Методы измерения плотности

     Перед погружением клеемера в испытуемый клеевой раствор необходимо удалить пленку с поверхности раствора.

     При измерении плотности жидкости для  анализа ее качества жидкость предварительно выдерживают в помещении до тех  пор, пока отклонение температуры жидкости от температуры окружающего воздуха составит не более ±3°С.

     Температура исследуемого клеевого раствора должна находиться в пределах 30–80°С.

     Плотность нефтепродукта для подсчета его  массы по объему рекомендуется измерять при температуре, отличающейся от температуры, при которой определяли объем, не более чем на ±10°С. Однако если температура жидкости, допустимая для измерений согласно этому требованию, в то же время отличается от температуры воздуха в лаборатории более чем на ±3°С то цилиндр с жидкостью следует поместить в термостат или водяную ванну для поддержания необходимой температуры.

     Непосредственно перед погружением ареометра  жидкость в цилиндре тщательно перемешивают стеклянной или металлической мешалкой, длина которой превышает высоту цилиндра. Стеклянная мешалка изготовляется из стеклянного прутка, конец которого загнут в плоскую спираль под прямым углом к прутку. Металлическая мешалка представляет собой круглую или серповидную пластинку, припаянную перпендикулярно к стержню. Мешалку следует 5–7 раз переместить вверх и вниз по всей высоте столба жидкости, не вынимая из жидкости, чтобы в нее не попадал воздух. Если в жидкости все же появились пузырьки воздуха, то к измерению можно приступать лишь после того, как они удалены.

     Затем, взявшись двумя пальцами за верхний  конец стержня, чистый сухой ареометр медленно и осторожно погружают (вертикально) в жидкость так, чтобы он не задевал стенок цилиндра. После того как ареометр погрузится в жидкость настолько, что штрих шкалы, соответствующий ожидаемой плотности, окажется на 3–5 мм выше уровня жидкости, ареометр перестают держать и дают ему возможность свободно опуститься под действием собственного веса; это необходимо для образования правильного мениска. Если ареометр отпустить преждевременно, то он начнет быстро погружаться в жидкость, может удариться о дно цилиндра и разбиться. Кроме того, вследствие глубокого погружения, вызванного движением ареометра по инерции, жидкость смочит стержень намного выше штриха, соответствующего ее плотности и показание прибора будет неправильным.

     Погруженный в жидкость ареометр должен плавать вертикально и свободно, не соприкасаясь со стенками цилиндра.

     Ареометр  следует выдержать в жидкости 3–4 мин, чтобы уравнялись их температуры. После полного успокоения ареометра снимают отсчет показания по шкале.

     Показание ареометра, как правило, отсчитывают на линии пересечения стержня нижним краем мениска (рисунок 2.5). Для этого необходимо смотреть на поверхность жидкости снизу вверх так, чтобы основание мениска имело форму вытянутого эллипса, а затем поднимать голову до тех пор, пока эллипс, постепенно суживаясь, не обратится в четкую прямую линию, пересекающую шкалу.

     У ареометров, предназначенных для  непрозрачных (мутных) жидкостей, показание  отсчитывают по верхнему краю мениска, о чем на шкале имеется соответствующая  надпись. В этом случае глаза наблюдателя должны находиться немного выше уровня жидкости. Место соприкосновения стержня с верхним краем мениска удобнее наблюдать по боковым, несколько затемненным частям мениска, так как их границы очерчены более резко.

     Если  ареометр плохо вымыт и, следовательно, плохо смачивается жидкостью, то контур мениска неровный или верхние его края располагаются на разной высоте; такой ареометр следует снова промыть. Иногда вследствие разного освещения один затемненный край мениска кажется более высоким, чем другой; отсчет следует проводить по более высокой стороне мениска.

     В случае совпадения наблюдаемой линии  мениска (по нижнему или верхнему краю его) с каким-либо штрихом шкалы записывают значение плотности, соответствующее этому штриху. Когда край мениска находится в промежутке между двумя штрихами шкалы, видимую часть деления, располагающуюся под наблюдаемой линией мениска (при отсчете по нижнему краю) или над ней (при отсчете по верхнему краю), оценивают на глаз путем сравнения с соседним полным делением и выражают в долях деления. Если эта доля равна или менее 0,25, ее не учитывают; если она равна или более 0,75, ее округляют до единицы; наконец, если она более 0,25, но менее 0,75, ее округляют до 0,5. Округленное таким образом значение видимой части деления выражают в единицах плотности, исходя из цены деления шкалы. Полученное число для ареометров, у которых показания по шкале возрастают сверху вниз, при отсчете по верхнему краю мениска добавляют к значению, соответствующему ближайшему штриху над мениском, а при отсчете по нижнему краю вычитают из значения, соответствующего ближайшему штриху под мениском. Для ареометров, показания которых убывают сверху вниз (спиртомеров), указанное число при отсчете по нижнему краю мениска прибавляют к значению, соответствующему ближайшему штриху под мениском.

     На  рисунке 2.9 приведены примеры отсчета показаний ареометров с учетом указанных выше правил округления.

     При измерении плотности одновременно определяют температуру жидкости, пользуясь термометром, встроенным в ареометр, или отдельным термометром с погрешностью показаний не более ±0,5°С. Для получения более точных результатов измерения, в особенности при работе с ареометрами, имеющими цену деления шкалы не более 0,001 г/см³ или 0,2% рекомендуется применять лабораторные термометры с ценой целения шкалы 0,1 или 0,2°С, погрешность показаний которых не превышает ±0,2°С.

     Когда диаметр цилиндра мал и не допускает  совместного погружения ареометра и термометра, температуру жидкости измеряют до и после погружения ареометра, принимая в расчет среднее из двух показаний термометра.

     После употребления ареометр и термометр  необходимо тщательно промыть в воде или в бензине (в зависимости от свойств испытуемой жидкости), насухо вытереть чистым полотенцем и уложить в футляры. Таким же образом промывают цилиндр и мешалку. Спиртомеры и применяемые с ними термометры по окончании измерений только протирают полотенцем.

     Так как в большинстве случаев  температура исследуемой жидкости отличается от нормальной температуры  ареометра, в показание прибора следует вводить поправку на температуру по формуле (2.13). Разность температур, начиная с которой практически целесообразно учитывать поправку, определяют для каждого конкретного случая в зависимости от соотношения между измеряемой плотностью, погрешностью показаний ареометра и значением поправки. Так, для нефтеденсиметров с ценой деления шкалы 0,0005 г/см³ поправку целесообразно вводить при разности температур примерно 15°С и более. 
 

     

 

     а – нефтеденсиметр, отсчет по верхнему краю мениска 0,7400+3·0,0005+0,5·0,0005=0,74175;

     б – денсиметр типа IIа, отсчет по нижнему краю мениска

     1,520+4·0,001–0,5·0,001 = 1,5235;

     в – сахаромер типа В, отсчет по верхнему краю мениска 5+3·0,2+0=5.6;

     г – спиртомер типа А, отсчет по нижнему краю мениска 16–4·0,1 + 1·0,1 = 15,7 

     Рисунок 2.9 – Примеры отсчета показаний рабочих ареометров (стрелка указывает направление возрастания числа на шкале) 

     Температурную поправку к показаниям клеемера определяют по специальной шкале, расположенной в верхней части стержня и охватывающей пределы от –7,5 до +2% по массе.

     При применении денсиметра плотность жидкости по его шкале определяют для той  температуры, которую имеет в  данный момент жидкость. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 Гидростатическое взвешивание 
 

     3.1 Определение плотности твердого тела 

     Для определения плотности твердое  тело взвешивают сначала в воздухе, а затем в жидкости, плотность  которой известна, и по полученным результатам измерения подсчитывают искомую плотность.

     Введем  следующие обозначения:

     m – масса тела, плотность которого определяют;

     v_t – его объем при температуре t;

     v_t1 – то же, при температуре t₁,

     m₁ – масса гирь, уравновешивающих тело в воздухе;

     v₁ – объем этих гирь;

     m₂ – масса гирь, уравновешивающих тело в жидкости;

     v₂ – объем этих гирь;

       – коэффициент объемного теплового расширения тела;

       – плотность жидкости, в которую погружается тело, при температуре t;

       – искомая плотность тела при температуре t;

     D – средняя плотность воздуха во время взвешивания тела в воздухе и в жидкости;

     D_m – плотность материала, из которого изготовлены гири;

     g – местное ускорение свободного падения.

     Учитывая  действие выталкивающих сил, приложенных к телу и к гирям, уравнения равновесия весов при взвешивании тела сначала в воздухе при температуре t₁, а затем в жидкости при температуре t можно записать в следующем виде:

       .                                         (3.1) 

     Заменяя v_l и v₂ соответственно на и и учитывая, что

     v_t1= v_t [1 + (t₁–t), получим

      .                                 (3.2) 

     Вычтем  из первого уравнения (3.2) второе и пренебрежем членом, содержащим произведение Dβ_T (ввиду его малости), тогда

     

,

     откуда  объем тела при температуре  t

      .                                           (3.3)

     Из  первого уравнения (3.2), отбрасывая малое слагаемое v_tDβ_T(t₁–t), найдем выражение для определения массы тела

      .                                           (3.4) 

     Искомая плотность тела при температуре t определится делением массы на объем при той же температуре. Разделив уравнение (3.4) на (3.3), получим

      .                                        (3.5)

     Из  формулы (3.5) видно, что для определения плотности тела при заданной температуре необходимо, чтобы жидкость, в которой проводится взвешивание, имела указанную температуру.

     При весьма точных измерениях плотность  воздуха, входящую в выражения (3.3)–(3.5), определяют по формуле

      г/см³,                             (3.6)

     где t – температура воздуха, °С;

           P – барометрическое давление, мм рт. ст.;

           h – упругость водяных паров, содержащихся в воздухе, мм рт. ст. (определяется при помощи психрометра).

     Обычно оказывается достаточным принимать плотность воздуха равной 0,0012 г/см³.

     В качестве жидкости, в которой взвешивают тело, используется дистиллированная вода, плотность которой хорошо изучена. 
 

     3.2 Определение плотности жидкости 

     Для определения плотности жидкости данным методом в этой жидкости взвешивают какое-либо тело, масса и объем которого известны. Обычно в качестве такого тела используют цилиндрический стеклянный поплавок, снабженный вверху крючком (петлей) для подвешивания к проволоке, соединенной с чашкой весов. Поплавок изготовляют из термометрического стекла с известным коэффициентом теплового расширения. Внутри поплавка, в нижней части, помещен балласт.