Contorul de densitate a vibrațiilor este un dispozitiv conceput pentru a converti valoarea densității unui mediu controlat într-un semnal electric analog sau digital pentru transmisie către sistemele de telemetrie.
Sunt cunoscute densitometre cu debit vibratoriu, concepute pentru a controla densitatea unui mediu care se deplasează într-o conductă , și submersibile (sau sondă), pentru a controla densitatea unui mediu atât în conducte, cât și în rezervoare .
Un densitometru cu sondă de vibrații conține un sistem oscilator electromecanic, de obicei sub forma unui diapazon (furcă), excitat la o frecvență de rezonanță folosind unul sau doi traductoare piezoelectrice. Frecvența de rezonanță a unui sistem oscilator depinde de densitatea mediului care înconjoară diapazonul și de duritatea metalului diapazonului vibrant. Pentru a compensa duritatea metalului, electronica densimetrelor de astăzi măsoară de obicei temperatura senzorului și compensează densitatea măsurată în raport cu temperatura produsului (afectând duritatea metalului). Folosit pentru a măsura densitatea lichidelor (inclusiv a suspensiilor) și a gazelor sub presiune.
Contoarele de densitate lichide vibrante în linie sunt utilizate pentru a măsura uleiul/produsele petroliere și alte medii lichide (inclusiv nămolurile) într-o conductă din diverse industrii. Senzorul unui astfel de densimetru are unul sau 2 tuburi senzori care vibrează la o frecvență de rezonanță (prinse între flanșele de intrare și de ieșire). La senzorii cu tub drept, tuburile cu flanșă sunt de obicei conectate prin burduf (pentru a permite senzorului să oscileze liber). La senzorii cu tuburi curbate, tuburile în sine sunt de obicei conectate rigid la flanșele de intrare/ieșire. În orice proiectare, tuburile vibrează sub influența unui sistem de excitație electromagnetică la o frecvență de rezonanță în funcție de masa mediului din interiorul tuburilor (în funcție de densitatea mediului și de volumul intern al tuburilor (în funcție de temperatură)) si asupra rigiditatii mecanice a sistemului (in functie de temperatura). Similar cu densimetrele cu sonde, densitatea produsului este calculată de electronica instrumentului din frecvența de rezonanță și temperatura produsului. Densitometrele vibratoare cu 2 tuburi curbate măsoară, de asemenea, debitul masic prin diferența de fază a vibrațiilor celor două tuburi cauzate de forța Coriolis. Raportul dintre masa efectivă a produsului oscilant și masa metalului oscilant în densitometrele cu debit este semnificativ mai bun decât în densitometrele cu sondă, ca urmare, repetabilitatea și eroarea densitometrelor cu debit sunt semnificativ mai bune decât în densitometrele cu sondă. Eroarea de bază a densimetrelor cunoscute pe piață începe de la ±0,1 kg/m3.
Principiile de măsurare enumerate mai sus pot fi utilizate atât pentru lichide, cât și pentru gaze (dacă producătorii au opțiunile adecvate) cu erori absolute similare în măsurarea densității gazului și a lichidului, dar deoarece densitatea gazelor întâlnite în practică este în mod tradițional de 1-2 ordine de magnitudine mai mică decât lichidele cu densitate, apoi, în practică, densitometrele pentru gaze cu sondă (cu diapazon) și debit (cu tuburi senzori) nu sunt utilizate. Densitatea gazului este de obicei măsurată cu densimetre cu un cilindru cu pereți subțiri din material magnetic care este complet scufundat în gaz din toate părțile. Grosimea unui astfel de cilindru este semnificativ mai mică decât grosimea tubului densitometrelor cu flux lichid, ceea ce oferă o eroare semnificativ mai bună. În interiorul cilindrului există un sistem electronic auto-oscilant sub forma unui pahar umplut cu un compus cu o bobină de excitație a oscilației, bobine de captare a semnalului și un senzor de temperatură. Frecvențele de rezonanță sunt măsurate electronic și, ținând cont de corecția pentru temperatură, sunt convertite în densitatea gazului. Eroarea de bază a acestui tip de densimetre de gaz cunoscute pe piață pleacă de la ±0,1% eroare relativă (dar nu mai mică decât eroarea absolută de ±0,0015 kg/m3). Principala aplicație a acestui tip de densitometre de gaz este contabilizarea comercială a gazelor naturale, a gazelor petroliere asociate și a altor gaze de hidrocarburi la unitățile de măsurare a gazelor cu debitmetre cu ultrasunete.
O sarcină separată pentru contoarele de densitate a gazului este măsurarea greutății moleculare, a densității relative a gazului (în condiții normale sau de funcționare) sau a densității gazului redusă la condiții standard (uneori numită și bază sau normală). Pentru această problemă, prima soluție este folosirea densimetrelor care stabilizează presiunea (și uneori temperatura) probei de gaz; măsurarea valorilor densității, temperaturii și presiunii gazului și aducerea densității măsurate la valori standard folosind formule de calcul. A doua soluție este folosirea unui densimetru de gaz instalat într-un dulap termoizolant, unde presiunea gazului măsurat în zona senzorului este reglată mecanic de presiunea gazului dintr-un anumit recipient de gaz de referință (camera de comparație), umplut cu gaz măsurat în etapa de calibrare inițială a densimetrului (la o presiune de aproximativ 1,5 ... 10 bar-abs.). Gazul în sine, în același timp, este furnizat în dulap cu dispozitivul printr-un tub subțire de la conducta de admisie și este descărcat după ce a părăsit dulapul cu dispozitivul la lumânare / torță (sau este pompat înapoi în conductă de către un micropompa). Schimbările lente de temperatură sezonieră în interiorul cabinetului densimetrului (și, respectiv, în camera de referință) au ca rezultat o schimbare proporțională a presiunii în această cameră (sub rezerva unei mici corecții pentru factorul de compresibilitate). Și deoarece presiunea și temperatura gazului în camera de comparație și în zona senzorului (cilindrul de măsurare) vor fi egale, raportul dintre densitatea oricărui gaz particular măsurat de senzorul densimetrului și densitatea gazului în comparație camera va fi constantă în orice moment la orice temperatură stabilă în interiorul dulapului (ținând cont de mici corecții pentru diferiții factori de compresibilitate a gazului din cameră și din zona senzorului). Acest lucru permite ca instrumentul să fie calibrat cu 2 gaze de referință (de exemplu metan și azot, pentru gaze naturale) prin alimentarea acestor 2 gaze de referință în serie la intrarea instrumentului și măsurând frecvența senzorului pe aceste gaze. După aceea, interpolând frecvența măsurată a senzorului la datele de calibrare (pentru densități standard și frecvențe pentru 2 gaze de referință), dispozitivul calculează densitatea standard a gazului în densimetru. Eroarea relativă principală a unui instrument binecunoscut de acest tip este ±0,1%. Aceste instrumente sunt utilizate în mod obișnuit în transferurile de custodie pentru a aduce debitele de gaz în condiții normale, pentru a calcula numărul Wobbe la optimizarea proceselor de ardere, pentru a analiza puritatea unui produs (de exemplu hidrogen) și pentru a analiza compoziția produselor. Adesea schimbarea sau completarea cromatografelor mai scumpe, mai lente și mai dificil de operat.
Avantajele densimetrelor de vibrații: absența pieselor în mișcare, neutralitate față de proprietățile electrice ale mediului, precizie ridicată și stabilitate a măsurătorilor (±0,1…1,0 kg/m3 pentru lichid), performanță la temperaturi ridicate și scăzute (de la minus 70 la 200). °C), presiuni statice mari (până la 20 MPa), greutate și dimensiuni reduse, compactitate (diametru 25 mm), consum redus de energie (0,5-2,5 W).