Co je digitální hustoměr a jak funguje?

Vyberte dotaz

1. Co je digitální hustoměr?
2. Jak funguje digitální hustoměr?
3. Jaké přístroje se používají k měření hustoty kapalin?
4. Jaká je hustota vzduchu?
5. Jaká je hustota vody?
6. Jaký objem vzorku vyžaduje digitální hustoměr?
7. Kolik času vyžaduje digitální hustoměr k měření vzorku?
8. Jakým způsobem probíhá justování digitálního hustoměru?
9. Jaké vzorky lze s digitálními hustoměry měřit?
10. Jaký je vliv viskozity na digitální měření hustoty?

Co je digitální hustoměr?

Digitální hustoměr (neboli denzimetr) využívá k měření hustoty kapalných vzorků a s ní souvisejících hodnot technologii oscilační trubice. Toto měření se provádí digitálně, za výrazného snížení vlivu obsluhy. S malým objemem vzorku (cca 3ml) lze dosáhnout přesnosti až 0,000005 g/cm3 a velmi krátké doby měření (méně než jedna minuta).

Jak funguje digitální hustoměr?

Digitální hustoměry používají dutou skleněné trubici tvaru U, jež je vystavena oscilaci. Měří se oscilační frekvence trubice naplněné vzorkem. Při naplnění trubice vzorkem se frekvence kmitání změní: čím vyšší hmotnost vzorku, tím nižší frekvence kmitání. Tato frekvence se změří a převede na hodnotu hustoty. Stolní digitální hustoměry jsou navíc vybaveny Peltierovým termostatem, který zajišťuje řízení teploty.

Více se dozvíte v naší interaktivní animaci

Jaké přístroje se používají k měření hustoty kapalin?

Hustotu roztoku lze měřit manuálně nebo digitálně. Podrobné informace o měření hustoty pyknometry, hydrometry a digitálními hustoměry jsou uvedeny v našem průvodci 3 způsoby měření hustoty.

Manuální metody, jako jsou pyknometry a hydrometry, se v širokém měřítku používají ke stanovení hustoty a souvisejících hodnot, např. měrné hmotnosti, % alkoholu, BRIX°, stupňů API, Baumé, Plato atd. Přestože jsou tyto metody snadné a finančně nenáročné, vyžadují v každém kroku protokolu manuálního postupu značnou odbornost, což často ovlivňuje přesnost a spolehlivost výsledků.

Pyknometr je skleněná nádobka o definovaném objemu. Váží se bez vzorku (M1), poté je naplněn vzorkem a zváží se znovu (M2). Rozdíl mezi M1 a M2 dělený objemem skleněné nádoby představuje hustotu vzorku.

Hydrometr má skleněné tělo, které se ponoří do vzorku. Po krátké době ustavení rovnováhy se vznáší v určité úrovni. Čím vyšší je hustota vzorku, tím méně se hydrometr ponoří. Úroveň ustavení rovnováhy slouží k odečtu hustoty.

Společně s váhou se používá i sada pro stanovení hustoty. Skleněná nádoba definovaného objemu se zváží ve vzduchu (M1), ponoří se do vzorku a zváží se znovu ve vzorku (M2). Rozdíl mezi M1 a M2 (vztlak) děleno objem skleněné nádoby je hustota vzorku. Na měření hustoty pevných látek je rovněž možno použít speciální držák s využitím referenční kapaliny (voda, etanol nebo kapalina stanovená uživatelem).

Digitální hustoměry jsou k dispozici jako stolní i ruční přístroje. Využívají technologii oscilující trubice k velmi přesnému měření hustoty vzorku v krátkém čase. Dutá skleněná trubička vibruje při určité frekvenci. Při naplnění trubice vzorkem se frekvence kmitání změní: čím vyšší hmotnost vzorku, tím nižší frekvence kmitání. Tato frekvence se změří a převede na hodnotu hustoty. Stolní digitální hustoměry jsou navíc vybaveny Peltierovým termostatem, který zajišťuje řízení teploty.

Více informací o digitálních hustoměrech a jejich srovnání s manuálními metodami je k dispozici v našem dokumentu Porovnání různých technik měření

Jaká je hustota vzduchu?

Hodnota hustoty vzduchu je 0,00120 g/cm3 při 20 °C a za atmosférického tlaku 101,325 kPa ((tj.na hladině moře). Tento atmosférický tlak se mění s povětrnostními podmínkami (nižší tlak za deště nebo sněžení) a s nadmořskou výškou (nižší tlak ve vyšší nadmořské výšce než na hladině moře). Například ve výšce 440 m nad mořem je atmosférický tlak (roční průměr) pouze 96,12 kPa a průměrná hustota vzduchu 0,00114 g/cm3 při 20 °C.

Jaká je hustota vody?

Hustota vody činí 0,99820 g/cm3 při 20 °C. Hustota vody se mění s teplotou, její hodnota stoupá v rozsahu 0 °C až 4 °C (kde je téměř rovna 1) a poté od 4 °C směrem k vyšším teplotám klesá.

Jaký objem vzorku vyžaduje digitální hustoměr?

Typický objem duté skleněné U-trubice používané jako měřicí cela v digitálním hustoměru je přibližně 1 ml. Pro zajištění bezproblémového plnění se doporučuje použití většího objemu, zpravidla pomocí stříkačky 3 ml až 5 ml, aby se zajistilo i částečné zaplnění odpadní hadičky vzorkem.

Kolik času vyžaduje digitální hustoměr k měření vzorku?

Doba měření do značné míry závisí na teplotním rozdílu mezi vzorkem a měřicí celou a současně i na typu vzorku. Závisí také na požadované přesnosti měření. Doba měření se může pohybovat zpravidla v rozsahu několika sekund s přenosným digitálním hustoměrem bez řízení teploty až po 2–5 minut v případě stolního přístroje s aktivním řízením teploty.

Jakým způsobem probíhá justování digitálního hustoměru?

Obvykle se hustoměry justují na vzduch a vodu, a to při specifické teplotě měření. Tato teplota je řízená Peltierovým článkem, který dokáže měřicí celu chladit a ohřívat na specifickou teplotu (např. 20 °C). Nejprve se měří frekvence měřicí cely naplněné vzduchem. Tato první frekvence je přiřazena hodnotě hustoty vzduchu. Následně se měřicí cela naplní vodou a měří se frekvence měřicí cely naplněné vodou. Tato druhá frekvence je přiřazena hodnotě hustoty vody. Toto dvoubodové justování lze také provést se vzduchem a standardem, případně s použitím dvou standardů pokrývajících různé hustotní rozsahy.

Jaké vzorky lze s digitálními hustoměry měřit?

Tyto hustoměry jsou původně konstruované a určené k měření homogenních kapalin. Ve skutečnosti se stejně úspěšně používají i k měření mnoha dalších vzorků. Pokud lze viskozitu vzorku snížit na hodnotu pod 36 000 mPa*s ohříváním při teplotě čerpání (např. parafín), lze takové vzorky měřit automaticky pomocí automatické jednotky s ohřevem, jako je SC1H nebo SC30H. Vzorky s vyšší viskozitou lze měřit manuálně, pokud je lze naplnit do stříkačky bez výskytu vzduchových bublinek, a pokud obsluha dokáže tyto vzorky následně vytlačit řízenou rychlostí úzkou, asi 15 cm dlouhou trubicí. Vzorky agresivní vůči skleněné U-trubici měřicí cely (např. kyselina fluorovodíková, kapaliny nebo pasty používané k leptání skla) by s využitím těchto hustoměrů neměly být měřeny.

Jaký je vliv viskozity na digitální měření hustoty?

Měření hustoty v digitálních hustoměrech ovlivňuje viskozita vzorků. Vyšší smyková síla, jež vzniká mezi kapalinou a stěnou trubice, má za následek snížení frekvence oscilace, a tedy i zobrazení vyšší hodnoty hustoty. Moderní digitální hustoměry jsou proto vybavený korekcí viskozity, jež tento jev kompenzuje a zajišťuje zobrazení správných výsledků.