Qu'est-ce qu'un densimètre électronique et comment fonctionne-t-il ?

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1. Qu'est-ce qu'un densimètre numérique ?
2. Comment fonctionne un densimètre numérique ?
3. Quels instruments permettent de mesurer la masse volumique de liquides ?
4. Quelle est la masse volumique de l'air ?
5. Quelle est la masse volumique de l'eau ?
6. Quelle est la quantité d'échantillon requise pour une mesure de masse volumique ?
7. Combien de temps prend une mesure d'échantillon avec un densimètre numérique ?
8. Comment effectuer le réglage d'un densimètre numérique ?
9. Quels types d'échantillons peuvent être mesurés à l'aide d'un densimètre numérique ?
10. Quelle est l'influence de la viscosité sur les mesures de la masse volumique ?

Qu'est-ce qu'un densimètre électronique ?

Un densimetre électronique s'appuie sur la technologie de tube oscillant pour mesurer la masse volumique ou les valeurs connexes d'un échantillon liquide. La mesure est effectuée numériquement, ce qui réduit considérablement l'influence de l'opérateur. Les densimètres peuvent offrir une précision de 0,000005 g/cm3, avec un faible volume d'échantillon (environ 3 mL) et des temps de mesure courts (moins d'une minute).

Comment fonctionne un densimètre électronique ?

Les densimetres électroniques sont dotés d'un tube en U en verre transparent, qui effectue un mouvement d'oscillation. L'instrument mesure la fréquence d'oscillation du tube rempli d'échantillon. Cette fréquence varie en fonction de l'échantillon : plus la masse de l'échantillon est importante, plus la fréquence est élevée. La fréquence est mesurée, puis convertie en masse volumique. De plus, les densimètres numériques de paillasse intègrent un thermostat à effet Peltier afin de contrôler la température de l'échantillon.

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Quels instruments permettent de mesurer la masse volumique de liquides ?

La masse volumique d'une solution peut être mesurée de façon manuelle ou numérique. Pour obtenir des informations plus détaillées sur les mesures avec pycnomètres, hydromètres et densimètres électroniques, veuillez consulter notre guide 3 façons de mesurer la masse volumique.

Les méthodes manuelles, telles que l'utilisation de pycnomètres et d'hydromètres, sont des techniques largement répandues permettant de déterminer la masse volumique et d'autres valeurs associées, telles que la densité, le pourcentage d'alcool, la valeur BRIX ou API, le degré Baumé ou Plato, etc. Bien que ces méthodes soient bon marché et faciles à utiliser, elles requièrent une certaine expertise à chaque étape des protocoles expérimentaux manuels, ce qui influence souvent l'exactitude et la fiabilité des résultats.

Un pycnomètre est un bécher en verre d'un volume défini. Il est pesé à vide (M1), puis rempli avec l'échantillon et pesé à nouveau (M2). La différence entre M1 et M2 divisée par le volume du bécher correspond à la masse volumique de l'échantillon.

L'hydromètre est un corps en verre plongé dans l'échantillon. Après un bref délai d'équilibrage, il flotte à une certaine profondeur. Plus la masse volumique de l'échantillon est élevée, moins l'hydromètre s'enfonce. Le niveau d'équilibre indique la masse volumique.

Le kit de détermination de masse volumique est utilisé avec une balance. Un corps en verre de volume défini est pesé dans l'air (M1), plongé dans l'échantillon et à nouveau pesé (M2). La différence entre M1 et M2 (la poussée) divisée par le volume du corps en verre correspond à la masse volumique de l'échantillon. Un support spécial peut également être utilisé pour mesurer la masse volumique des solides, au moyen d'un liquide de référence (eau, éthanol ou défini par l'utilisateur).

Les densimetres électroniques sont disponibles en version portable ou paillasse. Ils s'appuient sur l'oscillation d'un tube pour mesurer rapidement et avec précision la masse volumique d'un échantillon. Un tube de verre creux vibre à une certaine fréquence. Cette fréquence varie en fonction de l'échantillon : plus la masse de l'échantillon est importante, plus la fréquence est élevée. La fréquence est mesurée, puis convertie en masse volumique. De plus, les densimètres numériques de paillasse intègrent un thermostat à effet Peltier afin de contrôler la température de l'échantillon.

Pour plus d'informations sur les densimètres numériques et leurs avantages par rapport aux méthodes manuelles, veuillez consultez notre Comparaison des différentes techniques de mesure.

Quelle est la masse volumique de l'air ?

La masse volumique de l'air est de 0,00120 g/cm3 à 20 °C et sous pression atmosphérique normale (101,325 kPa au niveau de la mer). Cette pression atmosphérique change avec les conditions climatiques (pression plus faible en cas de pluie ou de chute de neige) et avec l'altitude (pression plus faible en altitude qu'au niveau de la mer). Par exemple, à une altitude de 440 m au-dessus du niveau de la mer, la pression atmosphérique (moyenne annuelle) est de 96,12 kPa seulement et la masse volumique de l'air moyenne passe à 0,00114 g/cm3 à 20 °C.

Quelle est la masse volumique de l'eau ?

La masse volumique de l'eau est de 0,99820 g/cm3 à 20 °C. La masse volumique de l'eau change en fonction de la température. Elle augmente entre 0 et 4 °C (elle est alors proche de 1) puis baisse au-dessus de 4°C.

Quelle est la quantité d'échantillon requise pour une mesure de masse volumique ?

Généralement, les tubes en U en verre transparent qui servent de cellule de mesure dans les densimètres numériques ont une contenance de 1 mL environ. Pour faciliter l'analyse, nous recommandons un remplissage à la seringue avec un volume compris entre 3 et 5 mL, afin de remplir également le tube de vidange.

Combien de temps prend une mesure d'échantillon avec un densimetre electronique ?

Cela dépend fortement de la différence de température entre l'échantillon et la cellule de mesure, ainsi que du type d'échantillon. La précision de mesure requise est un autre critère important. Le temps de mesure peut prendre seulement quelques secondes avec un densimètre numérique portable sans contrôle de température, et entre 2 et 5 minutes avec un instrument de paillasse avec contrôle actif de la température.

Comment effectuer le réglage d'un densimètre électronique ?

Habituellement, les densimètres sont ajustés avec de l'air et de l'eau, à une température de mesure spécifique. Cette température est contrôlée par un thermostat Peltier, qui peut refroidir ou réchauffer la cellule de mesure à une température spécifique (p. ex. 20 °C). Tout d'abord, on mesure la fréquence de la cellule de mesure remplie d'air. Cette fréquence est ensuite associée à la masse volumique de l'air. Puis, la cellule de mesure est remplie d'eau et sa fréquence est une nouvelle fois mesurée. Cette fréquence est ensuite associée à la masse volumique de l'eau. Ce réglage en deux points peut aussi être fait avec de l'air et un étalon, ou avec deux étalons couvrant différentes plages de masse volumique.

Quels types d'échantillons peuvent être mesurés à l'aide d'un densimetre électronique ?

À l'origine, ces densimètres sont conçus pour mesurer des liquides homogènes. En réalité, ils peuvent mesurer de nombreux autres échantillons, avec de bons résultats. Si la viscosité de l'échantillon peut être abaissée à une valeur inférieure à 36 000 mPa*s en chauffant à la température de pompage (p. ex. paraffine), l'échantillon peut être mesuré de façon entièrement automatique avec une unité d'automatisation chauffante comme le SC1H ou le SC30H. Les échantillons plus visqueux peuvent être mesurés manuellement, s'ils peuvent être prélevés par une seringue sans emprisonner de bulle d'air, et si l'opérateur peut les presser à une vitesse contrôlée pour les faire passer dans un tube fin de 15 cm de long. Ces densimètres ne doivent pas être utilisés pour mesurer les échantillons qui détériorent le tube en U en verre de la cellule de mesure (p. ex. acide hydrofluorique, liquides ou pâtes utilisés pour dépolir le verre).

Quelle est l'influence de la viscosité sur les mesures de la masse volumique ?

La viscosité des échantillons a une influence sur la masse volumique mesurée à l'aide d'un densimètre numérique. Plus la force de cisaillement entre le liquide et le tube est forte, plus la fréquence d'oscillation baisse, indiquant une masse volumique moins élevée. Ainsi, les densimètres numériques modernes possèdent une fonction intégrée de correction de la viscosité, qui compense cet effet et permet d'obtenir des résultats corrects.