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.

Узнайте больше об измерении плотности, определениях, формулах, дополнительных факторах и т. д.

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.

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.

Как правило, объем дугообразной полой стеклянной трубки, используемой в цифровом плотномере, составляет около 1 мл. Если возникают трудности с заполнением, рекомендуется использовать трубку большего объема. Ее используют со шприцем от 3 до 5 мл, чтобы часть дренажной трубки также была заполнена образцом.

Это зависит от разности температур между образцом и измерительной ячейкой, а также от типа образца. Кроме того, время цикла зависит от требуемой точности. Обычно его длительность составляет от нескольких секунд при использовании портативного цифрового плотномера без регулирования температуры до 2–5 минут для настольного прибора с системой активного контроля температуры.

Обычно плотномеры (их также называют измерителями удельного веса) настраивают по воздуху и воде при заданной температуре измерения. Температура регулируется с помощью элемента Пельтье, который нагревает или охлаждает измерительную ячейку, поддерживая нужную температуру (например, 20 °C). Сначала измеряется частота колебаний измерительной ячейки, заполненной воздухом. Это значение частоты соответствует плотности воздуха. Затем измерительная ячейка заполняется водой, и снова измеряется частота колебаний. Второе значение частоты соответствует плотности воды. Для такой калибровки по двум точкам можно использовать воздух и эталонное вещество или два эталонных вещества — в зависимости от целевого диапазона плотности.

Узнайте больше о калибровке цифрового плотномера.

Цифровые измерители плотности рассчитаны на определение плотности однородных жидкостей, но и при анализе других образцов с их помощью можно достичь хороших результатов. Если вязкость образца (например, парафина) может быть снижена до уровня менее 36 000 мПа·с за счет нагрева до температуры подачи, то его плотность можно измерить, используя нагреваемый модуль автоматизации, такой как SC1H или SC30H. Плотность образца с более высокой вязкостью можно измерить вручную, если удается набрать его в шприц без пузырьков воздуха, а затем пропустить с контролируемой скоростью через узкую трубку длиной около 15 см. В измерителях плотности с дугообразной стеклянной ячейкой не следует анализировать образцы, разъедающие стекло (например, плавиковую кислоту, жидкости и пасты для травления).