مقياس الكثافة

تستخدم مقاييس الكثافة الرقمية (مقاييس الجاذبية النوعية) أنبوبًا زجاجيًا مجوفًا على شكل حرف U، والذي يُعرَّض للتذبذب. ويقاس تردد التذبذب الخاص بالأنبوب المملوء بالعينة. يتغير هذا التردد عند تعبئة الأنبوب بالعينة: كلما زادت كتلة العينة، قلّ التردد. يُقاس هذا التردد ويُحوَّل إلى كثافة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم أجهزة قياس الكثافة الرقمية ثرموستات بلتييه مدمجًا للتحكم في درجة حرارة العينة.

راجع هذا القسم للاطلاع على معلومات إضافية حول قياس الكثافة والتعريف والمعادلة والتأثيرات والمزيد.

يشير مقياس الجاذبية النوعية أو جهاز قياس الكثافة أو مقياس الكثافة إلى نفس الأداة. ولكن تُستخدم مصطلحات مختلفة حسب البلد أو المنطقة التي يتم استخدام الجهاز فيها. تستخدم هذه الأداة تقنية الأنبوب على شكل حرف U المتذبذب لقياس الجاذبية النوعية أو الكثافة أو القيم ذات الصلة في العينات السائلة. يتم إجراء هذا القياس أتوماتيكيًا، مما يقلل من تأثير المشغل ويحسن قابلية التكرار.

يمكن قياس كثافة محلول ما يدويًا أو رقميًا. للاطلاع على معلومات أكثر تفصيلًا حول كيفية قياس الكثافة باستخدام دورق قياس الكثافة والهيدرومتر وأجهزة قياس الكثافة الرقمية، اطلع على الدليل 3 طرق لقياس الكثافة.

تُستخدم الطرق اليدوية مثل دوارق قياس الكثافة والهيدروميتر على نطاق واسع لقياس الكثافة والقيم ذات الصلة، مثل الجاذبية النوعية ونسبة الكحول وBRIX ودرجات API وBaumé وPlato، إلخ. وعلى الرغم من أن هذه الطرق سهلة الاستخدام وغير مكلفة إلى حد كبير، إلا أنها تتطلب خبرة في كل خطوة من خطوات بروتوكولات التشغيل اليدوي، والتي غالبًا ما تؤثر على دقة النتائج وموثوقيتها.

دورق قياس الكثافة عبارة عن دورق زجاجي بحجم محدد. يتم وزنه دون عينة (M1)، ثم تتم تعبئته بالعينة ووزنه مرة أخرى (M2). ويكون ناتج قسمة الفرق بين M1 وM2 على حجم الجسم الزجاجي هو كثافة العينة.

الهيدروميتر هو جسم زجاجي يتم غمسه في العينة. وبعد وقت الموازنة القصير، سيطفو حتى مستوى معين. كلما زادت كثافة العينة، قل طفو الهيدروميتر. ومستوى الموازنة يقرأ الكثافة.

يُستخدم طقم قياس الكثافة مع ميزان. يُوزن جسم زجاجي ذو حجم محدد في الهواء (M1)، ثم يُغمس في العينة ويُوزن مرة أخرى في العينة (M2). ويكون ناتج قسمة الفرق بين M1 وM2 (الطفوية) على حجم الجسم الزجاجي هو كثافة العينة. كما يمكن أيضًا استخدام حامل خاص لقياس كثافة المواد الصلبة باستخدام سائل مرجعي (الماء أو الإيثانول أو حسبما يحدده المستخدم).

مقاييس الكثافة الرقمية، تُعرف أيضًا بمقاييس الجاذبية النوعية أو أجهزة قياس الكثافة، وهي متوفرة كأجهزة موضوعة على الطاولة أو محمولة باليد. وتستخدم تقنية التذبذب الأنبوبي لقياس كثافة العينة في إطار زمني قصير بدقة شديدة. يهتز أنبوب زجاجي فارغ بتردد معين. يتغير هذا التردد عند تعبئة الأنبوب بالعينة: كلما زادت كتلة العينة، قلّ التردد. يُقاس هذا التردد ويُحوَّل إلى كثافة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم أجهزة قياس الكثافة الرقمية ثرموستات بلتييه مدمجًا للتحكم في درجة حرارة العينة.

للاطلاع على مزيد من المعلومات حول أجهزة مقاييس الكثافة الرقمية وكيفية مقارنتها بالطرق اليدوية، تفضل بالاطلاع على مقارنة تقنيات القياس المختلفة.

الحجم النموذجي للأنبوب الزجاجي المجوف على شكل حرف U المستخدم كخلية قياس في مقياس الكثافة الرقمي هو 1 مل تقريبًا. يوصى بملء حجم أكبر بدون مشاكل. يوصى عادةً باستخدام 3 مل إلى 5 مل عبر إبرة حقن لملء جزء من أنبوب التصريف أيضًا بالعينة.

وهذا يعتمد على اختلاف درجة الحرارة بين العينة وخلية القياس ونوع العينة. ويعتمد على الدقة المطلوبة للقياس. يتراوح زمن القياس عادةً من عدة ثوانٍ باستخدام مقياس كثافة رقمي محمول دون التحكم في درجة الحرارة إلى 2 إلى 5 دقائق باستخدام جهاز يوضع على الطاولة مع التحكم في درجة الحرارة النشط.

عادةً ما تُضبط مقاييس الكثافة، المعروفة أيضًا بأجهزة قياس الكثافة أو مقاييس الجاذبية النوعية، بالهواء والماء عند درجة قياس محددة. يتم التحكم في درجة الحرارة هذه باستخدام عنصر بلتييه، والذي يمكنه خفض أو رفع حرارة خلية القياس حتى درجة حرارة معينة (مثل 20 درجة مئوية). أولًا، يقاس تردد خلية القياس المملوء بالهواء. ويعين هذا التردد لقيمة كثافة الهواء. ثم تملأ خلية القياس بالماء ويقاس تردد خلية القياس المملوءة بالماء. ويعين هذا التردد الثاني لقيمة كثافة الماء. ويمكن إجراء هذا الضبط ثنائي النقاط باستخدام الهواء ومعيار واحد، أو باستخدام معيارين يغطيان نطاقات الكثافة المختلفة.

تعرف على المزيد حول كيفية ضبط مقياس الكثافة الرقمي.

صممت مقاييس الكثافة هذه في الأصل لغرض قياس السوائل المتجانسة بشكل أساسي. ومن الناحية العملية، يقاس العديد من السوائل الأخرى أيضًا بنجاح جيد. إذا كان من الممكن خفض لزوجة العينة إلى أقل من 36000 مللي باسكال* عن طريق التسخين عند درجة حرارة الضخ (مثل البارافين)، فيمكن حتى قياس الكثافة تلقائيًا باستخدام وحدة تشغيل تلقائي مسخنة مثل SC1H أو SC30H. يمكن قياس العينات الأعلى لزوجة يدويًا، في حالة تعبئتها في إبرة حقن دون حبس جيوب هوائية وإذا تمكن المشغل بعد ذلك من ضغط هذه العينات للخارج عند سرعة مراقبة عبر أنبوب ضيق يبلغ طوله حوالي 15 سم. لا تقاس العينات التي تهاجم الأنبوب الزجاجي على شكل حرف U بخلية القياس (مثل حمض الهيدروفلوريك أو السوائل أو المعجون المستخدم في زجاج النقش) باستخدام أجهزة قياس الكثافة هذه.