Приборы для измерения плотности и вязкости жидкости.

В производственных условиях наиболее часто приходится измерять плотность и вязкость жидкости, так как эти показатели оказывают наибольшее влияние на производственные процессы. Например, не­правильно подобранная плотность бурового раствора при бурении скважин может привести к аварии (выбросу или гидроразрыву пласта), а от вязкости нефтепродуктов зависит мощность перекачивающих их насосов и время опорожнения цистерн.

Плотность жидкости в лабораторных условиях обычно определяют пикнометрами или ареометрами.

Пикнометр - колбочка фиксированного объема, которая взвешива­ется на аналитических весах дважды: пустая и заполненная исследуемой жидкостью. Разность их масс позволяет вычислить массу жидкости, а ее отношение к объему пикнометра показывает искомую плотность.

Быстрее и проще плотность жидкости можно определять с помощью ареометра. Ареометр (рис. 1 ) состоит из двух спаян­ных между собой пустотелых стеклянных цилиндров. В нижней части большого цилиндра 1 закреплен груз и помещен термометр. Шкала верхнего цилиндра 2 градуирована в единицах плотности. По закону Архимеда, ареометр погружается в исследуемую жидкость до тех пор, пока вес жидкости в объеме погруженной части ареометра не станет равным его собственному весу. Плотность определяется цо шкале в месте соприкосновения с нею мениска жидкости. Точность показаний ареометра зависит от соотношения диаметров его широкой и узкой частей. Чем больше это соотношение, тем точнее показания прибора. Для определения плотности бурового раствора на буровых обычно используют разборные тонкостенные металлические ареометры. Иссле­дуемый раствор заливают внутрь ареометра, который затем погружают в пресную воду, плотность которой принимается равной 1000 кг/м³. Плотность бурового раствора определяют по шкале ареометра в месте соприкосновения с нею мениска воды.

Аналогично устроены солемеры для определения степени минерализации пластовых вод, кислотомеры, измеряющие концентрацию закачиваемого в пласт соляно - кислотного раствора, измерители жирности молока и др.

В промышленных условиях используются приборы и для непрерывного автоматического измерения плотности движущихся в трубах жидкостей. В частности, принцип действия автоматического пьезометрического плотномера основан на измерении разности давлений в двух точках вертикальной трубы, по которой течет буровой раствор. Эта разность, зависящая от плотности раствора, измеряется поплавковым устройством, показания которого передаются регуля­тору плотности.

В последнее время появились плотномеры, использующие виброчастотные, ультразвуковые, ядерные и другие принципу непрерывного измерения плотности жидкости.

Вязкость жидкости определяют вискозиметрами*. Наиболее рас­пространены капиллярные вискозиметры.

В вискозиметрах истечения вязкость определяют по времени истече­ния определенного объема жидкости через калиброванное отверстие или трубку.

Например, в вискозиметре Энглера определяют градус условной вязкости °ВУ как отношение времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости при заданной температуре t ко времени истечения t_B из этого прибора такого же объема дистиллированной воды при 20°С, т.е. °ВУ = t/t_B.

Вискозиметр Энглера (рис. 2) состоит из латунного цилиндрического резервуара 3, помещенного в водяную ванну 4. К сферическому дну резервуара припаяна латунная цилиндрическая трубка 5, в которую вставлена платиновая трубочка - насадок 6.

Перед проведением опыта отверстие насадка закрывают стопорным стерж­нем 2 и в резервуар 3 наливают 200 см³ исследуемой жидкости. Путем подогрева или охлаждения водяной ванны жидкости сообщают температуру (измеряемую термометром 1), при которой необходимо определить условную вязкость. Эта температура во время опыта поддерживается постоянной. Затем, подняв стопор­ный стержень, открывают отверстие насадка и по секундомеру отмечают время t истечения всего объема исследуемой жидкости. Так же определяют время t_в истечения 200 см³ стандартной жидкости-дистиллированной воды при темпе­ратуре 20 °С (обычно эту величину указывают в паспорте вискозиметра).

Зная условную вязкость, по формуле Убеллоде можно определить кинемати­ческую вязкость (в см²/с):

Вискозиметры Энглера обычно используют для определения вязкости высоковязких нефтепродуктов (например, масел).

Система СИ

Что должен знать студент:

Плотность воды 1000 кг/м³

Объем

1 м³ = 1000 л – например – 20 л = 20/1000 = 0,02 м³

1 м = 10 дм, 1 м³ = 1000 дм³– например – 20 дм³ = 20/1000 = 0,02 м³

Вязкость

μ – динамическая вязкость воды, Па·с

1 мм²/с = 10^-6 м²/с – например - 1,31 мм²/с = 1,31·10^-6 м²/с = 1,31/1000000 (м²/с)

Давление – сила, приходящаяся на единицу поверхности

Р – давление, Па (СИ)

1 МПа = 10⁶ Па - например – 5 МПа = 5·10⁶ Па = 5·1000000 Па

1 кПа = 10³ Па – например 10 кПа = 10·10³ Па

1 бар = 1 ат = 10⁵ Па

1 мм. рт. ст. = 133,3 Па – например – 760 мм. рт. ст. = 760·133,3 Па =

или например 5000 Па = 5000/133,3 = 37,5 мм. рт. ст.

1 кгс/см² = 9,81·10⁴ Па