Прибор для плотности металла

Обновлено: 07.07.2024

Ареометр – необходимый инструмент не только в большинстве лабораторий, но и полезный аксессуар для домашних работ.

Конструктивно простой прибор позволяет быстро и точно измерить плотность, концентрацию вещества и количество примесей. Цена такого оборудования доступна, и купить его можно у большинства поставщиков товаров для лаборатории.

Показатели, размеры, правила проведения измерений, и другие параметры регламентируются по НД: ГОСТ 18481, ГОСТ 8.428:2009, OIML R 44:2014018, ISO 387, ISO 649-1, ISO 649-2, ISO 650, EN ISO 3675, ISO 4801, ISO 4805, ДСТУ 6062, ГОСТ 28947 (ИСО 1768), ГОСТ 28947 (ИСО 1768), ДСТУ ГОСТ 31072.

Принцип работы

Измерение основано на разнице плотности жидких веществ и гидростатическом законе Архимеда. Тело, погруженное в жидкость, выталкивается с силой, равной массе вытесненной жидкости.

Строение и особенности

Классический прибор представляет собой стеклянный цилиндр, с одной стороны широкая трубка с округлым дном, с другой стороны узкая трубка с маркировкой в соответствующих единицах. Обычно это единицы концентрации определенного вещества или фактическая плотность раствора.

Внутри широкой части находится утяжелитель, чаще всего свинцовые шарики. Благодаря грузику прибор занимает вертикальное положение.

Плотность определяется как масса ареометра, деленная на объем жидкости, который он вытеснил. А это соотношение зависит от плотности измеряемого раствора и веса грузика в плотномере.

В приборах постоянного объема на колбу нанесена стационарная метка, до которой следует погружать прибор. Подбирая гирьки различного веса, добиваются погружения на нужную глубину. Имея в результате вес поплавка и надетых гирек, можно определить плотность конкретного вещества.

Сфера применения

Концентрация, плотность веществ нужны постоянно. Крепость алкогольных напитков, качество кислоты в аккумуляторе, состояние антифриза, количество жира в молочных продуктах, концентрацию сахарного и солевого растворов, спелость плодов и содержание растворимых веществ в соке – лишь небольшая часть задач, когда ареометры незаменимы.

В быту наибольшее распространение получили ареометры для спирта (для виноделия и самогонокурения) и плотномеры для электролита (автомобилисты).

Работу лаборатории без денсистометра представить вообще невозможно.

Инструкция к применению

Правила корректного использования или как пользоваться ареометром:

Прибор должен быть сухой и чистый.
Целостность измерителя не должна быть нарушена.
Сосуд, в котором проводится измерение, должен быть достаточно высоким, чтобы плотномер свободно плавал в измеряемом растворе, не прикасаясь к стенкам и дну. Обычно берут высокий цилиндр для ареометров (без меток, из белого стекла).
Показания снимаются по нижнему мениску, в момент, когда ареометр остановится.
Измерение плотности ареометром проводят в стандартных условиях (20°С) или при других условиях, но результат пересчитывают и выдают на 20°С.

Классификация плотномеров

Хотя внешне большинство ареометров похожи, некоторые из них можно использовать сразу для многих жидкостей, другие только для определенных. Это обусловлено различной калибровкой.

Все ареометры делятся по:

веществу, концентрация которого измеряется (солемер, спиртомер, сахарометр, лактометр);
по исследуемой жидкости (общего назначения или специализированные);
по градуировке шкалы (в единицах концентрации или плотности). Измеряемая концентрация может быть в объемных или весовых единицах;
по типу: классические и электронные (рефрактометры, плотномеры, другие приборы).

Электрические денсистометры представляют собой приборы с прозрачной призмой и шкалой, измеряющие показатель преломления (рефрактометры) или же приборы со щупом на конце. Современные модели выпускают с цифровым дисплеем, в более простых вариантах шкала нарисована и результат смотрят через окуляр. Есть модели с термокомпенсицией или терморегуляцией и без.

Высокая стоимость (в 10-100 раз дороже классических стеклянных ареометров) приводит к тому, что высокотехнологичные модели покупают только для больших производств (пищевые, химические), где нужна быстрая точность определения в потоке и регулярный контроль качества жидкостей.

Шкала плотности идет с ценой деления 0,0005-0,02 г/см³, концентрации – 0,1-2%, от этого зависит класс точности прибора.

Виды приборов

Специализированные плотномеры выпускают для нефтепродуктов, молока, урины, электролита, спирта, сахара, соли, растворов кислот, щелочей. Градуируют такие узкоспециализированные модели сразу по концентрации исследуемого вещества, что делает их использование простым, удобным.

Универсальные ареометры идут с маркировкой фактической плотности, а результатом будет число, полученное по таблице соотношения плотностей и концентраций различных веществ. Выпускают целые сборники таких таблиц для всевозможных веществ. Производят модели без и с встроенным внутри термометром.

Самым универсальным вариантом считаются наборы ареометров, которые производят в большом диапазоне плотностей и с высокой точностью измерения.

Маркируют плотномеры большими буквами: первая – А (ареометр) и вторая – исследуемая жидкость.

М - молоко,
Н - нефтепродукты,
У - урина,
СП - спирт,
Э - электролит,
Г - грунт,
С - сахар,
К - кислота.

Приборы общего назначения маркируют АОН. Цифра в конце маркировки означает диапазон концентраций.

Детальное описание подвидов

Ареометры общего назначения

Плотномеры АОН измеряют относительную плотность любой жидкости, а по этому значению находят концентрацию необходимого вещества. Особенно важны ареометры АОН для исследования показателей качества многокомпонентных растворов. Оптимальным вариантом для таких целей иметь под рукой наборы ареометров.

Сахарометры

Используются для определения сахара в соках, винопродуктах, плодах и ягодах. Есть модели с термометрами и без. Особенно важны прибор АС или АСТ для виноделия, с их помощью можно точно определить момент затухания брожения и добавления сахара в сусло.

На пищевых производства ареометры для сахара позволяют определить степень готовности соков, пюре, маринадов, и других продуктов, в состав которых входит сахароза.

Известная величина растворимых сухих веществ в соке фруктов снятых с дерева или сразу на дереве, позволяет определить степень зрелости плодов. Но для этих целей больше подойдет автоматический портативный рефрактометр.

Лактометры

Определяя плотность молока, сыворотки, можно узнать содержание жира в процентах, что в свою очередь говорит о том, есть ли в молоке вода, обезжиренное молоко или другие разбавители. В фальсифицированном молокопродукте ареометр для молока АЛ падает на бок.

Спиртометр

Приборы для определения концентрации этанола в спиртосодержащих пищевых, медицинских и технических жидкостях. Показатель вычисляется по таблицам плотности при конкретной температуре. Так как изменение градусов спирта при разной температуре очень сильное, определение проводят с точностью до 0,1°С, стараясь максимально близко придерживаться стандартной температуры +20°С.

Клеемеры

АКЛ позволяют вычислять массовую концентрацию клея. Для каждого типа клея есть свои таблицы. Это особенно важно при использовании больших объемов клея:

на производстве, для контроля качества;
во время ремонта, когда остается клей и его нужно проверить перед очередным использованием или после смешивания разных по концентрации и свежести остатков.

Медицинские ареометры

В эту категорию входят плотномеры для урины. Исследуя этот показатель, можно заметить мочекаменную болезнь на ранних стадиях.

Ареометры для антифриза

Применяют в холодное время года. Для каждой минусовой температуры воздуха необходима своя концентрация антифриза, иначе он не будет работать. Значит, перед приготовлением свежей порции раствора, необходимо узнать минимальную температуру на улице и развести антифриз до нужной концентрации/плотности.

Для нефтепродуктов

Плотномеры АНТ-1, АНТ-2 позволяют определить следующие показателей бензина, дизельного топлива, сырой нефти, керосина:

соответствие фактических показателей, указанным в сертификатах качества;
наличие запрещенных примесей;
классность нефтепродуктов.

Ареометры для нефти выпускают с термометрами, измерения проводят строго при 20°С или делают пересчет на стандартную температуру.

Ареометры для грунта

Приборы группы АГ позволяют определять грануло-метрический состав глинистой почвы при помощи стеклянного цилиндра с пустым стержнем с наполнителем.

Ареометры-гидрометры

АЭГ используют для определения концентрации этиленгликоля в большом диапазоне температур (-20…+40°С).

Ареометры для морской воды

Используют для мониторинга состояния акватории.

Для электролитов

Долговечность и качество работы аккумуляторной батареи без электролита с соответствующей концентрацией невозможны. Проверку крепости серной кислоты или концентрированной щелочи (реже) проводят при помощи ареометра для электролита АЭ. Зная эти показатели, можно точно определить время, когда следует менять электролит, чтобы вернуть емкость аккумулятора.

Уменьшение концентрации даже на 0,01 г/см³ означает разрядку на 1/20 от полной емкости, что еще не критично, так как она восстановится во время зарядки. Но большее отклонение будет говорить о том, что рабочий раствор некондиционный и необходимо его откорректировать, добавляя концентрированную кислоту или дистиллированную воду до тех пор, пока не будет получено нормативное значение плотности (1,22-1,29 г/см³ в зависимости от температуры).

Набор для автомобилиста это:

плотномер-поплавок;
стеклянная трубка;
резиновая груша.

В аккумулятор вставляют трубку, грушей подтягивая раствор электролита внутрь емкости до тех пор, пока не появится поплавок-ареометр. Поплавок во время снятия показаний должен плавать внутри сосуда, не касаясь стенок или дна, а его положение должно быть вертикальным.

Также в продаже есть наборы поплавков разной массы при одном объеме, размещенные в общем контейнере из стекла. Заполнив такую емкость электролитом нужно выбрать тот поплавок, который будет плавать корректно – метка будет находиться на границе жидкости – это и будет фактическая плотность. Остальные поплавки утонут или будут плавать боком.

Купить ареометры

В любой лаборатории, автомастерской или медучреждении без прибора для определения плотности не обойтись. Купить ареометры можно у большинства поставщиков товаров для лабораторий. Выбирая, у кого приобрести устройство, следует обращать внимание на:

в каких единицах калиброван ареометр;
диапазон измеряемой величины;
шкала или точность деления;
погрешность прибора;
есть ли термометр.

Каждый производитель перед передачей своей измерительной продукции на реализацию, проводить контроль качества. Для ареометров контроль проводят для каждой единицы товара, с указанием номера прибора и его индивидуальной погрешности. Поэтому, одна и та же модель плотномера у различных производителей будет иметь свою погрешность.

Определение плотности с помощью весов

Измерение плотности жидкостей и твердых тел при помощи лабораторных весов

Пожалуйста, расскажите о вашей задаче. Запросить цены или информацию Позвонить специалисту Запросить информацию Запросить цены

Для определения плотности твердых веществ лучше всего подходят методы измерения выталкивающей силы и вытеснения, основанные на законе Архимеда. В обоих методах используется жидкость с известной плотностью, которая не вступает в реакцию с образцом, но тщательно смачивает его. В жидкость можно добавить смачивающий реагент.

Встроенное приложение на весах предоставляет пошаговые инструкции. В весах серии Excellence запрограммированы рабочие процессы для пяти различных методов определения плотности. В весах начального и базового уровней заданы рабочие процессы для двух методов.

Помимо комплекта для измерения плотности, требуется дополнительное стеклянное грузило объемом 10 мл. Плотность рассчитывают по разности массы грузила в воздухе и в жидкости. В качестве альтернативы можно использовать пикнометр или цифровой плотномер.

Корзинку из комплекта для измерения плотности можно перевернуть так, чтобы более легкие образцы удерживались в жидкости и не всплывали на поверхность. Если воздействие выталкивающей силы на корзинку слишком велико, поместите дополнительный вес на верхнюю грузоприемную чашку комплекта и повторите процедуру измерения. Также можно использовать другую контрольную жидкость с меньшей плотностью.

Добавьте в контрольную жидкость несколько капель смачивающего реагента. Оставьте ее на ночь, чтобы вышел весь растворенный газ. Используйте мягкую кисть для очистки образца и комплекта от пузырьков.

На точность измерения плотности влияет допуск метода (влияние пузырьков и т. д.), точность измерения температуры и взвешивания. Каждое измерение на ЛЮБЫХ весах характеризуется неопределенностью. Понимание источника этой неопределенности — залог точных результатов взвешивания. Точность прибора для взвешивания определяется не его дискретностью, а воспроизводимостью и минимальной массой нетто образца.

Чтобы выбрать подходящие весы, нужно знать наименьшую массу, которую планируется взвешивать, и необходимую точность результатов (то есть допуски).

Международный стандарт взвешивания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО GWP ® помогает подобрать правильные весы с учетом специфики применения. Бесплатную рекомендацию по весам можно получить у местного представителя МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Определите, отвечают ли имеющиеся весы вашим требованиям к качеству.

Требуется определить плотность твердых пластмассовых образцов в соответствии со стандартом ISO 1183-1. Какие весы подходят для этого?

Согласно стандарту ISO 1183-1, необходимы весы с дискретностью 0,1 мг или ниже, при этом желательно, чтобы масса образца составляла не менее 1 г. С точки зрения минимальной массы нетто взвешивание образцов массой не менее 1 г на весах с дискретностью 0,1 мг выполнять допустимо. Однако помимо необходимой точности весов следует учитывать и технологические допуски процессов. Бесплатная услуга МЕТТЛЕР ТОЛЕДО GWP ® Recommendation поможет подобрать весы для конкретной задачи.

Процедура измерения плотности состоит из нескольких этапов. Иногда приходится некоторое время ждать, пока показания стабилизируются. Поэтому можно легко растеряться, особенно при одновременном выполнении нескольких задач. Встроенное приложение на весах предоставляет пошаговые инструкции. Каждую инструкцию необходимо подтверждать, нажимая кнопку «OK», поэтому оператор всегда знает, на каком этапе находится.

Подключите сканер штрихкода к весам, чтобы быстро и без ошибок считывать такие метаданные, как идентификатор образца, номер партии, номер заказа и т. д. При помощи принтеров МЕТТЛЕР ТОЛЕДО серии P-50 можно распечатывать эти метаданные, результаты, а также дату и время измерения.

При проведении серии определений плотности используйте функцию статистики на весах МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Она быстро построит тренды для данных и поможет принять правильные решения в процессе работы.

В весы XPR, XSR, MS-TS, ML-T и ME-T встроена база данных со значениями плотности часто используемых эталонных жидкостей. Значение плотности корректируется исходя из вводимой температуры.

Приложение для анализа плотности на весах XPR, XSR и MS-TS делает все вычисления за пользователя. Достаточно только ввести температуру и выбрать используемую контрольную жидкость. Весы записывают значения массы и автоматически вычисляют плотность.

Приложение для анализа плотности на весах MS-TS, ML-T и ME-T помогает создать отчет о сериях измерений. Отчет можно распечатать или сохранить на USB-накопителе. Весы XPR и XSR в сочетании с программным обеспечением LabX имеют более гибкие настройки. Отчеты можно дополнять графиками и диаграммами и отправлять прямо в систему LIMS или ERP.

Плотность образца — важный показатель качества сырья и готовой продукции. Существуют различные способы точного определения плотности твердых, вязких и жидких материалов, таких как металлы, пластмассы, химические вещества, смазочные материалы и продукты питания.

Определение плотности для контроля качества

Неоднородность сырья, на которую указывает изменение плотности, может пагубно сказаться на качестве конечного продукта. Путем измерения плотности сырья проверяют чистоту материала. Если вместо указанного вещества в состав входит более дешевый заменитель, измеренная плотность смеси будет отличаться от плотности чистого вещества.

Показатели плотности также используют для проверки однородности. Если изготовленная деталь не будет однородной, ухудшатся такие важные ее характеристики, как прочность и сопротивление растрескиванию. Например, пузырек воздуха внутри детали может привести к ее поломке при нагрузке. Проверка деталей методом случайной выборки — простой и экономичный способ контроля качества в процессе производства.

Почему так важно точное взвешивание

В лаборатории гравиметрическое определение плотности проводят с помощью методов, основанных на законе Архимеда (ареометрический метод), принципе вытеснения и использовании пикнометра.

Самый распространенный метод измерения плотности основан на действии выталкивающий силы, возникающей согласно закону Архимеда: тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Этот древний принцип, предложенный приблизительно в 200 г. до н. э., и сегодня служит для гравиметрического определения плотности. В этом методе точность результатов напрямую зависит от точности взвешивания.

Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше:

Процедура определения плотности твердых веществ

Ареометрический метод: закон Архимеда в действии

Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость частично или полностью, действует выталкивающая сила, направленная вверх. Величина этой силы равна
весу жидкости, вытесняемой телом.

Твердое вещество взвешивают в воздухе (A), а затем во вспомогательной жидкости (B) с известной плотностью. Плотность твердого тела ρ можно рассчитать следующим образом:

ρ = плотность образца;

A = масса образца в воздухе;

B = масса образца во вспомогательной жидкости;

ρ₀ = плотность вспомогательной жидкости;

ρ_L = плотность воздуха.

Необходимо учитывать температуру жидкости, поскольку ее колебания могут изменять плотность на величину от 0,001 до 0,1 на один градус Цельсия. Изменения
проявляются в третьем знаке после запятой.

Если известны масса и объем образца (твердого вещества или жидкости), его плотность можно рассчитать по формуле:

Проблемы при определении объема

Точно взвесить образец достаточно просто, но при определении объема могут возникнуть затруднения.

Выталкивающая сила

Метод гидростатического взвешивания (использующий закон Архимеда) решает проблему определения объема, поскольку он предполагает взвешивание образца в двух разных средах (в воздухе и в жидкости). Таким образом, в обоих случаях объем можно считать постоянным.

В простой версии метода на основе измерения вытеснения объем твердого тела определяют по увеличению уровня жидкости, в которую опускают образец.
И наоборот, путем погружения объекта с известным объемом в жидкость с неизвестной плотностью можно определить разницу в массе (в воздухе и в жидкости) для дальнейшего расчета плотности жидкости.

Пикнометр — специальная стеклянная колба, как правило, известного объема. Чаще всего его применяют для определения плотности жидкостей. Пикнометр сначала взвешивают пустым, а затем заполняют исследуемой жидкостью. Плотность образца вычисляется как разность результатов взвешивания (то есть масса образца), деленная на объем пикнометра.
Пикнометр также применяют для определения плотности порошков или гранул.

Цифровой плотномер

Полая стеклянная трубка совершает свободные колебания с определенной частотой. При наполнении трубки частота ее колебаний изменяется: чем больше масса образца, тем ниже частота. Цифровые плотномеры измеряют частоту и преобразуют ее в плотность.

В следующей таблице приведено сравнение этих четырех методов.

Плотность твердого образца можно определить по известной плотности жидкости и двум значениям массы.

Плотность жидкого образца можно определить по известному объему контрольного тела и двум значениям массы.

Плотномер

Плотномер (денситометр или измеритель удельного веса) — это аналитический прибор, в котором для быстрого автоматического измерения плотности образца используются колебания дугообразной стеклянной трубки. Измеренные значения переводятся в другие специальные единицы плотности и концентрации, такие как удельный вес, градусы API или Brix, содержание спирта и др. Доступны легкие портативные плотномеры и высокоточные настольные модели.

Advantages of METTLER TOLEDO’s Density Meters / Specific Gravity Meters

Подходит для любых образцов

Измерители плотности МЕТТЛЕР ТОЛЕДО используются для различных образцов в фармацевтической, нефтехимической, пищевой и других отраслях. Эти приборы позволяют получить надежные данные для летучих, агрессивных, вязких и пастообразных веществ.

Производительность и простота

Как говорит один из клиентов: «Плотномером очень просто пользоваться. Достаточно поместить в него образец и нажать одну кнопку. Измерение занимает мало времени. Мы начали работать с плотномером и автоподатчиком в 2017 году, а в 2019 году приобрели второй комплект для повышения производительности», — говорит руководитель по качеству, компания Solvay (Zhenjiang) Chemicals, Китай.

Эффективное управление данными

Уникальное ПО обеспечивает эффективное управление данными, их передачу между различными приборами, централизованное управление ресурсами, целостность данных и другие преимущества.

Десятилетия успешной работы

Тысячи довольных клиентов по всему миру — от небольших семейных компаний до международных корпораций. Приборы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО обеспечивают надежный и эффективный контроль качества в различных отраслях.

Компактная и продуманная конструкция

Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает легкие портативные плотномеры массой 355 г и компактные настольные плотномеры. Они разработаны для уменьшения нагрузки на оператора и экономии места на рабочем столе.

Измерение плотности в любой точке

Высококачественные детали обеспечивают длительный срок службы. Плотномеры МЕТТЛЕР ТОЛЕДО одинаково хорошо работают в сложных полевых условиях, в лабораториях и на производстве.

Высококлассная поддержка в любой точке мира

В важных вопросах клиенты полагаются на сервисных специалистов и экспертов МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Мы проводим периодическое техническое обслуживание для повышения эксплуатационной готовности оборудования, обучаем операторов и предоставляем консультации.

Полезные ссылки по теме

Автоматическое измерение плотности

Автоматические системы экономят время, снижают затраты и повышают эксплуатационную безопасность. Автоматизация измерений с помощью насосов или высокопроизводительных автоподатчиков повышает воспроизводимость и надежность. Читать

Экономия рабочего времени до 70 %

Многопараметрические системы анализа позволяют за одно измерение определить плотность, pH, показатель преломления и цвет образца. Экономьте время, улучшайте качество результатов и повышайте производительность на 50 %. Читать

ПО LabX и EasyDirect для ПК

Многофункциональные программные комплексы для измерения плотности. Электронный документооборот обеспечивает целостность данных, их надежное хранение и безошибочный перенос информации. Данные легко просматривать и анализировать Читать

Портативный плотномер всегда под рукой

Densito — это легкий, прочный и надежный прибор с интуитивно понятным интерфейсом. Он обладает всем необходимым для измерения плотности, удельного веса и других единиц в лаборатории или за ее пределами. Читать

Принадлежности и расходные материалы для плотномеров

Чтобы повысить эффективность работы плотномера, выберите нужные принадлежности и расходные материалы. Доступны принтеры, сканеры и датчики, а также различные сертифицированные стандарты жидкостей. Читать

Руководства, рекомендации по применению, информационные документы — и многое другое!

Воспользуйтесь опытом экспертов, чтобы повысить качество результатов, сэкономить время и обеспечить соответствие новым нормативным требованиям. Доступны короткие полезные советы и рекомендации, подробные руководства и вебинары. Читать

Узнайте подробнее о сервисных предложениях МЕТТЛЕР ТОЛЕДО, разработанных для вашего оборудования

Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО осуществляет комплексную поддержку измерительного оборудования на протяжении всего срока службы: от инсталляции до профилактического технического обслуживания, от калибровки до ремонта.

Приборы для термического анализа серии Excellence

pH-метр, кондуктометр, кислородомер, иономер

Титраторы

Прибор для определения температуры плавления

Плотномер

Рефрактометр / прибор для измерения градусов Brix

Спектрофотометры УФ-ВИД

Как работает цифровой плотномер?

Основной элемент цифрового измерителя плотности (удельного веса) — полая дугообразная стеклянная трубка, которая совершает свободные колебания. Прибор измеряет частоту колебаний трубки, наполненной анализируемым веществом. При наполнении трубки ее собственная частота колебаний изменяется: чем больше масса образца, тем ниже частота колебаний. Измеренная частота пересчитывается в плотность. Стационарные цифровые измерители плотности оснащены термостатом с элементом Пельтье для контроля температуры образца.

Измеритель удельного веса, плотномер, денситометр. В чем разница?

Измеритель удельного веса, плотномер и денситометр — это названия одного прибора. Различия в терминах могут быть связаны с региональными особенностями. В этом приборе для измерения удельного веса, плотности и связанных единиц используются колебания полой дугообразной трубки с жидким образцом. Благодаря автоматизации измерения воспроизводимость результатов не зависит от оператора.

Какие приборы используются для измерения плотности жидкостей?

Плотность раствора можно измерить ручным или цифровым методом. Более подробно измерение плотности с помощью пикнометров, ареометров и цифровых плотномеров описано в руководстве «Три метода измерения плотности».

Ручные методы с использованием таких приборов, как пикнометры и ареометры, широко применяются для определения плотности и связанных с ней величин, например удельного веса, содержания спирта (%), градусов Brix, API, Боме, Плато и т. д. Хотя эти приборы просты и недороги, для работы с ними требуются знания и опыт выполнения ручных операций. Квалификация оператора часто влияет на точность и достоверность результатов.

Пикнометр — это стеклянный сосуд определенного объема. Пикнометр взвешивается без образца (M1), затем заполняется и снова взвешивается (M2). Плотность образца равна разности между величинами M1 и M2, деленной на объем стеклянного сосуда.

Ареометр — это стеклянная трубка, которую погружают в жидкость. Спустя короткое время устанавливается некоторый стабильный уровень погружения. Чем выше плотность образца, тем меньше погружается в него ареометр. Плотность жидкости определяется после стабилизации уровня погружения по шкале, нанесенной на ареометр.

Комплект для измерения плотности используется в сочетании с весами. Стеклянный предмет определенного объема взвешивается в воздухе (M1), затем погружается в образец и снова взвешивается уже в образце (M2). Плотность образца равна разности между величинами M1 и M2 (выталкивающая сила), деленной на объем стеклянного предмета. При измерении плотности твердых веществ можно использовать специальный держатель и эталонную жидкость (водой, этанолом или другой по выбору пользователя).

Цифровой плотномер, который также называют измерителем удельного веса или денситометром, доступен в настольном или портативном исполнении. Для быстрого и очень точного измерения плотности образца в нем используется технология определения частоты колебаний дугообразной трубки. Полая стеклянная трубка совершает свободные колебания с определенной частотой. При наполнении трубки ее собственная частота колебаний изменяется: чем больше масса образца, тем ниже частота колебаний. Измеренная частота пересчитывается в плотность. Стационарные цифровые измерители плотности оснащены термостатом с элементом Пельтье для контроля температуры образца.

Подробнее о цифровых плотномерах и их преимуществах по сравнению с ручными методами см. на странице Сравнение методов измерения.

Устройство плотномеров

Для быстрого определения плотности (ρ) различных веществ, жидкостей и газов, применяются специальные приборы — плотномеры. Измерение этого физического параметра необходимо для контроля качества. В этой статье мы рассмотрим типы, особенности, устройство плотномера, а также критерии выбора.

Сферы применения

Приборы для измерения плотности широко применяются в ходе различных исследований, экспериментов, контроля качества на производстве или в естественной среде. Плотномеры используют в пищевой, нефтеперерабатывающей, химической, фармацевтической промышленности, а также в строительстве. Ими измеряют плотность:

нефтепродуктов: бензина, дизельного топлива, сырой нефти;
сжиженных газов;
грунта, почвы, глины;
вязких, очень вязких, агрессивных жидкостей.

С их помощью можно обнаружить наличие примесей в веществах, определить качество продукта, несущую способность грунта.

Плотномеры различаются по типу устройства, принципу действия, сфере применения. Есть:

Стационарные. Применяются в лабораториях и на производствах, представляют собой компактный, но недостаточно мобильный прибор.
Портативные. Подходят для работы в полевых условиях — можно носить с собой, проводя измерения прямо на месте.

В зависимости от принципа действия, плотномеры могут быть:

Поплавковыми (ареометрическими). Принцип вычисления основывается на законе Архимеда, согласно которому на погружаемый прибор действует выталкивающая сила, пропорциональная весу объёма вытесненного вещества. С их помощью измеряют плотность газов, жидкостей, процент содержания растворённых веществ в различных растворах, состоящих из двух компонентов. В измерениях наблюдается погрешность в 0,2-2% от общего диапазона ρ.

Рис.1. Схемы поплавковых плотномеров

Поплавок;
Стержень;
Емкость;
Преобразователь линейных перемещений.

Поплавковые плотномеры таких конструкции измеряют плотность от 0,5 до 1,2 г/см 3 .

Массовыми. В основе действия лежит принцип непрерывного взвешивания, то есть прямая зависимость гидростатического давления от высоты уровня и плотности. Используются для оценки плотности суспензий, вязких жидкостей. Погрешность — от 0,5 до 1%.

Рис.2. Схема весового плотномера.

Концы U-образной трубки;
Cильфоны;
Силовой преобразователь;
Вторичный прибор.

Весовые плотномеры такой конструкции измеряют плотность от 0,5–2,5 г/см 3 .

Радиоизотопными. Суть этого типа приборов заключается в перемене интенсивности пучка у-лучей после его прохождения через измеряемую среду. Их используют для вычисления плотности жидкостей, растворов, пульп, эмульсий, глубоких слоёв почвы, грунта. Погрешность не превышает 2%.

Рис.3. Схема и внешний вид радиоизотопного плотномера

Источник излучения;
Приемник излучения;
Вторичный прибор.

Вибрационными. Действие базируется на связи между частотным показателем резонансных колебаний с ρ измеряемого вещества. С их помощью можно контролировать плотность жидкостей и газов, находящихся в трубопроводах или резервуарах. Разница между показанием устройства и истинным значением составляет около (1—2) х 10 -4 г/см 3 .

Рис.4. Схема и внешний вид проточного вибрационного плотномера жидкостей.

Трубка;
Паралельная трубка;
Сильфон;
Катушка возбуждения;
Измерительная катушка;
Электронный усилитель;
Вторичный измерительный прибор.

Диапазон измерений данного плотномера 0,69–1,05 г/см 3 .

Ультразвуковыми. Измерение осуществляется на основе существующей зависимости между скоростью распространения ультразвука в среде от ее плотности. Такие плотномеры позволяют в реальном времени контролировать сдвиг показателя в различных жидкостях, растворах. Погрешность — не более 5%.

По сфере применения плотномеры делятся на лабораторные и промышленные.

Лабораторный тип приборов разделяется ещё на несколько видов:
- ареометры (постоянной массы или постоянного объёма) — для измерения ρ твёрдых тел, процентного содержания веществ в растворах;
- пикнометры — позволяют измерять показатель плотности веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях;
- гидростатические весы (Мора-Вестфаля) — для жидкостей и твёрдых тел.
Устройство

Устройство плотномеров напрямую зависит от их принципа действия, поскольку каждый прибор состоит из разных рабочих элементов. Например:
- Поплавковые делятся на два вида: плавающие и погружённые. Конструкция плавающих представляет собой два сосуда (основной и переливной), поплавок, сердечник, катушку, три трубы, термометр сопротивления, индукционный мост. Погружённый — это камера, поплавок, уплотнительный сифон, противовес, коромысло, ролик, рычаг, мембранная коробка, заслонка, сопло. Также в составе обеих конструкций присутствует вторичный прибор.
- Массовые установки состоят из U-образной трубки, тяги, патрубков соединения, рычага, противовеса, сильфона, трубки подачи воздуха, заслонки, сопла, пневматического преобразователя.
- Радиоизотопные плотномеры — это два излучателя (основной и дополнительный), два приёмника излучения, сосуд с жидкостью, электроусилитель, пара электронных преобразователей, компенсирующий клин, реверсивный электрический двигатель, передатчик индукции, вторичный прибор.
- Вибрационный измеритель оснащён чувствительным элементом — отполированной изнутри металлической трубкой. В ней же расположено электронное устройство.
- Ультразвуковой прибор представляет собой электроакустическую замкнутую систему, в которую входят два пьезоэлектрических элемента, промежуточный усилитель электросигнала, детектор, каскад запуска, два генератора, блок измерения и усилитель мощности.
Принцип действия плотномеров, как и их устройство, связан с видом прибора. Снова рассмотрим основные из них:
- Поплавковые. Устройство с плавающим поплавком определяет плотность вещества, опираясь на глубину погружения, которая обратно пропорциональна показателям испытуемой жидкости. В случае с погруженным поплавком плотность вещества прямо пропорциональна его массе. При измерении ρ газов шар непрерывно взвешивают с азотом в камере, заполненной этим газом. Мерой здесь является угол наклона коромысла, который отображается на измерительной шкале.
- Массовые. При неизменном объёме масса жидкости прямо пропорциональна её плотности. Пневматический преобразователь перемещает контролируемую жидкость через трубку, связанную с заслонкой. Вторичный прибор определяет уровень воздушного давления в сильфоне, которое меняется пропорционально показателю ρ.
- Радиоизотопные. Ионизирующие лучи после прохождения через исследуемую среду меняют интенсивность в зависимости от её плотности. Излучение попадает в приёмник, который тут же образует сигнал. Этот сигнал проходит ещё через несколько ступеней, затрагивая реверсивный электродвигатель. Двигатель перемещает клин. Величина его перемещения отображает изменения ρ вещества.
- Вибрационные. Чувствительный элемент, а именно металлическая трубка, помещённая в изучаемую среду, с помощью электронного устройства колеблется в потоке. Плотность определяется на основе частоты колебаний.
- Ультразвуковые. Удельное акустическое сопротивление (УАС) пропорционально показателю ρ. С помощью возбуждаемого на резонансных частотах пьезоэлектрического преобразователя, акустически контактирующего с изучаемой средой, получают выходной сигнал напряжения, который является показателем УАС, а значит и мерой плотности.
Современные плотномеры оснащены микропроцессорами, вычислительными блоками. Они могут сохранять результаты тысяч предыдущих исследований, подключаются к компьютеру через программное обеспечение. Приборы способны автоматически корректировать параметры в зависимости от внешних условий. Это позволило создавать универсальные модели, подходящие для любых отраслей.

Критерии выбора

Основным критерием при выборе плотномера является область применения. Как именно будет использоваться прибор: в лабораторных или полевых условиях? У каждого из этих типов есть свои преимущества.
- Лабораторные (модульные) системы. Можно выбирать конфигурацию для проведения различных анализов, либо приобрести базовую, постепенно её модернизируя. Комбинация нескольких видов плотномеров в одном корпусе даёт возможность проводить сложные исследования. Кроме того, такие приборы отличаются высокой точностью показателей, гибкостью настройки параметров, простым управлением.
- Портативные плотномеры. Подходят как для выездных работ, так и для применения в лабораториях. Они не так точны, как модульные системы, но помогают быстро получить предварительные результаты. Просты в обслуживании, достаточно функциональны. Кроме того, они стоят меньше, чем лабораторные.
Плотномеры, представленные в нашей компании

В компании «МИЛЛАБ» вы можете купить лабораторные и портативные плотномеры от швейцарского производителя Mettler Toledo. Оборудование отличается высокой точностью, эффективностью, надёжностью. Модели различаются по повторяемости, уровням точности, диапазону регулирования температуры. Есть серия модульных измерителей Excellence, в которую входят приборы D4, D5, D6. А также серия Easy с моделями D30 и D40. Среди портативных плотномеров — Densito и DensitoPro.

Как купить

Компания «МИЛЛАБ» является официальным дистрибьютором качественного лабораторного оборудования с 1996 года. Мы обеспечиваем клиентов устройствами и расходными материалами для решения задач различной сложности, предоставляем сервисную поддержку.

Читайте также: