Сосуды для измерения жидкости
Для измерения объёма жидкости применяют мерные сосуды с метками, указывающими их вместимость. К мерной посуде относятся: бюретки, мерные колбы, пипетки, измерительные цилиндры, мензурки и градуированные пробирки.
На рис.I представлены некоторые виды мерной химической посуды:
Рис.I Мерная химическая посуда:
а) мерный цилиндр, б) пипетки, в) бюретка,
г) мерная колба.
Мерные цилиндры (рис. 1а) – стеклянные сосуды с нанесёнными на стенки делениями, указывающими объём в миллилитрах. Градуированные мерные цилиндры предназначены для измерения объёмов жидкостей, наливаемой или отливаемой в пределах полного объёма цилиндра или его части. Цилиндры применяются в тех случаях, когда объём жидкости не требует большой точности.
Вместимость цилиндров бывает от 5-10 мл до 1л и больше. Чтобы отмерить нужный объём жидкости, её наливают в мерный цилиндр до тех пор, пока нижний мениск жидкости не достигнет уровня нужного деления.
Пипетки предназначаются для точного измерения определённого объёма жидкости.
Пипетки (рис.Iб) представляют собой стеклянные трубки различного диаметра, прямые или с грушевидным, шарообразным или цилиндрическим расширением посредине. Нижний конец пипетки
слегка оттянут. Пипетки бывают градуированные и неградуированные (с меткой). На расширенной или верхней части пипетки указывается номинальная вместимость (в мл) и температура, при которой калибровалась пипетка, а также класс точности. Пипетки обычно калибруются на выливание. Пипетки бывают вместимостью от 0,1мл до 100мл.
Для наполнения нижний конец пипетки опускают в жидкость до дна сосуда. С помощью груши набирают жидкость, следя за тем, чтобы кончик пипетки всё время находился в жидкости. Жидкость набирают так, чтобы она поднялась на 2-3 см выше метки, затем слабо нажимают на грушу для того, чтобы лишняя жидкость медленно вытекла из пипетки.
Как только нижний мениск жидкости опустится до метки, пипетку с грушей вынимают из сосуда, откуда отбирали жидкость, и быстро переносят в другой сосуд, в который нужно эту жидкость перенести.
Нажимают на грушу, и жидкость выливается. После того, как жидкость стечёт, пипетку держат ещё некоторое время, прислонив к стенке сосуда, слегка поворачивая её (см.рис.2).
Рис.2 Выливание раствора из пипетки.
Бюретки предназначены для измерения точных объемов жидкостей при титровании и для других операций.
Бюретки позволяют точно отмерить любой объём жидкости в пределах её вместимости.
Объёмные бюретки (рис. Iв) представляют собой стеклянные градуированные трубки, снабженные притертым краном или стеклянным капилляром, присоединённым к бюретке с помощью резиновой трубки. Внутрь резиновой трубки закладывают стеклянную бусинку, закрывающую выход жидкости из бюретки. Для вытекания жидкости резиновую трубку оттягивают от бусинки. Бюретки заполняют жидкостью через воронку, при этом должен быть заполнен и стеклянный капилляр. Если в капилляре остался пузырёк воздуха, резиновую трубку изгибают так, чтобы кончик капилляра был направлен вверх (рис.3), и таким образом вытесняется весь воздух из капилляра.
Рис.3 Удаление воздуха из капилляра бюретки.
Перед началом титрования уровень жидкости в бюретке должен быть установлен на нулевом делении. Для этого наливают жидкость в бюретку на 2-3см выше нулевого деления, затем снимают воронку и осторожно сливают избыток жидкости до нулевой отметки.
При счёте по бюретке (или любому другому мерному сосуду) глаз наблюдателя должен находиться в одной плоскости с уровнем жидкости (рис.4). Уровень прозрачных растворов устанавливают по нижнему краю мениска, непрозрачных – по верхнему.
Рис.4 Измерение объёма жидкости при разных
положениях глаза: 1,3-неправильное, 2-правильное.
Мерные колбы применяют для приготовления раствора заданной концентрации. Они представляют собой плоскодонные сосуды различной вместимости (рис.Iг). На горлышке колбы имеется метка, на колбе указана её вместимость в миллилитрах при определённой температуре.
Для приготовления раствора в колбу наливают воды, вносят вещество и растворяют в этой воде. Затем добавляют ещё воды до уровня на 0,5-1,0см ниже метки на горлышке, после чего доводят до метки, добавляя воду по каплям из капельной пипетки. Затем плотно закрывают колбу пробкой и тщательно перемешивают раствор, переворачивая колбу несколько раз.
Мензурки (рис.5а,б,в) применяются для грубых измерений объёма жидкостей, а также для отстаивания мутных жидкостей (осадок собирается в суженой части).
Градуированные мерные пробирки предназначаются для проведения в небольших масштабах простых химических операций с измерением объёма (рис.5г).
Центрифужные пробирки (рис.5д) служат для одновременного измерения объёма осадка и надосадочной жидкости после центрифугирования взвеси.
Рис.5 Мензурки и градуированные мерные пробирки:
а) мензурка без ножки, б) мензурка коническая с ножкой,
в) мензурка цилиндрическая с ножкой, г) пробирка мерная, д) пробирка центрифужная.
Взвешивание
Первым шагом в количественном анализе является измерение массы определяемого вещества. За исключением немногих случаев образцы измеряют взвешиванием.
Навеску на аналитических или технических весах всегда определяют по разности, взвешивая образец (или продукт реакции) в соответствующем сосуде и отдельно этот сосуд.
Твёрдые вещества взвешивают в бюксах или в специальных лодочках, которые изготавливаются из платины, кварца или фарфора, а также в пробирках или капиллярах с поршнем.
Взвешивание полутвёрдых веществ и масел можно проводить в лодочках, в стеклянном стаканчике или в желатиновой капсуле.
Если реакционный сосуд можно взвешивать на чашечке аналитических весов, то вязкие продукты следует вносить непосредственно в сосуд с помощью стеклянной палочки или шпателем.
Для взвешивания жидких веществ применяют лодочки, куда образец можно внести с помощью пипетки, а также с помощью стеклянного бюкса или желатиновой капсулы. Взвешивание жидких веществ можно выполнять в пипетках или в микрошприцах. Чтобы жидкий образец не вытекал во время взвешивания, на кончик пипетки или шприца нужно надеть колпачок и взвешивать вместе с ним.
В зависимости от точности взвешивания весы разделяют на следующие группы:
1) технические для грубого взвешивания (точность до 1г)
2) техническсие для точного взвешивания (точность до 0,01г)
3) аналитические (точность 10-4 – 10-6 г)
4) специальные ( торционные, пробирочные).
Источник
Понятие уровень, единицы измерения.
В производственных процессах химической промышленности большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в технологических аппаратах, различных емкостях и в резервуарах.
Измерение уровня в технологических аппаратах.
Измерение уровня в технологических аппаратах позволяет контролировать в них вещества, необходимого для протекания технологических процессов в требуемом направлении. Запас вещества в аппаратах должен быть вполне определенным и значительное уменьшение или увеличение его по сравнению с номинальным значением может привести к нарушению производственного процесса. Измерение уровня в аппаратах производится обычно в относительно небольшом диапазоне его измерения, причем высокая точность при измерении не требуется. Необходимо следить лишь за тем, чтобы уровень вещества не был больше или меньше допустимых значений.
Измерение уровня в емкостях и резервуарах.
Измерение уровня в емкостях и резервуарах производится с целью учета количества находящегося в них вещества. В резервуарах больших размеров приходится измерять уровень, изменяющийся в большом диапазоне. Кроме того, точность измерения уровня должна быть достаточно высокой.
— Уровень измеряется в единицах длины — метрах. На заводе его часто измеряют в %.
— Измерение уровня вещества дает возможность, как уже говорилось выше, производить расчет количества и массы вещества для его учета.
Определение количества жидкости или сыпучих материалов.
При постоянном по высоте сечении емкости (резервуара) объем продукта может быть получен умножением площади поперечного сечения на значение уровня вещества, поэтому измерение объема здесь сводится к измерению уровня.
При переменной площади поперечного сечения резервуара по высоте надо знать зависимость этой площади от высоты.
Определение массы вещества.
Измерение массы вещества производится путем определения его объема и измерения плотности вещества. Умножая объем на плотность, получают массу вещества. Это умножение производят или вручную или автоматически при помощи приборов.
Методы измерения уровня, приборы для его измерения.
В производстве для контроля уровня веществ применяют различные уровнемеры, работающие на различных методах измерения уровня.
1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;
2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;
3. Гидростанические уровнемеры;
4. Дифманометрические уровнемеры;
5. Радиоактивные уровнемеры;
6. Уровнемеры раздела фаз;
7. Акустические уровнемеры;
8. Емкостные;
9. Уровнемеры сыпучих веществ.
Уровнемеры с визуальным отсчетом.
Самый простой способ измерения уровня, основанный на методе сообщающихся сосудов. То есть к технологическому аппарату через запорные вентили подключается стеклянная трубка, по которой и наблюдается столб жидкости.
Недостатки: имеется возможность загрязнения трубки, вплоть до полного исчезновения видимости уровня, а также возможность образования воздушных пузырьков внутри стеклянной трубки, что устраняется с помощью дренажного вентиля.
Применяется для контроля уровня жидких и прозрачных веществ по месту.
Буйковые и поплавковые уровнемеры.
Нашли широкое применение для измерения уровня жидкости, как в технологических аппаратах, так и в резервуарах у нас на предприятии.
Принцип действия основан на возникновении выталкивающей силы при погружении поплавка или буйка в жидкость (закон Архимеда), которая либо преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, либо пневматический 0.2-1.0 кгс/см2 для последующей передачи информации на вторичные приборы, по которым оператор наблюдает показания уровня. Гораздо реже можно встретить поплавковые уровнемеры типа УДУ с контролем показаний по месту.
Среди буйковых уровнемеров широко используются такие как Сапфир ДУ, Fischer, имеющие стандартный токовый выходной сигнал 4-20 мА, работающие в комплекте с электронными вторичными приборами, как Ш-711, Ремиконт, МОД-30, дающими возможность не только наблюдать уровень, но и получить сигнализацию и блокировку по различным уставкам с помощью дополнительных устройств, таких как УАС, УЗС.
При работе в зимнее время эти уровнемеры нуждаются в обогреве по причине возможности образования наледи, как на внутренних элементах самого прибора, так и в направляющей трубе, в которой находится буек, возникающей при колебаниях температуры, как продукта, так и окружающей среды.
Среди поплавковых уровнемеров применение нашли УБП, УДУ, имеющие стандартный выходной сигнал 0.2-1.0 кгс/см2, работающие в комплекте с вторичными приборами типа ПВ10.1, ППВ1.1. Эти приборы не нуждаются в обогреве. В настоящее время на заводе ведется замена устаревших пневматических приборов КИП на более современные приборы, имеющие лучшие характеристики точности показаний и дающие больше возможностей по обработке информации от датчиков.
Одним из таких приборов является уровнемер ENRAF голландской фирмы. Точность измерения уровня составляет 0.1 мм. Это очень чувствительный прибор-преобразователь силы. Он постоянно взвешивает вес поплавка и сравнивает с уставкой, которая представляет собой вес поплавка минус выталкивающая сила. Если вес поплавка равен уставке, то прибор считает, что поплавок на уровне.
Прибор показал надежную работу на предприятии. Основные эксплуатационные требования: обогрев в зимнее время на резервуарах, где продукт – газ, а также отсутствие ударов вибраций и т. п. из-за которых выходит из строя чувствительный элемент или прибор сбивается. При остановке резервуара на ремонт необходимо перед демонтажем прибора: поднять поплавок, отключить питание 220в, заблокировать прибор механически.
Уровень раздела фаз.
Принцип действия основан на разных электропроводностях жидкостей. В емкость устанавливается электрод, который кабелем соединяется с вторичным прибором Ф-70. В качестве 2-го электрода используется сам корпус емкости. Применяется для разделения 2-х фаз электропроводной воды, от неэлектропроводной, с последующим отводом воды из емкости. Важным условием нормальной работы прибора является обеспечение герметичности конструкции электродов.
Гидростатические уровнемеры.
Гидростатический метод измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное уровню, которое преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА. Прибор нуждается в обогреве в зимнее время. Пример: Сапфир ДГ.
Дифманометрические уровнемеры.
Применяются для измерения уровня жидкости, как под атмосферным, так и под избыточным давлением. Каждому значению уровня жидкости в емкости соответствует определенный перепад давления, который измеряется прибором. Прибор нуждается в обогреве в зимнее время. Давление в аппарате не влияет на результат измерения, т. к. оно одинаково воздействует на «+» и «-» камеры. При работе на агрессивных средах, трубки между аппаратом и разделительными сосудами продувают воздухом или инертным газом.
Акустические уровнемеры. ( Ультразвуковые)
Принцип действия основан на локализации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, отходящую над контролируемой жидкостью и явлении отражения этих импульсов от границы раздела. Разновидностью ультразвукового уровнемера являются радарные уровнемеры типа APEX, обладающие высокой точностью, надежностью и возможностью эксплуатации в различных средах.
Радиоактивные уровнемеры.
Действие таких уровнемеров основано на поглощении γ — лучей при прохождении через слой вещества. Уровнемеры УР-8 используются для измерения уровня жидкостей и твердых сыпучих материалов
.
Емкостные уровнемеры.
Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости системы «электрод-измерительная среда» от изменения уровня.
Приборы типа ЭИУ предназначаются для измерения не только жидких, но и твердых сыпучих материалов. Для измерения уровня воды, аммиака, мазута, бензина, керосина и смазочных масел предназначены емкостные уровнемеры ЭИУ-1К, фирмы LABKO 2W
Измерение уровня сыпучих материалов.
Для измерения уровня сыпучих веществ могут применяться некоторые из рассмотренных выше уровнемеров. Кроме того, имеются специальные конструкции приборов.
Источник
Для измерения плотности различных веществ в химических и физических лабораториях, 
как правило, используют пикнометры. Этот измерительный инструмент был изобретен Д.И.Менделеевым в 1859-м году.
Что из себя представляет пикнометр
Пикнометр состоит из измерительной стеклянной колбы точно известного объема, с более узким горлышком, чем имеет стандартная мерная колба. Она может быть различной конструкции, с меткой на горловине, с градуированной горловиной или капилляром в горловине. Инструмент может быть оснащен дополнительной капиллярной трубочкой-отводом, которая закрывается пришлифованным термометром. Некоторые пикнометры закрываются притертыми пробками или колпачками, чтобы минимизировать испарение жидкости из сосуда.
Существуют различные виды пикнометров, приспособленных для работы с разными типами веществ. Например:
— универсальный пикнометр Гей-Люссака с капилляром в пробке;
— Менделеева, с пришлифованным термометром для работы без термостатирования;
— Оствальда, с двумя капиллярами, и U-образный пикнометр для работы с летучими жидкостями;
— колба Рейшауэра с капилляром в пришлифованной, относительно широкой, горловине, наиболее удобная для измерения плотности твердых веществ,
стандартный, с меткой на горловине;
— пикнометр для газов — сферической формы с двумя кранами.
Пикнометры изготавливаются из высококачественного стекла с малым коэффициентом линейного расширения. Обычно используется боросиликатное стекло, нейтральное к веществам, с которым соприкасается.
Принцип действия пикнометра
Как известно, для вычисления плотности вещества, нужно его массу разделить на объем. Мерная колба — пикнометр позволяет с высокой точностью измерить и то, и другое. Объем определяется заполнением абсолютно чистого и сухого сосуда до метки или до верха капилляра. Массу же вычисляют путем взвешивания пустого сосуда и сосуда, заполненного жидкостью.
Если требуется вычислить плотность твердого вещества, то сосуд заполняют жидкостью, в которой исследуемое вещество не растворяется. В формуле для вычисления плотности учитывается вес заполненного жидкостью пикнометра, вес исследуемого вещества и вес пикнометра с жидкостью и веществом.
Точность измерений с помощью пикнометров может достигать величины 10-5 г/куб.см при использовании сосудов не более 100 куб.см. На практике наиболее востребованы пикнометры вместимостью до 30 мл.
При работе с пикнометром следует учитывать температуру жидкости, поэтому окончательные взвешивание производят после того, как пикнометр выдерживают в термостате достаточное время, чтобы привести температуру вещества в приборе к требуемому значению.
Преимущества использования пикнометров
— Возможность работы с малыми количествами вещества, до 0,5 мл. 
— Высокая точность измерений.
— Продуманная конструкция прибора, минимизирующая площадь открытой поверхности жидкости, благодаря чему можно пренебречь испарением жидкости и поглощением веществ из воздуха.
— Простота эксплуатации, компактность и портативность, позволяющие применять лабораторный прибор в различных условиях.
— Операции термостатирования и взвешивания можно производить отдельно.
Купить в Москве лабораторное оборудование, в том числе пикнометры, можно в магазине «ПраймКемикалсГрупп». Мы находимся в Мытищах, но осуществляем доставку по Москве и Московской области. Наши цены доступные, а сервис — на высоком уровне, поэтому вам понравится заказывать химические колбы, химреактивы и другие принадлежности для лабораторий у нас.
Источник
Расход – это объем жидкости протекающий в единицу времени через поперечное сечение трубопровода. Измерение расхода жидкости является одной из задач при производственных испытаниях оборудования.
В этой статье мы собрали для Вас все современные методы определения расхода жидкости, а так же приборы для измерения расхода: трубчатые расходомеры, расходомерные шайбы, крыльчатые расходомеры, ультразвуковые и вихревые расходомеры.
Методы измерения расхода жидкости
Наиболее простые и вместе с тем точные методы измерения расхода жидкости являются объемный и массовый (весовой).
В соответствии с методами измерения, единицами расхода жидкости являются:
для объемного способа: м3/с, м3/ч
для массового способа: кг/c, кг/ч, г/с и т.д.
При объемном способе измерения протекающая в исследуемом потоке(например, в трубе) жидкость поступает в особый, тщательно протарированный сосуд (так называемый мерник), время наполнения которого точно фиксируется по секундомеру.
Если известен объем мерника – V и измеренное время его наполнения – T, то объемный расход будет
Q = V / T.
При весовом способе взвешиванием находят вес Gv = mv*g (где g – ускорение свободного падения) всей жидкости, поступившей в мерник за время T. Затем определяют её массу
mv = Gv /g
и массовый расход
m = mv / T
и по ней, зная плотность жидкости (ρ), вычисляют объемный расход
Q = m / ρ
Но объемный и весовой методы измерения расхода жидкости пригодны только при сравнительно небольших значениях расхода жидкости, так как в противном случае размеры мерников получаются довольно громоздкими и, как следствие, замеры очень затруднительными.
Кроме того, этими способами невозможно измерить расход в произвольном сечении, например, длинного трубопровода или канала без нарушения их целостности. Поэтому, за исключением случаев измерения сравнительно небольших расходов жидкостей в коротких трубах и каналах, объемный и весовой способы, как правило, не применяются, а на практике пользуются специальными приборами, которые предварительно тарируются объемным или весовым способом.
Приборы для измерения расхода жидкости
Трубчатые расходомеры
Одним из таких приборов является трубчатый расходомер или расходомер Вентури. Большим достоинством этого расходомера является простота конструкции и отсутствие в нем каких-либо движущихся частей.
Трубчатые расходомеры могут быть горизонтальными и вертикальными. Рассмотрим, к примеру, горизонтальный вариант.
Расходомер состоит из двух цилиндрических труб А и В диаметра d1, соединенных при помощи двух конических участков (патрубков) С и D с цилиндрической вставкой E меньшего диаметра d2. В сечениях 1-1 и 2-2 расходомера присоединены пьезометрические трубки a и b, разность уровней жидкости h в которых показывает разность давлений в этих сечениях.
Расход жидкости в этом случае определяется по тарировочным кривым, полученным опытным путем и дающим для данного расходомера прямую зависимость между показаниями манометра и измеряемыми расходами жидкости. Пример такой кривой на картинке рядом
Расходомерная шайба
Другим широко распространенным прибором для измерения расхода является расходомерная шайба (или диафрагма), обычно выполняемая в виде плоского кольца с круглым отверстием в центре, устанавливаемого между фланцами трубопровода
Края отверстия чаще всего имеют острые входные кромки под углом 45° или закругляются по форме втекающей в отверстие струи жидкости (сопло). Два пьезометра a и b (или дифференциальный манометр) служат для измерения перепада давления до и после диафрагмы.В основе метода положен принцип неразрывности Бернулли.
Расход в этом случае определяется по замеренной разности уровней в трубках. Трубки подсоединяют к датчикам, замеряющим перепад давления. Датчик перепада давления преобразует перепад в электрический сигнал, который отправляется на компьютер.
Крыльчатый расходомер
Расходы могут быть вычислены также в результате измерения скоростей течения жидкости и живых течений потока.
Одним из широко распространенных приборов, применяемых для этой цели является гидрометрическая вертушка. Современный турбинный расходомер устанавливают только на горизонтальном участке трубопровода. Лопасти крыльчатки колеса турбины изготавливают из не магнитного материала.
Вертушка состоит из крыльчатки А, представляющей собой колесо с винтовыми лопастями, насаженное на горизонтальный вал С. Когда она установлена в потоке, крыльчатка под действием протекающей жидкости вращается, причем число её оборотов прямо пропорционально скорости течения. Число импульсов за один оборот крыльчатки равно числу лопастей, а значит частота импульсов пропорциональна расходу.
При вращении лопасти поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит электродвижущую силу в катушке в виде импульса. От вертушки вверх выводятся провода В, подающему сигнал к специальному счетчику, автоматически записывающему число оборотов и время.
Приборы для измерения расхода жидкости в этом случае называют турбинными расходомерами
Ультразвуковой метод измерения расхода
Ультразвуковой расходомер работает по принципу использования разницы по времени прохождения ультразвукового сигнала в направлении потока и против него.
Расходомер формирует электрический импульс, поступающий на пьезоэлемент П1, который излучает электромеханические колебания в движущуюся среду. Эти колебания воспринимаются через некоторое время пьезоэлементом П2, преобразуются им в электрический импульс, попадающий в электронное устройство и снова направляемый им на пьезоэлемент П1 и т.д.
Такой контур П1-П2 характеризуется частотой f1 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной разности между скоростью распространения звука в контролируемой среде и скоростью самой среды.
Аналогично электронное устройство подает импульсы в обратном направлении, т.е. от пьезоэлемента П2 к пьезоэлементу П1. Контур П2-П1 характеризуется своей частотой f2 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной сумме скоростей распространения звука в среде и самой среды.
Следующим шагом является определение разности Δf указанных частот, которая пропорциональна расходу среды. Приборы для измерения расхода жидкости называются ультразвуковые расходомеры.
Вихревой метод измерения расхода
В основу работы вихревых расходомеров положена зависимость между расходом и частотой возникновения вихрей за твердым телом (например, металлическим прямоугольным стержнем), которое расположено в потоке жидкости или газа.
Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании жидкостью специальной призмы, расположенной поперек потока.
В зависимости от конструкции датчика чувствительные тепловые элементы устанавливаются непосредственно в теле датчика или вихревой дорожке.
Если в тело образующее вихри, установить магнит, то он может служить датчиком. Реакция, возникающая при срыве вихрей, заставляет помещённый в поток цилиндр колебаться с частотой вихреобразования.
Достоинством вихревых расходомеров является, обеспечение низкой зависимости качества измерений от физико-химических свойств жидкости, состояния трубопровода, распределения скоростей по сечению потока и от точности монтажа первичных преобразователей на трубопроводе. Приборы для измерения расхода жидкости называются вихревые расходомеры.
Видео о измерении расхода
При проведении измерения расхода, в некоторых случая используется понятие количества вещества – это количество жидкости или другой среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода в течении определенного промежутка времени(за час, месяц, рабочую смену и т.д.)
Приборы для измерения количества вещества по аналогии с измерением расхода монтируются на – на трубопроводе, с выводом вторичного прибора к оператору.
Вместе со статьей “Измерение расхода жидкости: приборы и методы” читают:
Источник