图1 漂浮浮筒式密度计结构1.小杆；2.外壳；3.浮筒；4.溢流口 设被测介质的密度下限为ρ，上限为ρ2，则平均密度 - - 设浮筒本身重量为P,当液体密度为ρ 时，其沉浸体积为V，当液度为ρ+Δρ时，沉浸体积为V-ΔV。根据阿基米德原理，有： 比较上两式得： V.△ρ△V=---------- ρ+△ρ（1）[next] 设浮筒下部直径为D，高度为H；又上部直径为d,沉浸部分高度为h,当密度变化Δρ时,沉浸高度变化Δh见图2所示。此时有： 1 △V=----лd2.△h 4（2） 沉浸体积：1 V---л(D2H+d2H)4（3） 浮筒升高： D2 △ρ △h=(h+ ---H)=-------- d2 ρ+△ρ（4） 由式(4)可见,增大值可增加测量灵敏度。在时,浮筒的升高量Δh与密度变化量Δρ有线性关系。 在实际测量中，使偏离式(4)的因素有：图2 浮筒的漂浮高度 （1）液体流速的影响：流速大则给浮筒的冲击力也大，此力的方向是由下往上，测量时应维持液体流速恒定。 （2）浮筒上端的小杆受到指示机构所给的反作用力，其方向是由上往下。 （3）液体的密度随温度而变化，在要求精确的情况下，应加温度补偿装置。 漂浮浮筒式密度计的信号可以转变成电气信号，如图3所示，浮筒的下端连接一磁芯,它随浮筒一起升降,磁芯壳体外面套以差动变压器的初级和次级线圈。[next]
图3 具有电气信号输出的漂浮浮筒式密度计1.浮筒；2.差动变压器线圈；3.磁芯；4.电源变压器；5.差动变压器 二、沉浸浮筒式密度计 沉浸浮筒式密度计，浮筒的全部体积沉浸在被测液体中,当液体密度改变时,浮筒所受到的浮力随之变化,此变化量经一定机械结构,传给指示器或转变为其他的信号。沉沉浮筒式密度计有单筒及双筒式两种基本型式。 图4所示是一种单沉浸浮筒式密度计的结构。浮筒8所受到的浮力变化传给挡板3，由于有支点1存在,因此改变了挡板与喷嘴4间的距离。反馈部件2是一波纹管。假设在某一时刻，测量池中的液体密度增大，此时,浮筒所感受的增大的浮力使喷嘴与挡板间的距离减小，因而喷嘴间距离增大,形成了负反馈作用。信号值由喷嘴背压的空气压力变化得到。图4 单沉浸浮筒密度计1.支点；2.反馈部件；3.挡板；4.喷嘴；5.恒气阻；6.气动放大器；7.指示器；8.浮筒；9.测量池 图5所示为双沉浸浮筒密度计结构，标准液体4与被测液体有相同的温度膨胀系数。内筒6应有很好的导热性,被测液体选经外筒3，然后进入测量外筒7,这样可使标准液体与被测液体温度一致,以补偿温度变化对测量值的影响。重物1用以平衡由于浮力变化而引起的不平衡力矩。下面简单分析一下系统的平衡关系如图6所示。 设平衡重物与支点的距离为d，其重量为G，两浮筒的悬挂点到中间支点的距离都为c，两个浮筒具有相同的重量P和相同的体积V，当被测液体与标准液体有相同的密度ρ1时，系统平衡在对称位置（实线位置）。当被测液体密度为ρx时，整个系统转过一个角度θ后，达到新的平衡状态（虚线位置）。力矩平衡方程为：[(P-ρ1V)-P-ρxv]lcosθ=Gdsinθ 由此得： (ρx-ρ1)ρltgθ=----------- Gd（5） 由此可见，减小G及d，增大l及V可提高仪器的灵敏度。仪器指示是非线性的。[next]图5 双沉浸浮筒密度计1.平衡重物；2.指针；3.外筒；4.标准液体；5.参比浮筒；6.内筒；7.则量外筒；8.测量浮筒图6 双沉浸浮筒密度计的系统平衡 三、吹气式密度计 吹气式密度计在化工生产过程中应用较广，它有结构简单，操作方便等优点。所依据的物理原理是:在液体内不同深度,静压大小的差别仅决定于深度差及液体的密度值。实际使用的仪器是测量有固定深度差的两处的静压差，这种密度计的原理及结构如图7、图8所示。 使用的压缩空气经过滤器及稳压阀后，分成两路，由调节计形阀,使两路流量相等。其中参比气路流经标准液体，然后放空，而测量气路则流经被测液体。此外,两气路中的气体压力分别近似于标准液及测量液相应深度（吹气管在液体中的插入深度）处的静压值。 设标准液的密度为ρ1，测量注解的密度为ρx，两吹气管的插入深度均为H，则两路的气压差为：ΔP=H（ρx-ρ1） Δρ与ρx有线性关系。气压差值ΔP由差压计进行测量。为了补偿环境温度的影响,标准液体应选择与测量液体有相同温度膨胀系数，必要时可将存标准液的压头管浸在被测液中，以使两者的温度一致；此时,压头管须用导热性良好的金属做成。图7 吹气式密度计原理图1.针形阀；2.过滤器；3.稳压阀；4.压力表；5.流量计；6.标准液体7.被测液体；8.差压计；9.测量气路；10.参比气路图8 吹气式密度计结构图1.差压变换器；2.带调节螺钉的流量计；3.恒差器；4.供气；5.注入清水；6.聚氯乙烯浸入管 这种密度计在大温度范围内测量的精确度高，成本低，但测量时需将介质（或矿浆）很好搅匀。[next] 四、重力式密度计 一定容积液体的重量决定于该液体的密度。因此，如果测得重量,就知道液体的密度值。弹簧重力式密度计的结构如图9所示。被测液体的进出口管与螺簧管4相通，而螺簧管与测量容器2相通。液体由下面的入口处经螺簧管进入测量容器2后，最后由上面的螺簧管及出口管排出。螺簧管也是测量的敏感元件，它承担测量容器及液体的全部重量。当由于液体密度变化而重量改变时，密器2在螺簧管的弹性作用下作上下移动。移动量经顶杆3传到指示记录机构,为了减轻螺簧管的负载,可在外筒1中盛入水(或其他与被测液体密度相近的液体)。此时，所减轻的重量等于与容器2有相同体积的水的重量。这样做，可以用较细的螺簧管,以增加灵敏度。图9 弹簧重力式密度计1.外筒；2.测量容器；3.顶杆；4.螺簧管；5.支柱 螺簧管所承受的重量为：P=V(ρ-ρ1)+G（6） 式中 V、G——容器2的体积及重量； ρ1——水的密度； ρ——被测液体密度。 在此我们忽略了容器2的臂厚，认为其内外体积相等。此种仪器的测量滞后较大，并且当液体中有沉淀物时，会增加读数的误差。图10平衡锤重力式密度计1.出口管；2.软管；3.进口管；4.轴座；5.测量管；6.支座；7.秤杆；8.拉杆；9.支座；10.平衡锤；11.挡板；12.喷嘴；13.气动放大器；14.压力计；15.恒气阻 平衡锤重力式密度计 其结构如图10所示。被测液体连续地通过U形测量管5。此测量管可以绕轴座4上的轴作微小的转动。进口出管通过软管2与测量管相通。当被测液体密度变化时，测量管在重力作用下绕轴转动一个小角度，它通过拉杆8及秤杆7改变喷嘴与挡板间的距离，使气动测量系统得到信号,经放大后供指示或记录。平衡锤10可以左右移动，以平衡零位。为减小环境温度影响，整个测量系统安装在双层外壳中,内部有加热系统，以保持恒温。这种仪器的结构较为笨重，但测量滞后较图10 所示的结构要小，常用在测量石灰乳等密度，平衡锤重力式密度计应安装在没有震动的场所。
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