چگالی سنج (Density Meter)
چگالی سنج (Density Meter)
چگالی سنج (Density Meter)

چگالی سنج (Density Meter)

 دانسیته یا جرم واحد حجم یکی از مهمترین خواص فیزیکی مواد به شمار می رود که عموما" توسط چگالی سنج ها که خودازانواع مختلفی برخوردار می باشند به صورت مستقیم اندازه گیری می گردد. دانسیته مترها در صنایع مختلف همچون معدن فولاد و صنایع نفت و پتروشیمی جهت اندازه گیری دوغاب،لجن،مواد مذاب و سایرمایعات که از طریق خط لوله یامخازن جریان می یابند، مورد استفاده قرار می گیرند؛ در کریستالیزاسیون صنعتی، اندازه گیری غلظت کمک می کند تا کنترل میزان اشباع را افزایش دهد و بدین ترتیب توزیع اندازه کریستال دلخواه امکان پذیر است. از آنجاییکه حجم مواد با تغییر دما تغییرمی نماید، این تجهیزات،جرم حجمی سیالات را در دمای از پیش تعیین شده ای اندازه گیری می نمایند.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی روش های مختلفی جهت اندازه گیری جرم حجمی مواد به وجود آمده است و این امر خود باعث طراحی و تولید انواع متنوعی از این تجهیزات با دقت ها و حوزه های مصرف متفاوت گردیده است که در ذیل به برخی از پر کاربردترین آنها اشاره مختصری می نماییم:

 

1-چگالی سنج گرانشی (Gravitic Density meter)

 

  یکی از انواع چگالی سنج هایی است که در صنایع مختلف جهت اندازه گیری چگالی جریان دوغاب در داخل لوله مورد استفاده قرار می گیرد.این تجهیزات متشکل از یک شیلنگ لاستیکی قابل انعطاف (که با وزن جریان سیال داخل خود تغییر مکان یافته و منحرف می شود) و یک انحراف سنج لیزری و یا حسگر الکترونیکی اندازه گیر وزن (Load Cell)جهت اندازه گیری میزان انحراف شیلنگ می باشد که به محض ایجاد انحراف ناچیز در شیلنگ آن را مورد سنجش قرارداده و چگالی سیال را محاسبه می نماید.
 نـــــوع دیگـــری از چگــالی سنج هـــای گرانشــی؛ تنـــها جهت انـــدازه گیـــری چـــگالی نســـبی گـــازها و به تبع آن وزن مولکولــــی آنها مـــورد اســـتفاده قـــــرار مـــی گیـــرند که (Gas Specific Gravity meter(SGM یا چگـــــالـــی سنج نسبی گــــــاز نامیده می شـــــوند.این تجــــهیزات متشــــکل از ســـه قسمت اصــــلـــــی الف-سنسور ارتعــــــاش کننده (Vibrating element sensor) ب- محفظه نگه دارنده گاز مرجع (Reference Chamber )ج- دیافراگم می باشد.از آنجاییکه فرکانس سنسور ارتعاش دهنده رابطه عکس با چگالی گاز نمونه خواهد داشت؛با پرکردن کردن گاز مرجع در محفظه کناری سنسور و گاز نمونه در محفظه سنسور ونیز بر قرار کردن فشار یکسان بین گاز نمونه و گاز مرجع بوسیله دیافراگم مستقر مابین کاز نمونه و کاز مرجع می توان چگالی گاز و به دنبال آن وزن مولکولی ان را با دقت بالا محاسبه نمود ؛لازم به ذکر است که در این شرایط تعادل دمایی مابین دو گاز نیز توسط سنسور دمایی برقرار می گردد.

 

2- چگالی سنج مافوق صوت (Ultrasonic Density meter)

 

  این نوع چگالی سنج ها با ارسال امواج ما فوق صوت به روش هایی همچون روش داپلر(Doppler) ویا زمان عبور(Transit Time) میزان چگالی سیال را مورد اندازه گیری قرار می دهند.در روش داپلر ، فلومتر که مجهز به یک فرستنده و یک گیرنده می باشد امواج مافوق صوت ، با فرکانس مشخص را به سمت سیال ارسال کرده وبا اندازه گیری میزان تغییر فرکانس امواج دریافتی که در اثر تغییر در چگالی سیال می باشد به میزان تراکم آن پی می برند .در روش سرعت عبور، با محاسبه تغییر سرعت امواج پس از عبور از سیال ،میزان چگالی مورد محاسبه قرار می گیرد.


3- چگالی سنج های مایکروویو (Microwave Density meter)


 چگالی سنج های مایکروویو از روش های مختلفی برای اندازه گیری چگالی مواد استفاده می نمایند برخی از آنها از روش هایی نظیر اندازه گیری تغییرسرعت موج مایکروویو، میزان کاهش دامنه، اندازه کیری زمان رفت و برگشت موج ، اختلاف تک فاز و یا تغییر فاز دوگانه استفاده می کنند. هر تکنیک دارای دقت مرتبط با روش خود می باشد .
 بعضی از مایکروویوها از پروب سرامیک استفاده می کنند که به طور مستقیم به نمونه وارد می شود،با این وجود دوغاب با ذرات سایشی خود می تواند به سنسور آسیب برساند.
انتخاب چگالی سنج های مایکروویو نیز محدود به ثابت دی الکتریک مایعات می باشد. درصد جامدات معلق در دوغاب نیز بر ثابت دی الکتریک کل نمونه تاثیر می گذارد. به طور معمول، در صورتیکه درصد جامدات معلق در سیال بیش از 20٪ باشد خطا در اندازه گیری اجتناب نا پذیر می گردد.

 

4- چگالی سنج های کوریولیس (Coriolis Density meter)

 

  این تجهیزات از جمله جریان سنج های جرمی جهت اندازه گیری دبی سیالات و گازها به شمار می روند که علاوه بر میزان جریان ، قابلیت اندازه گیری دما و چگالی سیال و بعضا" ویسکوزیته آن را نیز دارا می باشند. در این جریان سنج ها جریان جرمی سیال بر اساس پدیده شتاب کوریولیس محاسبه می گردد، به این ترتیب که با نوسان(با فرکانس و دامنه مشخص) عمود بر جهت جریان یک تیوپ انعطاف پذیر داخل تجهیز که بر سر راه مسیر عبور جریان سیال قرار داده شده است نیروی کوریولیس حاصل از عبور جریان اندازه گیری شده و با در نظرداشتن سرعت های نوسانی و شعاعی و تناسب جرم عبوری با نیروی بدست آمده میزان دبی جرمی سیال به صورت مستقیم به دست می آید. (سیال جاری خارج از سنسور یک حرکت رو به بالا ناشی از حرکت لوله دارد و به محض جریان یافتن در درون انحنای لوله ،مقاومتی در برابر حرکت عمودی لوله نشان می دهد . این اختلاف نیرو ها مسبب پیچش لوله می شود وقتی که لوله در نیمه دوم ارتعاشی خود به سمت پایین حرکت می کند در جهت مخالف پیچیده می شود.) این پدیده پیچش اثر Coriolis نامیده می شود. با در نظر داشتن دبی جرمی و قطر لوله حاوی سیال و همچنین در نظر گرفتن اثرات دمایی بر انبساط و انقباض آن ،این تجهیزات قادر به اندازه گیری چگالی ماده عبوری می گردند.

 

5- چگالی سنج رادیو اکتیو (Radioactive Density meter)

 

 در این نوع تجهیزات عموما" از یک منبع رادیو اکتیو (Source) که ساتع کننده امواج رادیو اکتیو (معمولا" گاما )بوده و یک گیرنده (Detector) که به صورت مجزا در بیرون از مخزن و روبروی یکدیگر قرار دارند استفاده می شود.سیستم عملکردی این تجهیزات بدین ترتیب است که اشعه گاما که عمدتا"از چشــــــــمه رادیو اکتیو ســـــــــــــزیوم با ایزوتوپ 137 (Cs 137) و یا کبالت با ایزوتوپ 60 (Co 60)ساتع می گردد و قابلیت عبور از همه مواد را دارا می باشد ؛پس از عبور از دیواره مخزن و مواد داخل آن و کاهش میزان انرژی به گیرنده مربوطه که خود شامل سه قســـــمت اصلی : آشکار ساز یا Scintillator ، افزاینده فـــــــوتوالکتریک یا (Photomultiplier (PMT ویک مدار تحلیلگریا Evaluation circuit می باشد برخورد می نماید.از برخورد اشعه به آشکار ساز فلاشهای نوری تولید شده که افزاینده فوتو الکتریک آنها را در مرحله بعد به پالس های الکتریکی تقویت شده ای تبدیل می نماید که میزان آنها در واحد ثانیه نشان از قدرت تشعش رسیده شده به دیتکتور دارد؛ در صورتی که مواد داخل مخزن انرژی ساتع شده از چشمه را کاهش داده باشند پالس های دریافتی به مدار تحلیلگر کمتر بوده و این بدان معنی است که سیال با چگالی مشخص در برابر تشعشع مستقیم قرار گرفته و مانع از ارسال اشعه با انرژی اولیه به دیتکتور گردیده است. هر چه ماده داخل مخزن یا لوله دارای چگالی بیشتری بوده، میزان جذب اشعه در مسیر نیز بیشتر می باشد. با نمونه گیری اولیه در هنگام کالیبراسون و دادن اطلاعاتی همچون نوع چشمه ،میزان جذب اشعه در حالت خالی وپر می توان چگالی سیال را بدون ایجاد کوچکترین منفذ در داخل مسیر یا مخزن نگه دارنده محاسبه نمود. این نوع از اندازه گیری همچنین در لای روبی کردن استفاده می شود. در جایی که چگالی لجن، میزان موثر بودن لای روبی مخزن را مشخص می کند.