Методы измерения плотности

r>---
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Стеклянные ареометры 
 

     2.1 Классификация ареометров 

     Различают ареометры постоянного объема и  ареометры постоянной массы. Ареометр постоянного объема погружается в жидкость всегда на одну и ту же глубину, в то время как глубина погружения ареометра постоянной массы различна в зависимости от плотности испытуемой жидкости.

     Ареометр  постоянного объема состоит из полого продолговатого металлического или стеклянного корпуса цилиндрической формы, переходящего вверху в тонкий стержень, на конце которого имеется тарелка (чашка) для накладывания гирь. Для устойчивости корпус снабжен балластом. На стержне нанесена метка, до которой должен погружаться ареометр при определенной плотности жидкости и определенной массе гирь. О плотности исследуемой жидкости судят по массе гирь, снятых или добавленных для того, чтобы ареометр погрузился в данную жидкость до метки.

     Ареометры постоянной массы по своему назначению делятся на две группы:

• для измерения плотности жидкостей (называются денсиметрами); шкалы денсиметров градуированы в единицах плотности;
• для измерения концентрации растворов; шкалы этих ареометров градуированы в процентах по объему или массе.

     Денсиметры  подразделяются на:

1. денсиметры общего назначения, служащие для измерения 
   плотности различных жидкостей легче и тяжелее воды (водные 
   растворы кислот, солей, щелочей и др.);
2. нефтеденсиметры (для измерения плотности нефтепродуктов);
3. лактоденсиметры (для измерения плотности молока и сыворотки);
4. денсиметры для морской воды;
5. урометры (для измерения плотности мочи);
6. аккумуляторные денсиметры (для измерения плотности раствора электролита в аккумуляторах);
7. денсиметры АК (для жидкостей типа кислот).

     Ареометры постоянной массы бывают стеклянные и металлические. В большинстве случаев применяются стеклянные ареометры, обеспечивающие более высокую точность измерений, так как стекло обладает наилучшей смачиваемостью жидкостями, однако в ряде случаев незаменимыми оказываются металлические приборы. Так, для измерения плотности жидких металлов при высокой температуре используют металлические ареометры, изготовленные из стали с эмалевым покрытием или из вольфрамового сплава.

     Ареометры постоянной массы по их метрологическому назначению (т.е. по назначению в схеме передачи размера единицы плотности) делятся на эталонные, образцовые и рабочие.

     В различных отраслях промышленности и народного хозяйства непосредственно  для измерения плотности жидкостей  или концентрации растворов применяют рабочие ареометры. Образцовые ареометры служат для поверки рабочих ареометров, а эталонные – для поверки образцовых ареометров. 
 

     2.2 Устройство стеклянных ареометров 

     Ареометр  представляет собой симметричное относительно продольной оси удлиненное тело, состоящее из полого корпуса цилиндрической (рисунок 2.1, а) или веретенообразной (рисунок 2.1, б) формы и припаянного к нему в верхней части стержня. Стержень выполнен в виде тонкостенной цилиндрической трубки круглого сечения с запаянным концом. У образцовых ареометров и у спиртомеров с ценой деления шкалы 0,1 % допускается конусность стержня не более 0,0005, у остальных спиртомеров, лактоденсиметров и сахаромеров – не более 0,001.

     

 

     Рисунок 2.1 – Денсиметры общего назначения типа II (а) и типа III (б)

     

 

     Рисунок 2.2 – Денсиметр для морской воды 

     Нижняя часть ареометра заполнена балластом, который неподвижно закреплен при помощи связующего вещества (смолки, сургуча), размягчающегося при температуре не ниже 70°С (у клеемеров – не ниже 87°С). Балласт предназначен для понижения центра тяжести ареометра, чтобы последний при погружении в жидкость плавал в строго вертикальном положении и находился при этом в устойчивом равновесии.

     

 

     Рисунок 2.3 – Схема расположения резервуара термометра над балластом ареометра 

     Балластом служит мелкая дробь, металлическая высечка или ртуть, которые должны быть сухими и чистыми. Существуют также ареометры с обособленной балластной камерой, которая соединена с нижней частью корпуса (рисунок 2.2, 2.3).

     К внутренней поверхности стержня  ареометра прочно приклеена прозрачным клеем плотная бумажная полоска белого цвета, на которой нанесена шкала, соответствующая назначению ареометра.

     Цена  деления шкалы устанавливается  числовыми значениями следующего ряда:

1. у денсиметров – 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02 г/см³ (или единиц относительной плотности);
2. у ареометров для измерения концентрации – 0,1; 0,2; 0,5 и 1%.

     Ширина  штрихов шкалы не превышает 0,2 мм (у образцовых ареометров и у спиртомеров  с ценой деления шкалы 0,1% – не более 0,1 мм). Длина основных штрихов (т.е. штрихов, обозначенных цифрами) составляет не менее 1/4 длины окружности в поперечном сечении стержня, длина наименьших штрихов – не менее 1/8 длины окружности (для образцовых ареометров – соответственно 1/2 и 1/4 длины окружности).

     Расстояние  между соседними штрихами, как правило, не менее 0,75 мм. У денсиметров для морской воды, аккумуляторных денсиметров, урометров, спиртомеров, клеемеров и гидрометров это расстояние составляет не менее 1 мм, у сахаромеров – не менее 1,2 мм, у лактоденсиметров – не менее 1,5 мм, у денсиметров для определения плотности малых количеств жидкости – не менее 0,5 мм.

     Кроме крайних основных штрихов шкалы, которые соответствуют нижнему и верхнему пределам измерений данного ареометра, на каждом конце шкалы предусмотрено не менее двух дополнительных штрихов (см. рисунок 2.1, а) на расстоянии, соответствующем (для соседних штрихов) цене деления.

     Дополнительными штрихами можно пользоваться в том  случае, когда показание ареометра несколько выходит за пределы крайних основных штрихов.

     На  шкальной бумажной полоске или на отдельной полоске, помещенной внутри корпуса ареометра, имеются следующие  надписи и обозначения:

1. наименование (назначение) ареометра;
2. номер стандарта, которому соответствует ареометр;
3. температура, для которой градуирована ареометрическа шкала;
4. товарный знак или марка завода-изготовителя;
5. заводской номер ареометра;
6. надпись «Отсчет по верхнему краю мениска» у нефтеденсиметров, лактоденсиметров, денсиметров АК, рабочих клеемеров, сахаромеров и гидрометров.

     

 

     Рисунок 2.4 – Нефтеденсиметр типа А

     Некоторые типы рабочих ареометров, нефтеденсиметры, лактоденсиметры, сахаромеры, клеемеры, спиртомеры, гидрометры) изготовляют  со встроенным термометром (рисунок 2.4), позволяющим одновременно с плотностью (концентрацией) измерять и температуру жидкости. Жидкость, заполняющая резервуар термометра (ртуть, толуол), служит также частью балласта ареометра. Резервуар термометра может располагаться как под основным балластом, ареометра (см. рисунок 2.4), так и над ним (см. рисунок 2.3).

     Бумажная  полоска с нанесенной на ней термометрической шкалой помещается либо внутри корпуса ареометра (у нефтеденсиметров, спиртомеров, сахаромеров и гидрометров), либо в верхней (расширенной) части стержня (у лактоденсиметров и клеемеров, так как они предназначены для непрозрачных жидкостей).  
 

     2.3 Основные технические характеристики ареометров 

     Допускаемая погрешность показаний рабочих  ареометров не превышает цены деления  шкалы. В виде исключения у спиртомеров с ценой деления шкалы 1% и у гидрометров допускаемая погрешность не превышает половины цены деления, т.е. соответственно ±0,5 и ±1%.

     Цена  деления шкалы термометра, встроенного  в ареометр, как правило, 1°С. Исключение составляют гидрометры, у которых цена деления термометрической шкалы равна 2°С. Допускаемая погрешность термометра не превышает 0,5 цены деления шкалы.

     Денсиметры  общего назначения имеют основные технические характеристики, указанные в таблице 1.1.

     Нефтеденсиметры изготовляют двух типов (оба со встроенным термометром):

1. типа А (длина 470±30 мм) с ценой деления шкалы 0,0005 г/см³, пределами измерений плотности от 0,6500–0,7100 до 1,0100–1,0700 г/см³ (набор из семи приборов) и температуры от –20 до +45°С (см. рисунок 2.4);
2. типа Б (длина 280±20 мм) с ценой деления шкалы 0,001 г/см³, пределами измерений плотности от 0,670–0,750 до 0,990–1,070 г/см3 (набор из пяти приборов) и температуры от –20 до +35° С.

     Лактоденсиметры типа А (с термометром) имеют пределы измерений 1,015–1,040 г/см³ и цену деления шкалы 0,001 г/см³. Верхняя часть стержня расширена, и в ней помещена бумажная полоска с термометрической шкалой. Пределы измерений по термометрической шкале 0–35°С. Длина прибора 270±30 мм.

     Изготовляют также лактоденсиметры типа Б (без  термометра) с ценой деления шкалы 0,0005 г/см³ и пределами измерений 1,0200–1,0400 г/см³. Длина прибора 330±20 мм. 
 

Таблица 2.1 – Основные технические характеристики денсиметров общего назначения 

 

     Денсиметры  для морской воды (см. рисунок 2.2) выпускают поштучно или наборами. Цена деления шкалы (в единицах относительной плотности) 0,0001. Длина денсиметра 350_-40 мм. В большой набор входят семь денсиметров со следующими пределами измерений (в единицах относительной плотности):

1. 1,0000–1,0060;
2. 1,0050–1,0110;
3. 1,0100–1,0160;
4. 1,0150–1,0210;
5. 1,0200–1,0260;
6. 1,0250–1,0310;
7. 1,0300–1,0360.

     Малый, набор состоит из трех (а, б, в или  г, д, е) или двух (в, г) денсиметров. К каждому из указанных наборов прилагаются:

     1) денсиметр-искатель (длина 270_-20 мм) с пределами измерений 1,000–1,040 и ценой деления шкалы 0,001 единиц относительной плотности;

     2) термометр с пределами измерений  от –5 до +40°С и ценой деления 0,5°С (допускаемая погрешность – не более ±0,5°С);

     3) ареометрический стакан высотой  345_-10 мм и внутренним диаметром 65_-10 мм.

     Урометры  имеют цену деления шкалы 0,001 г/см³ и комплектуются в наборы из двух штук с пределами измерений соответственно 1,000–1,025 и 1,025–1,050 г/см³. Длина урометра 150±10 мм. К прибору прилагается цилиндр внутренним диаметром 21±1 мм и длиной 170±5 мм.

     Аккумуляторные  денсиметры выпускают двух типов:

     1) типа А (длина 110±5 мм) с ценой деления шкалы 0,01 г/см³ и пределами измерений 1,10–1,30 и 1,20–1,40 г/см³;

     2) типа Б (длина 120±5 мм) с ценой деления шкалы 0,005 г/см³ и пределами измерений 1,050–1,170; 1,160–1,280 и 1,280–1,400 г/см³.

     Денсиметр комплектуется со специальной стеклянной пипеткой, в которую его помещают при измерениях (электролит засасывается в пипетку при помощи резиновой груши). Корпус денсиметра снабжен вверху и внизу шипами, препятствующими прилипанию корпуса прибора к стенкам пипетки.

     Денсиметры  АК выпускают (поштучно или наборами) двух назначений:

• рабочий (длина 265_-10 мм) с ценой деления шкалы 0,0002 г/см³ и пределами измерений 1,5600–1,5800; 1,5800–1,6000 и 1.6000–1,6200 г/см³;
• искатель (длина 280⁺²⁰ мм) с ценой деления шкалы 0,001 г/см³ и пределами измерений 1,530–1,630 г/см³.