать в емкость. Поплавок увеличился в объеме и стал плавать на поверхности масла. При достижении маслом отметки 19 см3 поплавок начал тонуть (объем поплавка уменьшился, средняя плотность поплавка стала равна плотности масла).Completely lowered the piston. The end of the tube was placed in Nissan SAE 5W40 oil with a density of 849 kg / m (at 22 ° C), then the piston was fully extended, the oil began to flow into the tank. The float increased in volume and began to float on the surface of the oil. When the oil reached the level of 19 cm 3, the float began to sink (the volume of the float decreased, the average density of the float became equal to the density of the oil).
После этого провели аналогичный эксперимент при температуре 40°С. Поплавок также начал тонуть при достижении отметки 19 см.After that, a similar experiment was carried out at a temperature of 40 ° C. The float also began to sink when it reached 19 cm.
Затем провели аналогичные эксперименты со смесью масла Nissan SAE 5W40 (97% мас.) и бензина (3% мас.). И при 22°С, и при 40°С поплавок начинал тонуть при достижении маслом отметки 17 см (вместо 19 см, как для чистого масла), что говорит об уменьшении плотности. Это было подтверждено путем измерения плотности смеси при 22°С с помощью ареометра: ρсмеси=847 кг/м3.Then conducted similar experiments with a mixture of oil Nissan SAE 5W40 (97% wt.) And gasoline (3% wt.). Both at 22 ° C and at 40 ° C the float began to sink when the oil reached the level of 17 cm (instead of 19 cm, as for pure oil), which indicates a decrease in density. This was confirmed by measuring the density of the mixture at 22 ° C using a hydrometer: ρ mixture = 847 kg / m 3 .
Таким образом, по изменению уровня жидкости определили, что плотность масла в экспериментах со вторым образцом масла стала меньше, что свидетельствует о наличии в масле бензина, причем изменение температуры не повлияло на результаты измерений.Thus, by changing the liquid level, it was determined that the oil density in the experiments with the second oil sample became lower, which indicates the presence of gasoline in the oil, and the temperature change did not affect the measurement results.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107024/28A RU2457461C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Method and apparatus for measuring density of liquid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107024/28A RU2457461C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Method and apparatus for measuring density of liquid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2457461C1 true RU2457461C1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011107024/28A RU2457461C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Method and apparatus for measuring density of liquid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2457461C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710082C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-12-24 | Сергей Иванович Ивандаев | Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1578584A1 (en) * | 1987-09-22 | 1990-07-15 | Предприятие П/Я Р-6601 | Method and apparatus for measuring the level and density of liquid |
SU1635070A1 (en) * | 1988-07-20 | 1991-03-15 | Е.С.Закревский и Ю.Н.Субботин | Device for automatic measurement of fluid density |
RU2091756C1 (en) * | 1994-11-30 | 1997-09-27 | Сибирская государственная горно-металлургическая академия | Process measuring density of liquid |
RU2260776C1 (en) * | 2004-04-06 | 2005-09-20 | Южно-Уральский государственный университет | Method of measuring density and level of liquid |
US20060248952A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-09 | Delaware Capital Formation, Inc. | A method and apparatus for fluid density sensing |
-
2011
- 2011-02-24 RU RU2011107024/28A patent/RU2457461C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1578584A1 (en) * | 1987-09-22 | 1990-07-15 | Предприятие П/Я Р-6601 | Method and apparatus for measuring the level and density of liquid |
SU1635070A1 (en) * | 1988-07-20 | 1991-03-15 | Е.С.Закревский и Ю.Н.Субботин | Device for automatic measurement of fluid density |
RU2091756C1 (en) * | 1994-11-30 | 1997-09-27 | Сибирская государственная горно-металлургическая академия | Process measuring density of liquid |
RU2260776C1 (en) * | 2004-04-06 | 2005-09-20 | Южно-Уральский государственный университет | Method of measuring density and level of liquid |
US20060248952A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-09 | Delaware Capital Formation, Inc. | A method and apparatus for fluid density sensing |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710082C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-12-24 | Сергей Иванович Ивандаев | Method for determining liquid density (versions) and device for its implementation (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jena et al. | Advances in pore structure evaluation by porometry | |
Tanaka et al. | A micrometer syringe dilatometer: application to the measurement of the excess volumes of some ethylbenzene systems at 298.15 K | |
RU2299322C1 (en) | Method for oil and gas-condensate well production measurement in air-tight oil collection systems | |
MX2010007963A (en) | Method for measuring the volume flow of electrically conductive liquids through a vessel. | |
US20130019663A1 (en) | Measuring process of dynamic viscosity of heavy live crude from the reservoir pressure up to atmospheric pressure, including bubble point pressure, based on an electromagnetic viscometer | |
RU2396427C2 (en) | Method for determination of water cuttings of oil well production "ohn++" | |
RU2457461C1 (en) | Method and apparatus for measuring density of liquid | |
CN103278430A (en) | Low-permeability rock core start-up pressure gradient testing device | |
GB2300272A (en) | Method/apparatus for determining wax appearance temperature | |
US20160341645A1 (en) | Inline multiphase densitometer | |
US3420094A (en) | Apparatus for measuring permeability | |
RU2340772C2 (en) | Method of evaluation of water cuttings of well production of oil wells "охн+" | |
CN112540028B (en) | Power law fluid viscosity parameter measuring and calculating method | |
RU2399904C1 (en) | Method of measuring density | |
RU2220282C1 (en) | Process measuring production rate of oil wells in systems of sealed gathering and gear for its implementation | |
CN209894637U (en) | Device for testing true density of material based on physical adsorption instrument | |
RU164946U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PARAMETERS OF LOW-VISCOUS AND VISCOUS FLUIDS IN A PIPELINE | |
RU2364842C1 (en) | Method for calibration of gas flow metre and device for its realisation | |
RU2535527C1 (en) | Method of determining quantitative composition of multi-component medium (versions) | |
RU2243536C1 (en) | Method of determining gas concentration in liquid | |
RU2647539C1 (en) | Method of measuring the debit of oil well production | |
CN109915126A (en) | The measuring method and imbibition experimental rig of the imbibition recovery percent of reserves of oil-bearing rock | |
RU2689284C1 (en) | Method for measuring medium density | |
RU176182U1 (en) | Full-flow liquid density meter | |
RU2540247C1 (en) | Method to measure density |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130225 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150410 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160225 |