Was ist ein digitales Dichtemessgerät und wie funktioniert es?

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1. Was ist ein digitales Dichtemessgerät?
2. Wie funktioniert ein digitales Dichtemessgerät?
3. Welche Instrumente werden zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten verwendet?
4. Was ist die Dichte von Luft?
5. Was ist die Dichte von Wasser?
6. Wie viel Probenvolumen benötigt man für ein digitales Dichtemessgerät?
7. Wie viel Zeit benötigt man zur Messung einer Probe mit einem digitalen Dichtemessgerät?
8. Wie justiert man ein digitales Dichtemessgerät?
9. Welche Proben können mit digitalen Dichtemessgeräten gemessen werden?
10. Welchen Einfluss hat die Viskosität auf die digitale Dichtemessung?

Was ist ein digitales Dichtemessgerät?

Ein digitales Dichtemessgerät nutzt die Biegeschwinger-Methode, um die Dichte oder verwandte Werte einer flüssigen Probe zu messen. Diese Messung erfolgt digital, wodurch Bedienereingriffe erheblich reduziert werden. Bei geringem Probenvolumen (ca. 3 mL) und kurzer Messzeit (weniger als eine Minute) kann eine Genauigkeit von bis zu 0,000005 g/cm3 erreicht werden.

Wie funktioniert ein digitales Dichtemessgerät?

Digitale Dichtemessgeräte nutzen ein U-förmiges Hohlglasrohr, das in Schwingung versetzt wird. Die Schwingungsfrequenz des mit der Probe gefüllten Rohrs wird gemessen. Diese Frequenz ändert sich, wenn das Rohr mit der Probe gefüllt wird: Je grösser die Masse der Probe, desto niedriger die Frequenz. Die Frequenz wird gemessen und in einen Dichtewert umgerechnet. In der Tischausführung verfügen digitale Dichtemessgeräte darüber hinaus über ein eingebautes Peltier-Thermostat zur Regelung der Probentemperatur.

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Welche Instrumente werden zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten verwendet?

Die Dichte einer Lösung kann manuell oder digital gemessen werden. Detaillierte Informationen zur Dichtemessung mit Pyknometern, Hydrometern und digitalen Dichtemessgeräten finden Sie in unserem Leitfaden 3 Möglichkeiten der Dichtemessung.

Manuelle Methoden wie Pyknometer und Hydrometer werden häufig zur Bestimmung der Dichte und verwandter Werte eingesetzt, z. B. spezifisches Gewicht, Alkoholgehalt, Brix, API-Grad, Baumé, Plato etc. Obwohl diese Methoden einfach und kostengünstig sind, ist bei jedem Schritt der manuellen Verfahren grosses Fachwissen erforderlich. Dadurch werden häufig die Genauigkeit sowie die Zuverlässigkeit der Resultate beeinträchtigt.

Ein Pyknometer ist ein Glasgefäss mit einem definierten Volumen. Das Gefäss wird ohne Probe (M1) gewogen, dann mit der Probe gefüllt und erneut gewogen (M2). Die Differenz zwischen M1 und M2 dividiert durch das Volumen des Gefässes ergibt die Dichte einer Probe.

Ein Hydrometer ist ein Glaskörper, der in die Probe getaucht wird. Nach einer kurzen Äquilibrierungszeit schwimmt der Körper in einer bestimmten Tiefe. Je höher die Dichte der Probe, desto niedriger ist die Eintauchtiefe des Hydrometers. Das Äquilibrierungslevel wird als Dichte angezeigt.

Das Dichte-Kit wird zusammen mit einer Waage verwendet. Ein Glaskörper mit einem definierten Volumen wird in Luft gewogen (M1), in die Probe eingetaucht und in der Probe erneut gewogen (M2). Die Differenz zwischen M1 und M2 (Auftrieb) dividiert durch das Volumen des Glaskörpers entspricht der Dichte der Probe. Es kann auch ein Spezialhalter verwendet werden, um die Dichte von Feststoffen mithilfe einer Referenzflüssigkeit (Wasser, Ethanol oder benutzerdefinierte Flüssigkeit) zu messen.

Digitale Dichtemessgeräte sind als Ausführung für den Tischbetrieb und als tragbare Variante erhältlich. Sie nutzen die Biegeschwinger-Methode, um die Dichte einer Probe in kurzer Zeit sehr genau zu messen. Ein Hohlglasrohr schwingt mit einer bestimmten Frequenz. Diese Frequenz ändert sich, wenn das Rohr mit der Probe gefüllt wird: Je grösser die Masse der Probe, desto niedriger die Frequenz. Die Frequenz wird gemessen und in Dichte umgerechnet. In der Tischausführung verfügen digitale Dichtemessgeräte darüber hinaus über ein eingebautes Peltier-Thermostat zur Regelung der Probentemperatur.

Weitere Informationen zu digitalen Dichtemessgeräten und einen Vergleich mit den manuellen Methoden finden Sie in unserem Vergleich der verschiedenen Messtechniken

Wie gross ist die Dichte von Luft?

Die Dichte von Luft beträgt bei 20 °C und einem Umgebungsdruck von 101,325 kPa (d. h. auf Meereshöhe) 0,00120 g/cm3. Der Umgebungsdruck ändert sich mit den Wetterbedingungen (niedrigerer Druck bei Regen oder Schnee) und mit der Höhe (niedrigerer Druck in Höhen über dem Meeresspiegel). Bei einer Höhe von z. B. 440 m über dem Meeresspiegel beträgt der Luftdruck (jährlicher Durchschnitt) nur 96,12 kPa und bei 20 °C beträgt die durchschnittliche Luftdichte 0,00114 g/cm3.

Wie gross ist die Dichte von Wasser?

Die Dichte von Wasser ist temperaturabhängig und beträgt bei 20° 0,99820 g/cm3. Im Bereich von 0 °C bis 4 °C steigt sie zunächst bis auf ca. 1 an und sinkt dann ab 4 °C mit steigenden Temparaturen ab.

Wie viel Probenvolumen benötigt man für ein digitales Dichtemessgerät?

Das typische Volumen des U-förmigen Hohlglasrohres, das als Messzelle in digitalen Dichtemessgeräten verwendet wird, liegt bei ca. 1 mL. Für eine problemlose Befüllung wird ein grösseres Volumen empfohlen. In der Regel werden bei der Befüllung mit einer Spritze 3 bis 5 mL verwendet, um auch einen Teil des Ablaufschlauchs mit der Probe zu füllen.

Wie viel Zeit benötigt man zur Messung einer Probe mit einem digitalen Dichtemessgerät?

Dies ist hauptsächlich vom Temperaturunterschied zwischen der Probe und der Messzelle sowie vom Probentyp abhängig. Auch die für die Messung erforderliche Genauigkeit spielt eine Rolle. Die Messzeit kann von einigen Sekunden mit einem tragbaren digitalen Dichtemessgerät ohne Temperaturregelung bis zu etwa 2 bis 5 Minuten mit einem Instrument für den Tischbetrieb mit aktiver Temperaturregelung reichen.

Wie justiert man ein digitales Dichtemessgerät?

Dichtemessgeräte werden normalerweise bei einer bestimmten Messtemperatur mit Luft und Wasser justiert. Diese Temperatur wird mit einem Peltier-Element geregelt, das die Messzelle auf eine bestimmte Temperatur (z. B. 20 °C) abkühlen oder aufheizen kann. Zunächst wird die Frequenz der mit Luft gefüllten Messzelle gemessen. Diese erste Frequenz wird dem Dichtewert von Luft zugeordnet. Danach wird die Messzelle mit Wasser gefüllt und die Frequenz der mit Wasser gefüllten Messzelle wird gemessen. Diese zweite Frequenz wird dem Dichtewert von Wasser zugeordnet. Diese Zweipunktjustierung kann auch mit Luft und einem Standard oder mit zwei Standards für unterschiedliche Dichtebereiche vorgenommen werden.

Welche Proben können mit digitalen Dichtemessgeräten gemessen werden?

Diese Dichtemessgeräte wurden ursprünglich für die Messung homogener Flüssigkeiten entwickelt. In der Realität werden aber auch viele andere Proben mit gutem Erfolg gemessen. Wenn die Probenviskosität durch Erhitzen auf Pumptemperatur auf unter 36 000 mPa*s gesenkt werden kann (z. B. Paraffin), können die Proben sogar vollautomatisch mit einer beheizten Automatisierungseinheit wie SC1H oder SC30H gemessen werden. Proben mit höherer Viskosität können manuell gemessen werden, wenn sie in eine Spritze gefüllt werden können, ohne Lufteinschlüsse zu hinterlassen. Eine weitere Voraussetzung ist, dass der Bediener die Proben mit kontrollierter Geschwindigkeit durch einen schmalen, ca. 15 cm langen Schlauch herausdrücken kann. Proben, die das U-Rohr der Messzelle angreifen (z. B. Flusssäure, Flüssigkeiten oder Pasten zum Ätzen von Glas), sollten mit diesen Dichtemessgeräten nicht gemessen werden.

Welchen Einfluss hat die Viskosität auf die digitale Dichtemessung?

Die Viskosität der Proben hat Einfluss auf die Dichte, die mit einem digitalen Dichtemessgerät gemessen wird. Die höhere Scherkraft, die zwischen der Flüssigkeit und der Wand auftritt, führt zu einer Verringerung der Schwingungsfrequenz und damit zu einem höheren Dichtewert. Moderne digitale Dichtemessgeräte verfügen daher über eine eingebaute Viskositätskorrektur. Damit wird dieser Effekt kompensiert und es werden korrekte Ergebnisse angezeigt.