目前市場上的密度儀比重計大致可分為三大類：臺式密度儀（實驗室使用）、便攜式密度儀（現場使用）和在線密度儀（工業實時檢測）。

一、 臺式密度儀

      1、玻璃管密度計

      玻璃管密度計操作簡單，價格低廉，因而在各行業得到了廣泛應用。操作時用小量筒取樣，放入玻璃管密度儀，直接讀取浮在液體平面線上的數值。

       玻璃管密度儀一般精度在0.01-0.001g/cm³之間，分段測量：0.6-0.7、0.7-0.8……1.4-1.5g/cm³,測量誤差來源于本身的制造精度和人工操作及讀數誤差，并且無法實現自動測量和控制。

       2、臺式電子密度儀

       臺式電子密度儀主機是稱重天平，用于實驗室取樣測量。應用阿基米德浮力原理，先測量標準石英砝碼在空氣中的重量，再測量石英砝碼在液體介質中的重量，兩者差值即為砝碼在液體介質中的浮力，與標準砝碼的密度相比即可折算出液體介質的密度。

       圖示為上海崢嵐實業有限公司生產JN-120E高精度臺式液體密度儀，精度為萬分之一（0.0001g/cm³）。測量過程3次按鍵后自動顯示密度讀數：①掛鉤稱重按鍵清零；②稱重砝碼按鍵；③砝碼放入液體介質中按鍵。

        精度來源天平稱重傳感器的精度和操作人員的技術熟練程度，一般為千分之一和萬分之一兩種精度。

二、 便攜式密度儀

     便攜式密度儀分為兩種：實驗室或現場取樣用便攜密度儀和現場投入式便攜密度儀。

      1、實驗室取樣便攜密度儀

       該密度儀一般采用震蕩管原理，以奧地利、日本的進口產品為代表，液體取樣2ml，測量精度0.001 g/cm³，重復性0.0005g/cm3，內置硫酸、糖分、酒精等溶液的濃度數據。

左圖為奧地利Anton Paar（安通帕）DMA-35便攜式密度儀。

       2、現場投入式便攜密度儀（手持式密度儀）

       該密度儀無需取樣，直接投入到液體中測量，測量深度200mm~25000mm，適合于工礦現場的油桶、儲罐、過程罐、槽車、脫硫池，以及野外的深井、湖泊、海洋中液體密度測量，應用較為廣泛。

       這種投入式便攜密度儀以德國JENNER（詹納）JPD-100S便攜式密度傳感器為代表，有直桿式和電纜式兩種結構。密度測量精度0.001 g/cm³，溫度測量精度0.5℃，內置氨水、酒精等溶液的濃度數據，屏幕顯示密度、溫度、時間日期，可儲存200組測量數據。

       JPD-100S便攜式密度儀由上海崢嵐實業有限公司總經銷，并在國內申請了知識產權保護。

三、 在線密度儀比重計

       1、差壓式在線密度儀

       測量原理：差壓式密度計應用阿基米德原理通過液柱產生的重力差△P=ρgh，當h一定時，差壓變送器測出的差壓值除以重力加速度和長度就得到密度值。 

       差壓密度儀的結構型式有①頂裝插入式、②側裝彎管式、③側裝雙法蘭、④管道式。以上海崢嵐公司JN3351MD系列產品為例，結構圖片如下：

        應用于耐腐蝕的工況的差壓密度儀有特氟龍噴涂密度儀（①左）、全PTFE封裝密度儀（①中）、側裝密度儀（③），膜片材料可選鉭合金、哈氏合金、蒙乃爾合金等。

       優點：結構原理簡單、經濟實用、性價比高，應用廣泛。

       缺點，并且是較難克服的功能型缺陷，常應用于精度要求不高的工況：

       1）該產品只能垂直安裝，對安裝的垂直度要求較高；

       2）只能測量靜止液體，攪動液體的工況下測量精度較差，管道流動液體則不能測量；

       3）溫度系數差，溫度上升下降均會引起零點漂移（如果沒有做溫度補償則偏差會更大），需要經常調整零點，較難克服此缺陷；

       4）應用高精度傳感器，改進應力結構，修正伯努利流體力學特性，增加集成電路補償消除各種偏差的影響，如JDP-500S密度檢測裝置，可有效提高測量精度和穩定性，但產品喪失了成本優勢。

       2、音叉式在線密度計

       工作原理：音叉密度計傳感器是根據振動原理設計的。振動元件類似于兩齒的音叉，叉體由齒根的一個壓電晶體激勵而產生振動，振動的頻率通過另一個壓電晶體檢測出來，通過移相和放大電路，叉體被穩定在自然諧振頻率上。當液體流經叉體時，振動發生改變，引起諧振頻率變化，通過集成電路處理單元計算出準確的密度值。

       市場上音叉密度儀以艾默生7826、7828為代表，高精度可達0.001g/cm³。

       優點：安裝簡單，即插即用，可以測量管道流動液體介質，測量含有固體或氣泡的混合液體介質的密度；

       缺點：

       1）該密度計不能測量易結晶、易結垢、易掛料的液體介質；

       2）管道液體流動速度不能超過2m/s；

       3）液體介質溫度不能高于90℃；

       4）測量精度和穩定性均不夠理想。

       5）國產音叉密度儀在理想狀態下精度0.003g/cm³。

      四、科里奧利質量密度儀（科氏力質量流量計） 

       工作原理：測量管連續地以一定的共振頻率進行振動，振動頻率隨流體的密度變化而變化，因此共振頻率是流體密度的函數，通過測量共振頻率即可準確獲得流體的密度。在密度測量的同時還可以根據科里奧利力原理直接測量封閉管道內流體的質量流量。 

       市場上占主導的地位的科氏力質量流量計主要3家：艾默生、E+H、科隆。圖示為三家公司的典型產品。

        優點:

      1）測量精度高，流量精度可達0.05%，密度精度可達0.0005g/cm³，是所有測量儀表中精度較高的產品；

      2）不受流體物理性質(密度、黏度等)的影響,應用范圍廣；

      3）無可動部件,可靠性高；

      4）測量值不受管道內流動場所影響,上、下游直管段長度的要求低；

      5）可調量程比寬達1∶100；

      6）可測各種非牛頓流體以及黏滯和含微粒的漿液。

     缺點:

      1）阻力損失較大,零點有時不穩定,管路振動會影響測量精度；

      2）容易結垢堵塞,必須經常進行沖洗，因此運行維護人員既要經常去觀察該測量值的變化,又要頻繁地進行沖洗,以至影響密度測量的連續和穩定；

      3）最大不足：價格昂貴。

      五、放射性同位素密度儀 

       工作原理：儀器內部設有放射性同位素輻射源，它的放射性輻射（例如γ射線）在透過一定厚度的被測介質后被射線檢測器所接收。當介質的厚度一定時，對射線的衰減量僅是該液體介質物質密度的函數。通過儀表內部的運算即可得出其密度值 

       優點：放射性密度計可以在不接觸被檢測對象，特別是在高溫、高壓、高腐蝕性和有毒的情況下，對容器內的物料密度等參數進行測量。 

       缺點：是管道內壁結垢及磨損將引起測量誤差，涉及審批程序繁瑣，管理與檢查嚴格。

     六、超聲波在線密度儀 

       工作原理：超聲波在線密度儀是應用超聲波在液體中的傳導速度來測量液體的密度。理論和實驗證明：超聲波在特定的溫度下、特定的濃度或密度的液體中傳遞速度是確定的。液體的濃度變化會引起超聲波傳導速度的改變。液體中超聲波的傳導速度是液體彈性模數和密度的函數，因而液體在一定溫度下超聲波在其中傳導速度的變化反映了液體濃度或密度的變化。當儀表的超聲波傳感單元發出一個超聲波信號，并測量出其在過程液體中的傳遞速度及液體的當前溫度，儀表通過這些相關數據的運算，準確求出當前液體介質的濃度或密度值。 

       優點：超聲波檢測不受介質的濁度、色度及電導率的影響，也不會受流態及雜質的干擾。 

       缺點：價格昂貴。測量精度受液體介質中的氣泡影響比較大。受到自身電路的局限和工業現場的環境干擾，產品的精度和穩定性還有待提高。

作者：

陸偉逸 總工程師

上海崢嵐實業有限公司