Аэростатический анализатор плотности газа. (Рис. 8)[12]

C = k(ρ – ρВ). Данный анализатор также основан на измерении разности плотности столба анализируемого газа и столба вспомогательного газа постоянной высоты. Данный прибор является по принципу действия механическим. Измерение плотности газа осуществляется путем разности аэростатических давлений столбов анализируемого газа и воздуха высотой Н, которое осуществляется с помощью номинального дифференциального манометра, работающего по принципу уравновешивания силы тяжести. В данном анализаторе анализируемый газ поступает от регулятора давления или расхода 1 в вертикальную трубку 2, высотой в 1000 мм. Газ из трубки сбрасывается в атмосферу. Таким образом, создается напорный столб аналитического газа высотой Н. Аэростатическое давление столба воздуха, создаваемое этим столбом, подается под колокол 4 дифференциальным манометром 3. Сверху на колокол действует аэростатическое давление столба воздуха высотой Н. при увеличении плотности газа Р1, увеличивается, а Р2 остается постоянным, поэтому колокол несколько поднимается, что в свою очередь уменьшает действующую на колокол выталкивающую силу. Таким образом, уравновешивается P1 – P2 с увеличением веса колокола. Перемещение колокола преобразуется с помощью преобразователя в унифицированный пневматический сигнал. Такие приборы снабжаются дополнительными устройствами, обеспечивающими корреляцию сигнала в зависимости от его барометрического давления и температуры. Они позволяют измерить разность плотности анализируемого газа и воздуха. Класс точности 1-1,5. Используемый дифференциальный манометр способен измерять разность давлений 0,3-0,5 мм вод.столба.

Электрический аэростатический анализатор плотности газа. (Рис. 9) 13

Данный анализатор также основан на измерении разности плотности столба анализируемого газа и столба вспомогательного газа постоянной высоты. Основным элементом является аэростатический детектор газа, который содержит три вертикальные 3,4,5 и две горизонтальные 6,7 трубки. Причем горизонтальные трубки соединяют вертикальные. В горизонтальных трубках расположены измерительный Rи и сравнительный Rс терморезисторы, которые представляют собой вольфрам-рениевые спирали (как в лампочках), которые включены в электрическую схему неуравновешенного моста, включающего, помимо спиралей, постоянные резисторы («манганиновые» резисторы)R1, Rи, и переменные резисторы R0. Они нагреваются за счет тока неуравновешенного моста, создаваемого источником питания – стабилизирующим температуру 80-120С. В трубку 3, подается вспомогательный газ от регулятора давления 1, а в трубку - 4 анализируемый газ, через регулятор расхода 2. Потоки названных газов движутся по трубкам согласно стрелкам и покидают детектор через трубку 5. Если анализируемый газ имеет плотность, равную плотности вспомогательного газа (обычный воздух), то разность аэростатических давлений столбов равна 0. При этом, с помощью резистора R0, неуравновешенный мост сбалансируется так, чтобы разность потенциалов между точками а и b была равна 0. В этом случае имеет место быть определенное значение расходов потоков воздуха, омывающих резисторы Rи и Rc и формируется их постоянные тепловые состояния. Когда плотность анализируемого газа, например, увеличивается, аэростатическое давление столба газа в трубке 4 увеличивается, т.е. оно увеличивается в некоторой точке А, это приводит к тому что разность давлений между точками ввода вспомогательного газа. Это приводит к тому, что тепловой режим работы резистора R4, изменяется, а именно отвод тепла от него уменьшается, тепловое состояние сравнительного резистора Rc, остается постоянным, таким образом, при увеличении плотности газа, сопротивление Rи возрастает, а Rc остается постоянным. Это вызывает разбаланс электрического моста, а сигнал моста записывается потенциометром 8. Обратная картина наблюдается в том случае, если плотность анализируемого газа уменьшается по сравнению с плотностью вспомогательного газа. Весь детектор размещается в термостате 9, температура в котором поддерживается равной 40-45С. Данный анализатор имеет очень высокую чувствительность 4, погрешность измерения +\- 1-2% с его помощью можно измерить концентрацию какого-либо газа в воздухе с порогом чувствительности 10-2 – 10-3 % об. Но до сих пор нет достаточно точных эталонных средств для его калибровки и поверки.

Струйный анализатор плотности газа. (Рис. 10) [14]

M1 = k1ω2ρ. (1). M2 = k2φ. (2). M1 = M2. (3). k1ω2ρ = k2φ => φ = [(k1ω2)/k2] ρ = Kρ. В данном анализаторе в корпусе 2 размещается ведущее 3 и ведомое 4 крыльчатые вертушки. Ведущая вертушка приводится во вращательное движение с помощью синхронного двигателя 1, частота вращения которого равна частоте напряжения в электрической сети (около 0,5 %). При вращении ведущей вертушки создается закрученная струя анализируемого газа, которая подается к ведомой вертушке. Вращающий момент создаваемый струей газа на ведомой вертушке определяется формулой (1), где К1 – конструктивный коэффициент, который зависит от размеров вертушки, расстояния между ними и другими механическими параметрами. Момент, возникающий на вертушке 4, уравновешивается моментом упругой деформации плоской пружины 6. Этот М пропорционален через конструктивный коэффициент К2, углу закручивания оси 5. В положении равновесия, когда формула (3) оказывается, что угол поворота φ стрелки 7 на шкале 8 пропорционален плотности газа при частоте вращения ω = const. Класс точности 1-2.

Эффузионный анализатор плотности газа. (Рис. 11) [15]

Эффузия означает – истечение. Принцип действия данного анализатора основан на применении разности давлении на миниатюрной диафрагме при истечении через неё анализируемого газа с постоянным расходом. Q = dF*Корень[(2/ρ)(P1 – P2)]. (1). P1 – 2 = 1/2*(Q/F)2ρ при Q = const; P1 – P2 = Kρ. В данном анализаторе в цилиндрической камере 2 находится компрессор 3, турбинного типа (миниатюрный), который приводится в движение с помощью синхронного двигателя 1, тем самым создается постоянный объемный расход газа через сужающие устройство 4, которым служит миниатюрная диафрагма. (Диаметр приблизительно 0,3-1 мм). Разность давлений, возникающая на диафрагме, измеряется с помощью дифференциального манометра 5, с унифицированным выходным сигналом, который посылается на вторичный прибор. Объемный расход газа через диафрагму описывается формулой (1), где d – коэффициент расхода, F – площадь поперечного сечения отверстия диафрагмы. До диафрагмы давление больше, после неё меньше. Если решить уравнение относительно (P1-P2), то при постоянном объемном расходе Q можно измерить плотность газа. Класс точности 1-1,5. Подобного типа анализаторы могут измерять плотность газа в рабочих условиях, что является очень важным для товарного учета расхода газа на магистральных газопроводах. ρГ = ρn*(PpTn/TpPH); G = A*Корень[ρР|P1 – P2|].