Каким прибором измеряют плотность

Ареометр (плотномер), весовые и ультразвуковые плотномеры

Приборы для измерения плотности жидких и сыпучих тел по принципу действия делятся на поплавковые, весовые, манометрические, звуковые и радиоизотопные.

Ареометр

Рассмотрим поплавковый плотномер (ареометр). В нем используется принцип плавающего поплавка. Схема плотномера, работающего по этому принципу, изображена на рис. 8.43, а. Жидкость по трубе 10 поступает в переливной сосуд 9, обеспечивающий постоянство напора. Далее по трубе 8 жидкость поступает в измерительную камеру 4, снабженную переливным устройством. Избыточная жидкость стекает по трубе 7. Измерение плотности жидкости вызывает перемещение по вертикали поплавка 5 и связанного с ним сердечника. Это перемещение измеряется с помощью индуктивного преобразователя 6, включенного в схему моста 1, и регистрируется на показывающем устройстве 2. Компенсация влияния температуры осуществляется терморезистором 3, включенным в измерительную схему моста. Наибольший ход поплавка – 200 мм.

Рис. 8.43. Методы и средства измерения плотности жидких тел: а – схема поплавкового плотномера (1 – мост; 2 – показывающее устройство; 3- терморезистор; 4 – измерительная камера; 5 – поплавок; 6 – индуктивный преобразователь; 7, 8 и 10 – труба; 9 – переливной сосуд); б – схема весового плотномера (7 – трубка; 2 – заслонка; 3 – сопло; 4 – пневмоусилитель; 5 – сильфон); в – манометрический метод измерения плотности (1 – уравнительный сосуд; 2 и 4- трубка; 3 – дифференциальный манометр); г – схема радиоизотопного плотномера <1 - компенсационный клин; 2 - диск; 3 - двигатель; 4 - источник излучения; 5- трубопровод; 6 - счетчик; 7- интегрирующее устройство; 8 - усилитель переменного тока; 9 - двигатель)

Весовые, или пикнометрические, методы основаны на том, что масса жидкости при неизменном ее объеме прямо пропорциональна плотности. Следовательно, при непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества, протекающего по трубопроводу, можно измерять его плотность.

Весовой плотномер

На рис. 8.43, б представлена схема весового плотномера. Чувствительным элементом прибора является U-образная трубка, масса которой вместе с протекающей через нее жидкостью непрерывно измеряется. Масса трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, прикрывающую сопло 3, и через пневмоусилитель 4 в виде унифицированного пневматического сигнала на прибор. При изменении плотности жидкости, протекающей по трубке, масса ее меняется и заслонка 2 приближается или отходит от сопла 3. В соответствии с изменением плотности измеряемой жидкости изменяется и давление воздуха на выходе пнев-моусилителя 4. С помощью сильфона 5 осуществляется обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующее измеряемой плотности жидкости.

Весовые плотномеры применяются для измерения плотности вязких жидкостей, суспензий и жидкостей, содержащих твердые включения. Возможно измерение и плотности газов.

Манометрические методы измерения плотности основаны на том, что давление жидкости р на глубине Н от поверхности равно массе столба жидкости при площади основания 10 -4

При неизменной высоте столба жидкости давление является мерой ее плотности. Измерение давления столба жидкости производится аналогично измерению уровня жидкости манометрическими уровнемерами (рис. 8.43, в) при условии постоянного уровня. Плюсовая камера дифференциального манометра 3 соединена трубкой 2 с уравнительным сосудом 1, а минусовая камера – с нижней частью водяного пространства резервуара трубкой 4. Уровень жидкости в сосуде 1 поддерживается постоянным и ее плотность можно определить по показаниям дифманометра.

Ультразвуковые плотномеры

В ультразвуковых плотномерах используется зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от ее плотности. Измеряя скорость распространения ультразвуковых колебаний, можно судить о ее плотности.

Радиоизотопные методы измерения плотности основаны на измерении поглощения γ-излучения радиоактивного источника при прохождении лучей через вещество, которое изменяется в зависимости от изменения его плотности.

Метод просвечивания γ-лучами находит широкое применение для определения плотности плит, бетонных блоков, грунтовых пульп и т. п.

Плотность

Плотность — это интенсивность распределения одной величины по другой.

Термин объединяет несколько различных понятий, таких как: плотность вещества; оптическая плотность; плотность населения; плотность застройки; плотность огня и многие другие. Рассмотрим два понятия, касающихся неразрушающего контроля.

1. Плотность вещества.

В физике плотностью вещества называют массу этого вещества, содержащуюся в единице объёма при нормальных условиях. Тела одинакового объёма, изготовленные из различных веществ, обладают различной массой, что и характеризует их плотность. К примеру, два куба одинаковых размеров, изготовленные из чугуна и алюминия, будут отличаться весом и плотностью.

Чтобы вычислить плотность какого-либо тела, нужно точно определить его массу и разделить её на точный объём этого тела.

кг/м 3
— Единицы измерения
плотности в международной
системе единиц (СИ)

г/см 3
— Единицы измерения
плотности в системе СГС

Выведем формулу вычисления плотности.

Для примера определим плотность бетона. Возьмём бетонный кубик весом 2,3 кг со стороной 10 см. Подсчитаем объём кубика.

Подставляем данные в формулу.

Получаем плотность 2 300 кг/м 3 .

Бетонный куб со стороной 10 см

График зависимости плотности воды от температуры

От чего зависит плотность вещества

Плотность вещества зависит от температуры. Так в подавляющем большинстве случаев при снижении температуры плотность увеличивается. Исключение составляют вода, чугун, бронза и некоторые другие вещества, которые в определённом температурном диапазоне проявляют себя иначе. Вода, например, имеет максимальную плотность при 4 °C . При повышении или понижении температуры плотность будет уменьшатся.

Плотность вещества меняется и при изменении его агрегатного состояния. Она скачкообразно растёт при переходе вещества из газообразного в жидкое состояние, и далее — в твёрдое. Здесь также есть исключения: плотность воды, висмута, кремния и некоторых других веществ снижается при затвердевании.

Чем измеряется плотность вещества

Для измерения плотности различных веществ применяются специальные приборы и приспособления. Так, плотность жидкостей и концентрация растворов измеряется различными ареометрами. Несколько разновидностей пикнометров предназначены для измерения плотности твёрдых тел, жидкостей и газов.

Металлический пикнометр

2. Оптическая плотность.

В физике оптической плотностью называют способность прозрачных материалов поглощать свет, а непрозрачных — отражать его. Это понятие в большинстве случаев характеризует степень ослабления светового излучения при прохождении его через слои и плёнки различных веществ.

Оптическую плотность принято выражать десятичным логарифмом отношения падающего на объект потока излучения к потоку, прошедшему через объект или отражённому от него:

Оптическая плотность=логарифм (поток излучения, падающий на объект где D – оптическая плотность; F – поток излучения, падающий на объект; F – поток излучения, прошедший через объект или отражённый от него).

В радиографическом методе контроля оптическая плотность является одним из основных параметров, определяющих пригодность снимков для их расшифровки. Допустимые значения этого параметра обусловлены требованиями ГОСТ 7512-82 (раздел 6 – расшифровка снимков).

Оптическая плотность измеряется в Беллах, сокращённое обозначение — «Б». Для измерения оптической плотности используется денситометр. Прибор сравнивает яркость негатоскопа и яркость точки на плёнке. По этим двум значениям прибор определяет оптическую плотность. Чем выше плотность, тем темнее изображение.

Денситометр ДП 5004

Контрактное производство

Косметических средств, БАД к пище, фасовка пищевой продукции.

• Вы здесь:
• Возможности
• Качество
• Методики и тесты
• Плотность. Понятия и методы ее измерения

Плотность. Понятия и методы ее измерения

Один из самых важных контролируемых показателей при производстве косметики и производстве БАД – плотность. В зависимости от производимого продукта специалисты компании «КоролёвФарм» используют несколько понятий и определений плотности.

Более чёткое определение понятия плотности требует уточнения формулировки этого термина:

• Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородных тел она имеет называние просто плотности тела.
• Плотность вещества — это плотность указанных тел, которые состоят из этого же вещества.
• Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (m), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (V), когда этот объём стремится к нулю, или, записывая кратко .

При таком предельном переходе необходимо учитывать, что на атомарном уровне любое тело является неоднородным, в связи с чем необходимо остановиться на том объёме, который применяется для соответствующей используемой физической модели.

• Насыпная плотность – под насыпной плотностью различных сыпучих материалов (сахар, лактоза, крахмал и т.д.) понимают количество этого порошка (сыпучего продукта), которое находится в свободно засыпанном состоянии в определённой единице объема.
• Относительная плотность – является отношением двух понятий, т.е. терминов, и может рассматриваться как отношение объёмной, то есть насыпной плотности, к истинной плотности.

Плотность продукции является важным параметром при изготовлении косметической продукции, так как она влияет на внешний вид продукта, его органолептические свойства, вес и стоимость готовой продукции. Очень важно учитывать плотность продукта при фасовке изготовленной продукции во флаконы, тубы, банки и так далее.

Например, плотность кремов – меньше единицы. Как правило, плотность крема находиться в пределах 0,96 – 0,98 г/см 3 . В соответствии с проведёнными испытаниями при плотности 0,96 и объеме 50 мл масса крема составит 48 г, а при плотности 0,98 масса увеличивается уже до 49 г.

Плотность шампуней, наоборот, больше или равна единице, она находиться в пределах 1,0 – 1,04 г/см 3 . Исследования показывают, что при плотности 1,0 и объеме 100 мл масса шампуня в упаковке составит 100 г, а при плотности 1,04 уже 104 г.

Как уже говорилось, плотность определяется как отношение массы тела к занимаемому объёму. Поэтому, числовые значения плотности вещества показывают массу принятой или указанной единицы объема этого вещества. Как видно из приведённого примера, плотность металла, в данном случае чугуна, 7 кг/дм 3 . Получается, что 1 дм 3 чугуна имеет массу 7 кг. Сравниваем плотность водопроводной воды – 1 кг/л. Из этого примера следует, что масса 1 л водопроводной воды равна 1 кг. Один и тот же объём разной субстанции или вещества имеют различный вес.
Известно, что при снижении температуры плотность тел увеличивается.

Существует два основных метода определения плотности вещества: ареометрический и пикнометрический. Для измерения плотности различных жидкостей используется ареометр, а для измерения плотности кремов, бальзамов, гелей, зубных паст используется пикнометр.

На основании измеренной плотности косметической продукции по согласованным на предприятии таблицам «Пределы допускаемых отклонений содержимого нетто от номинального количества» в соответствии с ГОСТ 8.579-2002 «Требования к количеству фасованных товаров в упаковке любого вида при их производстве, расфасовке, продаже и импорте» определяются пределы допустимых отклонений содержимого нетто продукта от номинального значения.

Ареометр — прибор, которым пользуются для измерения плотности различных жидкостей и жидких субстанций. Как правило, он представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой значительно расширена в диаметре. При калибровке расширенная часть заполняется дробью или ртутью, которые используются для достижения заданной массы. В верхней части ареометра находится проградуированная шкала в определенных соответствующих значениях плотности. Поскольку плотность жидкостей и жидких субстанций весьма значительно зависит от температуры, поэтому ареометр или снабжают термометром, или производят одновременное измерение температуры жидкости другим термометром.

Для проведения процедуры измерения плотности жидкой субстанции или жидкости чистый ареометр осторожно помещают в достаточного объема мерную мензурку с жидкостью, но таким образом, чтобы ареометр свободно плавал в ней. Значения плотности определяют по шкале ареометра находящейся на нижнем крае мениска жидкости.

В физике Ареометром называют прибор, служащий для определения значения плотности и, следовательно, определения удельного веса тел.

Историки науки считают, что ареометр как прибор для проведения измерений изобрела Гипатия – знаменитая женщина-ученый, астроном, математик и философ, глава Александрийской школы неоплатонизма. Благодаря её научной деятельности были изобретены или усовершенствованы и другие приборы: дистиллятор, астролябия и планисфера.

Устройство современных ареометров, как и ареометров, применяемых в древности, основано на известном гидростатическом законе – законе Архимеда, Как известно из школы младших классов, закон Архимеда гласит, что каждое тело плавает в жидкости и погружается настолько глубоко в нее, что вес вытесненной этим телом жидкости равен весу всего тела, плавающего в этой жидкости.

Интересные обстоятельства предшествовали открытию закона Архимеда, который прославил ученого на все времена. «Эврика!», – восклицает каждый, находя решение трудной задачи, а ведь этому предшествует целая история.

Архимед служил при дворе Гиерона II – тирана Сиракуз, который правил в 270-215 годах до нашей эры, а с 269 года до нашей эры носил титул царя. Гиерон слыл коварным, жадным и подозрительным правителем.

Он подозревал своих ювелиров в том, что при изготовлении золотых изделий они подмешивают в золото серебро или хуже того олово к благородному металлу, что и послужило причиной открытия одного из физических законов. Он поручил Архимеду изобличить мастеров-ювелиров, так как он был уверен, что при изготовлении для него короны ювелиры украли золото.

Для решения этой сложной задачи необходимо знать не только массу, но и определить объём изготовленной короны, а это было самым сложным, чтобы в дальнейшем вычислить плотность металла. Корона имеет сложную и неправильную геометрическую форму, определить её объём – очень не простая задача, над решением которой долгое время размышлял Архимед.

Решение было найдено Архимедом оригинальным способом, когда он погружался в ванну – уровень воды резко поднялся, после того когда он погрузился в воду. Тело учёного вытеснило равный ему объём воды. «Эврика!» – воскликнул Архимед и побежал во дворец, как утверждает легенда, не одевшись. Дальше всё было просто. Он погрузил корону в воду, измерил объём вытесненной жидкости и таким образом определил объём короны.

Благодаря этому Архимедом и был открыт принцип или, как его ещё называют, закон плавучести. Твердое тело, погружённое в жидкость, вытеснит объем жидкости, равный объему погруженного в жидкость тела. В воде может плавать любое тело, если его средняя плотность меньше плотности той жидкости, в которую его поместили.

Закон Архимеда гласит: на всякое тело, которое погружено в жидкость или в газ, действуют выталкивающие силы, направленные вверх и равные весу вытесненной им жидкости или газа.
До настоящего времени человечество успешно применяет знания, полученные от далёких предков во многих областях своей деятельности, в том числе и при производстве косметики.

Как уже говорилось, для измерения плотности используется также пикнометр. Измерение плотности с помощью пикнометра проводят следующим образом.

Перед испытанием необходимо промыть пикнометр последовательно растворителем для удаления следов испытуемого вещества, затем хромовой смесью, водой, спиртом, эфиром, затем высушить до постоянной массы и взвесить (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до четвертого десятичного знака).

Пикнометр заполняется с помощью воронки или пипетки дистиллированной водой немного выше метки, закрывается пробкой и помещается на 20 минут в термостат с температурой (20 ±0,1)°С.

При достижении температуры (20 ±0,1)°С, необходимо довести уровень воды в пикнометре до метки, быстро отбирая излишек воды при помощи пипетки или свернутой в трубку полоски фильтровальной бумаги или, добавляя водой до метки, закрыть пикнометр пробкой и поместить пикнометр в термостат с температурой (20 ±0,1) °С на 10 минут.

Вынуть пикнометр из термостата, взвесить, освободить от воды, высушить его и заполнить пикнометр испытуемой жидкостью и термостатировать.

Вычислите плотность ( ) в г/см 3 по формуле:

где : m₁ – масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г;
m – масса пустого пикнометра, г;
m₂ – масса пикнометра с водой, г;
А – поправка на аэростатические силы, вычисляется по формуле:

где : V – объем пикнометра, см 3 ;
0,0012 – плотность воздуха при 200С, г/см 3 ;
0,9982 – плотность воды при 200С, г/см 3 ;

На фирме «КоролевФарм» для измерения плотности косметических изделий, имеющих густую консистенцию (эмульсии, крем-гели, гели, бальзамы и т.п.), используется экспресс-метод. Суть его заключается в том, что для проведения испытаний используется калиброванный шприц.

Для определения плотности взвесьте пустой шприц (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до второго десятичного знака), наполните шприц дистиллированной водой до максимальной метки, затем тщательно вытрите поверхность шприца и произведите повторное взвешивание.

Объем (V) шприца определите по формуле:

где : m₁ – масса шприца с водой (г) , m – масса пустого шприца (г) , 0,9982 – плотность воды при 200С, г/см 3 ;

Снова взвесьте пустой шприц (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до второго десятичного знака), заполните шприц косметической массой до максимальной метки, не допуская попадания пузырьков воздуха.

Тщательно вытрите поверхность шприца и произведите его повторное взвешивание.

Плотность ( ) в г/см 3 вычислите по формуле:

Где, m₁ – масса шприца с косметическим средством (г) , m – масса пустого шприца (г) , V – объем шприца (см 3 )

За результат испытания принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных определений, расхождение между которыми не превышает 0,01 г/см 3 .
Этот метод позволяет быстро определить плотность изготовленного косметического продукта.

Прибор для измерения плотности. Вязкость и плотность жидкости

В заводских лабораториях, да и в домашних условиях порой приходится применять приборы для измерения плотности и вязкости жидкости. Эти показатели имеют существенное влияние на производственные процессы. Например, чтобы подобрать насос с определенной мощностью для перекачки нефтепродуктов, надо знать их вязкость. При бурении скважин может произойти авария, если не будет учтена соответствующая плотность бурового раствора.

Ареометр

Ареометр – это технический прибор для измерения плотности жидкости. Он состоит из стеклянной колбы, в которую помещается стеклянная трубка, имеющая бумажную градуированную шкалу. Колба запаяна с двух сторон, поэтому внутри нее находится вакуум.

В нижней части колбы закреплено балластное вещество, которое удерживает ее в вертикальном положении при погружении в жидкость. В качестве балласта обычно используют ртуть или свинец. Такой прибор для измерения плотности, как ареометр, работает по принципу, основанному на законе Архимеда. Сила выталкивания, которая действует на тело, погруженное в жидкость, равняется весу жидкости в объеме тела. Жидкое вещество, имеющее разную плотность, вытолкнет прибор на соответствующую величину, которая фиксируется на шкале прибора.

Как пользоваться ареометром

Прибор для измерения плотности используется не только для технических измерений, но и применяется для домашних нужд. Ареометром можно определить содержание спирта в вине или концентрацию сахара в сиропе.

Проверка плотности электролита

Многим автолюбителям знакома саморазрядка аккумулятора, когда электрическая цепь, идущая от генератора и обеспечивающая зарядку батареи, совершенно исправна. Проблема, скорей всего, скрывается в малой плотности электролита. Сделать проверку плотности вполне возможно и самостоятельно. Начинать проверку следует через шесть часов после того, как последний раз была заряжена батарея. Необходимо помнить о кислоте, содержащейся в банках батареи, поэтому работать нужно в перчатках. Перед проверкой следует открыть на банках заглушки, они заворачиваются или плотно вставляются в отверстия.

Прибор для измерения плотности электролита работает следующим образом:

1. Нажать на «грушу» и вытеснить воздух из колбы.
2. Вертикально опустить в электролит наконечник прибора.
3. Отпустить «грушу», жидкость поступит в ареометр, и поплавок остановится на определенном делении. Это и будет значение плотности электролита.
4. Сверить значение на приборе с данными техпаспорта или тестера.
5. При меньшем значении на ареометре, чем в техпаспорте, в банку надо доливать более насыщенный раствор электролита, пока показания прибора не увеличатся до необходимых параметров.
6. Закрыть заглушку.
7. Аккумулятор поставить на зарядку.

Все описанные действия повторить и со второй банкой аккумулятора. Следует отметить, что прибор для измерения плотности должен показывать одинаковые величины в обеих банках или разниться не более чем на 0,01. Плотность электролита всегда должна быть на определенном уровне.

Вязкость жидкости

В жидкости молекулы вещества перемещаются по отношению друг к другу под влиянием внешней среды. При перемещении между молекулами возникает трение, которое и называют вязкостью вещества. Она бывает двух типов: кинематическая и динамическая. Динамическая вязкость определяет, какова проточность жидкости при реальных условиях, а кинематическая дает возможность говорит о текучести жидкого вещества при различных температурах и давлении.

Какой взять вискозиметр для измерения вязкости жидкости и каким методом ее определять, зависит от того, какая нужна точность измерения и вид исследуемой жидкости. Правильно измерить плотность и вязкость жидкости – значит, произвести качественный продукт, предотвратить аварии на производстве.