Плотностью называется отношение массы тела к его объему. Измеряется плотность в т/м3, кг/м3, г/см3.
Измерение плотности растворов имеет две цели: нахождение концентрации (содержания какого-то вещества в растворе в процентном отношении от его массы или объема) и определение массы по известному объему, или наоборот. Между плотностью и концентрацией одного и того же раствора при данной температуре существует определенная зависимость, которая приводится в справочных таблицах.
Устройства, предназначенные для измерения плотности, называются плотномерами.
В виноделии с помощью плотномеров контролируются и регулируются следующие физико-химические величины:
- сахаристость виноградных, фруктовых соков и отходов первичного виноделия (выжимки, гребни);
- плотность мелового раствора (при операции снижения общей кислотности виноматериалов), вакуум-сусла и бекмеса;
- крепость коньячного спирта и спиртованной воды;
- электропроводность верхнего и нижнего слоев купажируемой массы (при определении окончания операции перемешивания) и пр.
По принципу действия различаются поплавковые, массовые, пьезометрические, радиоактивные и оптические плотномеры.
Поплавковые плотномеры основаны на применении ареометрического измерительного элемента (поплавка), глубина погружения которого зависит от плотности контролируемого раствора.
Массовые плотномеры в простейшем исполнении представляют собой весы, на коромысле которых подвешены сосуды известного объема; через эти сосуды на строго определенном уровне пропускается исследуемая жидкость.
Пьезометрические (гидростатические) плотномеры осуществляют измерение давления столба контролируемой массы раствора, которое, как известно, пропорционально плотности; шкала прибора контроля давления градуируется в единицах плотности. Измерительными элементами могут служить пьезометрическая трубка, мембранное и другие устройства.
В автоматическом контроле и регулировании производственных процессов виноделия нашли применение только радиоактивные и оптические плотномеры. Последние разделяются в свою очередь на рефрактометры и поляриметры.
РАДИОАКТИВНЫЕ ПЛОТНОМЕРЫ
Радиоактивные приборы обеспечивают измерение плотности жидкостей без непосредственного соприкосновения с измеряемой средой. Наиболее типичным примером этой группы приборов может служить плотномер жидкостный радиоактивный типа ПЖР (рис. 99, а), в комплект которого входит датчик 1, электронный показывающий прибор 2 и вторичный прибор 3. Схема плотномера ПЖР показана на рис. 99, б.
Рис. 99. Плотномер жидкостный радиоактивный ПЖР: а— внешний вид комплекта; б — схема устройства и действия.
Датчик состоит из источника радиоактивных излучений ИИ и приемника излучений ПИ, Источник выполнен в виде ампулы 1 из нержавеющей стали с помещенным в нее кусочком радиоактивной кобальтовой проволоки (Со60). Ампула заключена в свинцовый и стальной кожухи, которые служат для защиты персонала от облучения гамма-лучами. Приемник ПИ содержит группу счетчиков излучений 2 и усилительный блок 3.
Электронный показывающий прибор Э Π П оснащен электронным преобразователем 4, реверсивным электродвигателем 5, дифференциально-трансформаторным датчиком 6 и эталонным устройством, состоящим из источника излучений 7, подвижного металлического клина (экрана) 8, приемника излучений 9 и усилительного блока 10.
Корпус прибора ЭПП приспособлен для утопленного монтажа на щите. На передней панели (стенке) находится шкала показывающего устройства и выключатель питания. На задней стенке расположены штепсельные разъемы для присоединения кабелей от датчика и вторичного прибора.
Вторичным прибором в комплекте плотномера ПЖР может быть один из дифференциально-трансформаторных автокомпенсаторов: ЭПИД, ДС1 или МСИР.
Принцип действия плотномера заключается в следующем. В датчике радиоактивное излучение от источника распространяется через стенки трубы и контролируемую жидкость в приемник излучений, где преобразуется в управляющий электрический сигнал. Последний по кабелю передается на вход электронного преобразователя прибора ЭПП и там сравнивается с сигналом, полученным от эталонного устройства. Электронный преобразователь, управляющий реверсивным двигателем, настроен так, что при разности сравниваемых сигналов, равной нулю, вал двигателя не вращается. Если изменится величина сигнала от датчика, т. е. изменится плотность контролируемого раствора, то появится сигнал рассогласования. В результате управляющая обмотка двигателя окажется под напряжением и вал начнет вращаться в направлении, зависящем от знака рассогласования. С валом поворачивается и клин 8 до тех пор, пока величина сигнала от датчика уравновесится эталонным сигналом. В этот момент двигатель остановится.
Таким образом, положение клина при работе прибора ЭПП находится в пропорциональной зависимости от плотности контролируемой жидкости. На одной оси с клином находится стрелка показывающего прибора. Одновременно с вращением клина электродвигатель перемещает и сердечник датчика вторичного прибора.
Плотномер ПЖР питается от сети переменного тока 220 В, потребляет мощность не более 80 Вт и имеет диапазон измерения плотности 1—1,5 г/см3.
На рис. 100 показан комплект радиоактивного плотномера типа ПР-1024 (прибор новой разработки). Он состоит из блока источника 1, приемника 2, электронного блока 3 и вторичного прибора 4. Этот плотномер предназначен для непрерывного бесконтактного измерения и дистанционной записи плотности различных растворов и взвесей, транспортируемых по трубопроводам.
Рис. 100. Радиоактивный плотномер ПР-1024.
Пределы измерения плотности от 0,75 до 3 г/см3; питание от сети переменного тока 220 В; габариты: блока источника 250X 260X290, приемника 370X350X332, электронного блока 375X335X264, вторичного прибора 450x415x506 мм; масса комплекта не превышает 160 кг.
