Классификация приборов для измерения плотности жидкостей Плотность и методы ее определения. Плотность - физическая величина, определяемая для однородного вещества его массой в единице объема (величина, обратная удельному объему вещества); плотность неоднородного вещества - соотношение массы и объема, когда последний стягивается к точке, в которой измеряется плотность. Отношение плотностей двух веществ при определенных стандартных физических условиях называют относительной плотностью; для жидких и твердых веществ ее измеряют при температуре t, как правило, по отношению к плотности дистиллированной воды при 40C ( ), для газов - по отношению к плотности сухого воздуха или водорода при нормальных условиях (T= 273,15 К,p = 1,01 • 105 Па). Для сыпучих и пористых твердых веществ различают плотности истинную (масса единицы объема плотного материала, не содержащего пор), кажущуюся (масса единицы объема пористого материала из зерен или гранул) и насыпную (масса единицы объема слоя материала). Одной из важных характеристик кристаллических веществ служит рентгеновская плотность (определяют рентгенографически). Она представляет собой отношение массы атомов. находящихся в элементарной ячейке кристалла какого-либо вещества, к ее объему; выражается в обычных единицах плотности. Плотность веществ обычно уменьшается с ростом температуры (из-за теплового расширения тел) и увеличивается с повышением давления. При переходе из одного агрегатного состояния в другое плотность изменяется скачкообразно. Единицей плотности в Международной системе единиц служит кг/м3• на практике применяют также следующие единицы: г/см3, г/л, т/м3 и т.д. Диапазон значений плотности разных веществ и материалов (кг/м3) исключительно широк: для жидкостей-от 43,2 (водород при -2400C) до 13595 (ртуть), газов-от 0,0899 (водород) до 9,81 (радон), твердых тел-от 240 (пробка) до 22610 (осмий) и т.д. Совокупность методов измерения относит, плотности жидкостей и твердых тел наз. денсиметрией (от лат. densus-плотный, густой и греч. metreo- измеряю). Некоторые методы денсиметрии применимы также к газам. Иные методы определения их плотности основаны на связи ее с параметрами состояния веществ (напр., плотность идеальных газов может быть вычислена по уравнению Клапейрона-Менделеева) и с зависимостью от плотности протекающих в них процессов (см. ниже). При расчетах используют так называемую среднюю плотность тела, определяемую отношением его массы т к объему V, т.е. а также другими соотношениями. Выбор, классификация и применение плотномеровОсновные метрологические и эксплуатационные характеристики, определяющие выбор плотномера: точность, воспроизводимость, пределы, диапазоны и погрешности измерений, рабочие температуры и давления, характер и степень воздействия анализируемых веществ на конструкционные материалы и т. п. Стандартная температура, при которой посредством плотномера измеряют плотность веществ, равна 200C. Для приведения к плотности при этой температуре плотности, определенной при любой температуре t,используют формулу: где b-средний коэффициент объемного теплового расширения. Относительная плотность разных веществ при 20 0C и соответствующие температурные поправки находят в справочной литературе по таблицам или номограммам. Наиболее распространены ручные и автоматические плотномеры для жидкостей. По принципу действия они делятся на следующие основные группы: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые. Действие поплавковых, или ареометрических, плотномеров основано на законе Архимеда; погрешность приборов этой группы 0,2-2% от диапазона значений плотности, охватываемого шкалой прибора. Массовые плотномеры основаны на непрерывном взвешивании определенных объемов жидкости (пикнометрические, приборы для гидростатическом взвешивания, автоматические приборы) и имеют погрешность 0,5-1%. С помощью гидростатических плотномеров измеряют давление столба жидкости постоянной высоты; погрешность 2-4%. Действие радиоизотопных плотномеров основано на определении ослабления пучка g-излучения в результате его поглощения или рассеяния слоем жидкости; погрешность около 2%. Вибрационные плотномеры основаны на зависимости резонансной частоты колебаний, возбуждаемых в жидкости, от ее плотности; погрешность (1-2)• 10-4 г/см3. В ультразвуковых плотномерах используют зависимость скорости звука в среде от ее плотности; погрешность 2-5%. Существуют плотномеры, действие которых основано и на др. принципах. Относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при данной температуре. Поэтому по значениям плотности, измеренной посредством плотномеры, можно судить о наличии примесей в веществах и о концентрации растворов. Это позволяет широко применять плотномеры в науч. исследованиях и в разных отраслях народного хозяйства как средство для проведения различных анализов, для контроля технологических процессов и автоматизации управления ими, для правильной организации системы количественного учета материалов при их приемке, хранении и выдаче и т. д. В данной статье описаны важнейшие типы лабораторные и технологические плотномеры, используемых в химических и агрохимических лабораториях, хим. и смежных отраслях промышленности. Лабораторные плотномерыЭти приборы предназначены для ручного периодического измерения относительные плотности веществ главным образом ареометрами, пикнометрами и гидростатическими весами. Ареометры. В соответствии с законом Архимеда масса жидкости, вытесненная плавающим ареометром, равна его массе. Различают ареометры постоянной массы (наиболее распространены) и постоянного объема. К ареометрам постоянной массы относятся денсиметры (рис. 1,а), шкалы которых градуируются в единицах плотности, и приборы для определения концентраций растворов (шкалы градуируются в % по объему или по массе), имеющие спец. названия: лактомеры измеряют жирность молока, спиртомеры - содержание спирта в воде, сахаромеры содержание сахара в сиропах и т.д.
