ما المقصود بمقياس الكثافة الرقمي وكيف يعمل؟

اختر سؤالك

1. ما مقياس الكثافة الرقمي؟
2. كيف يعمل مقياس الكثافة الرقمي؟
3. ما الأجهزة المستخدمة لقياس كثافة السوائل؟
4. ما كثافة الهواء؟
5. ما كثافة الماء؟
6. ما حجم العينة الذي تحتاجه لمقياس الكثافة الرقمي؟
7. ما الوقت الذي تحتاجه لقياس عينة باستخدام مقياس الكثافة الرقمي؟
8. كيف يمكنك تعديل مقياس الكثافة الرقمي؟
9. ما أنواع العينات التي يمكن قياسها باستخدام أجهزة قياس الكثافة الرقمية؟
10. ما تأثير اللزوجة على قياس الكثافة الرقمي؟

ما مقياس الكثافة الرقمي؟

يستخدم مقياس الكثافة الرقمي (يسمى أيضًا مقياس الكثافة) تقنية التذبذب الأنبوبى لقياس الكثافة أو القيم ذات الصلة للعينة السائلة. ويتم هذا القياس بطريقة رقمية، مما يقلل بشدة من تأثير المشغل. يمكن الوصول إلى دقة تصل إلى 0.000005 جم/سم3 باستخدام حجم صغير من العينة (تقريبًا 3 مل) وزمن قياس قصير (أقل من دقيقة).

كيف يعمل مقياس الكثافة الرقمي؟

تستخدم أجهزة قياس الكثافة الرقمية أنبوبًا زجاجيًا مجوفًا على شكل حرف U، والذي يُعرَّض للتذبذب. ويقاس تردد التذبذب الخاص بالأنبوب المملوء بالعينة. يتغير هذا التردد عند تعبئة الأنبوب بالعينة: كلما زادت كتلة العينة، قلّ التردد. يُقاس هذا التردد ويُحوَّل إلى كثافة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم أجهزة قياس الكثافة الرقمية ثرموستات بلتييه مدمجًا للتحكم في درجة حرارة العينة.

تعرف على المزيد من خلال العرض التفاعلي للرسوم المتحركة

ما الأجهزة المستخدمة لقياس كثافة السوائل؟

يمكن قياس كثافة محلول ما يدويًا أو رقميًا. للاطلاع على معلومات أكثر تفصيلاً حول كيفية قياس الكثافة باستخدام دورق قياس الكثافة والهيدرومتر وأجهزة قياس الكثافة الرقمية، اطلع على الدليل 3 طرق لقياس الكثافة.

تُستخدم الطرق اليدوية مثل دوارق قياس الكثافة والهيدروميتر على نطاق واسع لقياس الكثافة والقيم ذات الصلة، مثل الجاذبية النوعية ونسبة الكحول وBRIX ودرجات API وBaumé وPlato، إلخ. وعلى الرغم من أن هذه الطرق سهلة الاستخدام وغير مكلفة إلى حد كبير، إلا أنها تتطلب خبرة في كل خطوة من خطوات بروتوكولات التشغيل اليدوي، والتي غالباً ما تؤثر على دقة النتائج وموثوقيتها.

دورق قياس الكثافة عبارة عن دورق زجاجي بحجم محدد. يتم وزنه دون عينة (M1)، ثم تتم تعبئته بالعينة ووزنه مرة أخرى (M2). ويكون ناتج قسمة الفرق بين M1 وM2 على حجم الجسم الزجاجي هو كثافة العينة.

الهيدروميتر هو جسم زجاجي يتم غمسه في العينة. وبعد وقت الموازنة القصير، سيطفو حتى مستوى معين. كلما زادت كثافة العينة، قل طفو الهيدروميتر. ومستوى الموازنة يقرأ الكثافة.

يُستخدم طقم قياس الكثافة مع ميزان. يُوزن جسم زجاجي ذو حجم محدد في الهواء (M1)، ثم يُغمس في العينة ويُوزن مرة أخرى في العينة (M2). ويكون ناتج قسمة الفرق بين M1 وM2 (الطفوية) على حجم الجسم الزجاجي هو كثافة العينة. يمكن أيضًا استخدام حامل خاص لقياس كثافة المواد الصلبة باستخدام سائل مرجعي (ماء، أو إيثانول، أو سائل آخر يختاره المستخدم).

تتوفر أجهزة قياس الكثافة الرقمية كأدوات محمولة وأدوات توضع على الطاولة. وتستخدم تقنية التذبذب الأنبوبي لقياس كثافة العينة في وقت قصير بدقة شديدة. يهتز أنبوب زجاجي فارغ بتردد معين. يتغير هذا التردد عند تعبئة الأنبوب بالعينة: كلما زادت كتلة العينة، قلّ التردد. يُقاس هذا التردد ويُحوَّل إلى كثافة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم أجهزة قياس الكثافة الرقمية ثرموستات بلتييه مدمجًا للتحكم في درجة حرارة العينة.

للاطلاع على المزيد من المعلومات حول أجهزة قياس الكثافة الرقمية وكيفية مقارنتها بالطرق اليدوية، تفضل بالاطلاع على مقارنة تقنيات القياس المختلفة

ما كثافة الهواء؟

كثافة الهواء هي 0.00120 جم/سم3 عند 20 درجة مئوية وتحت الضغط الجوي البالغ 101.325 كيلوباسكال (كما هو الحال عند مستوى البحر). سيتغير الضغط الجوي بتغير ظروف المناخ (ضغط أقل عند المطر أو تساقط الثلوج) ومع الارتفاع (ضغط أقل عند الارتفاع الأعلى من مستوى البحر). وعند ارتفاع 440 م أعلى من مستوى البحر مثلاً، يكون الضغط الجوي (المتوسط السنوي) 96.12 كيلوباسكال فقط ويصبح متوسط كثافة الهواء 0.00114 جم/سم3 عند 20 درجة مئوية.

ما كثافة الماء؟

كثافة الماء هي 0.99820 جم/سم3 عند 20 درجة مئوية. تتغير كثافة الماء بتغير درجة الحرارة، تزداد من 0 درجة مئوية إلى 4 درجات مئوية (حيث تقترب من 1) ثم تنخفض من 4 درجات مئوية إلى درجات حرارة أعلى.

ما حجم العينة الذي تحتاجه لمقياس الكثافة الرقمي؟

الحجم النموذجي للأنبوب الزجاجي المجوف على شكل حرف U المستخدم كخلية قياس في مقياس الكثافة الرقمي هو 1 مل تقريبًا. لتعبئة حجم أكبر بلا مشاكل، يوصى عادةً باستخدام 3 مل إلى 5 مل عبر إبرة حقن لملء جزء من أنبوب التصريف أيضًا مع العينة.

ما الوقت الذي تحتاجه لقياس عينة باستخدام مقياس الكثافة الرقمي؟

وهذا يعتمد على اختلاف درجة الحرارة بين العينة وخلية القياس ونوع العينة. ويعتمد على الدقة المطلوبة للقياس. يتراوح زمن القياس عادةً من عدة ثوانٍ باستخدام مقياس كثافة رقمي محمول دون التحكم في درجة الحرارة إلى ما يقرب من 2 إلى 5 دقائق باستخدام جهاز يوضع على الطاولة مع التحكم في درجة الحرارة النشط.

كيف يمكنك تعديل مقياس الكثافة الرقمي؟

عادةً ما تُضبط أجهزة قياس الكثافة مع الهواء والماء، عند درجة قياس محددة. يتم التحكم في درجة الحرارة هذه باستخدام عنصر بلتييه، والذي يمكنه خفض أو رفع حرارة خلية القياس حتى درجة حرارة معينة (مثل 20 درجة مئوية). أولاً، يقاس تردد خلية القياس المملوء بالهواء. ويعين هذا التردد الأول لقيمة كثافة الهواء. ثم تملأ خلية القياس بالماء ويقاس تردد خلية القياس المملوءة بالماء. ويعين هذا التردد الثاني لقيمة كثافة الماء. ويمكن إجراء هذا الضبط ثنائي النقاط باستخدام الهواء ومعيار واحد، أو باستخدام معيارين يغطيان نطاقات الكثافة المختلفة.

ما أنواع العينات التي يمكن قياسها باستخدام أجهزة قياس الكثافة الرقمية؟

صممت أجهزة قياس الكثافة هذه وتستهدف قياس السوائل المتجانسة بشكل أساسي. وفي الحقيقة، يقاس العديد من السوائل الأخرى أيضًا بنجاح جيد. في حالة خفض لزوجة العينة إلى ما دون 36000 ميجاباسكال بالتسخين عند درجة حرارة الضخ (مثل البارافين)، يمكن حتى قياسها بشكل آلي كامل باستخدام وحدة آلية مسخنة مثل SC1H أو SC30H. يمكن قياس العينات الأعلى لزوجة يدويًا، في حالة تعبئتها في إبرة حقن دون حبس جيوب هوائية وإذا تمكن المشغل بعد ذلك من ضغط هذه العينات للخارج عند سرعة مراقبة عبر أنبوب ضيق يبلغ طوله 15 سم تقريبًا. لا تقاس العينات التي تهاجم الأنبوب الزجاجي على شكل حرف U بخلية القياس (مثل حمض الهيدروفلوريك أو السوائل أو المعجون المستخدم في زجاج النقش) باستخدام أجهزة قياس الكثافة هذه.

ما تأثير اللزوجة على قياس الكثافة الرقمي؟

تتميز لزوجة العينات بتأثير على الكثافة المقيسة باستخدام مقياس كثافة رقمي. تؤدي قوة الجزّ التي تحدث بين السائل وجدار الأنبوب إلى إبطاء تردد التذبذب، مما يعرض قيمة كثافة أعلى. وبناءً على ذلك، أجهزة قياس الكثافة الرقمية بها تصحيح للزوجة المدمجة، مما يعوض هذا التأثير ويظهر النتائج الصحيحة.