Методы измерения плотности веществ

Плотность – это отношение массы вещества к его объему.

,

где ρ – это плотность однородного вещества или средняя плотность неоднородного вещества;

m и V – масса и объем вещества.

Единица плотности в Международной системе СИ – это килограмм на кубический метр (кг/м ³). В качестве кратных и дольных единиц плотности используют:

мегаграмм на кубический метр (Мг/м³), килограмм на кубический дециметр (кг/дм³), грамм на кубический сантиметр (г/см³), грамм на кубический дециметр (г/дм³), грамм на литр (г/л) и грамм на миллилитр (г/мл). Единицы г/л и г/мл не применяют при точных измерениях.

Плотность жидкостей и твердых тел мало изменяется под действием внешнего давления.

Зависимость плотности от температуры при постоянном давлении выражается уравнением:

,

где ρ₁ и ρ₂ – соответственно плотность при температуре t₁ и t₂;

β – это средний коэффициент объемного теплового расширения в интервале от t₁ до t_{2 .}

В промышленности наибольшее распространение получили:

1) механические плотномеры (поплавковые, весовые, гидростатические);

2) рефрактометрические и поляризационные;

3) кондуктометрические;

4) радиоизотопные и ультразвуковые.

В поплавковых плотномерах непрерывное автоматическое из­ме­рение плотности жидких и газообразных веществ основано на изменении массы поплавка в зависимости от плотности среды, в которой он на­ходится (закон Архимеда).

Поплавковые плотномеры бывают двух типов:

1) с плавающим поплавком (ареометры постоянной массы);

2) с полностью погруженным поплавком (ареометры постоянного объема).

В приборах первого типа измеряется глубина погружения поплавка, обратно пропорциональная плотности жидкости. В приборах второго типа глубина погружения поплавка остается постоянной и измеряется действующая на него выталкивающая сила, пропорциональная плотности среды.

Весовые или пикнометрические (гравитационные) плотномеры основаны на непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества. При постоянном объеме масса вещества пропорциональна его плотности, поэтому прибор градуируют в единицах плотности. Основное применение весовые плотномеры нашли для измерения средней плотности суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, содержащих твердые вклю­чение. В жидкостных весовых плотномерах непрерывно измеряется вес U-образной трубки вместе с протекающей через нее жидкостью.

Вес трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, перекрывающую сопло 5, и через усилитель 3 в виде унифицированного пневматического сигнала на вторичный прибор. С помощь сильфона 4 осуществляется отрицательная обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующая измеряемой плотности жидкости. Установку настраи­вают таким образом, чтобы при отсутствии жидкости в трубке 1 показания вторичного прибора были равны нулю.

Гидростатические плотномеры основаны на том, что давление P в жидкости на глубине Н от поверхности определяется уравнением:

Р= ρ g H,

где ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

При неизменной высоте столба жидкости Н давление Р является мерой ее плотности.

Измерение давления столба жидкости производится различными ме­тодами. Наибольшее распространение получили мембранные, сильфонные и пьезометрические гидростатические плотномеры.