Измерение плотности

Измерение плотности

Определяйте плотность твердых, жидких и вязких веществ при помощи весов и комплекта для измерения плотности

Каким способом лучше всего определять плотность твердых веществ?

Для определения плотности твердых веществ лучше всего подходят методы измерения выталкивающей силы и вытеснения, основанные на законе Архимеда. В обоих методах используется жидкость с известной плотностью, которая не вступает в реакцию с образцом, но тщательно смачивает его. В жидкость можно добавить смачивающий реагент.

В процедуре измерения плотности есть много этапов. Как ее упростить?

Встроенное приложение на весах предоставляет пошаговые инструкции. В весах серии Excellence запрограммированы рабочие процессы для пяти различных методов определения плотности. В весах начального и базового уровней заданы рабочие процессы для двух методов.

Что нужно для определения плотности жидкостей?

Помимо комплекта для измерения плотности, требуется дополнительное стеклянное грузило объемом 10 мл. Плотность рассчитывают по разности веса грузила в воздухе и в жидкости. В качестве альтернативы можно использовать пикнометр или цифровой плотномер.

Плотность моего образца меньше воды, и он плавает!

Корзинку из комплекта для измерения плотности можно перевернуть так, чтобы более легкие образцы удерживались под жидкостью и не всплывали на поверхность. Если воздействие выталкивающей силы на корзинку слишком велико, поместите дополнительный вес на верхнюю грузоприемную чашку комплекта и повторите процедуру измерения. Также можно использовать другую контрольную жидкость с меньшей плотностью.

При измерении возникают проблемы из-за большого количества пузырьков на образце.

Добавьте в контрольную жидкость несколько капель смачивающего реагента. Оставьте ее на ночь, чтобы вышел весь растворенный газ. Используйте мягкую кисть для очистки образца и комплекта от пузырьков.

Какие весы нужно использовать для получения точных значений плотности?

На точность измерения плотности влияет допуск метода (влияние пузырьков и т. д.), точность измерения температуры и взвешивания. Каждое измерение на ЛЮБЫХ весах характеризуется погрешностью. Понимание источника этой погрешности — залог точных результатов взвешивания. Точность прибора для взвешивания определяется не его дискретностью, а воспроизводимостью и минимальным весом нетто образца.

Чтобы выбрать подходящие весы, нужно знать наименьшую массу, которую планируется взвешивать, и необходимую точность результатов (т. е. допуски).

Глобальный стандарт взвешивания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО GWP® помогает подобрать правильные весы с учетом специфики применения. Бесплатную рекомендацию по весам можно получить у местного представителя МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Определите, отвечают ли имеющиеся весы вашим требованиям к качеству.

GWP Recommendation

Требуется определить плотность твердых пластмассовых образцов в соответствии со стандартом ISO 1183-1. Какие весы подходят для этого?

Согласно стандарту ISO 1183-1, необходимы весы с дискретностью 0,1 мг или ниже, при этом желательно, чтобы масса образца составляла не менее 1 г. С точки зрения минимального веса нетто взвешивание образцов массой не менее 1 г на весах с дискретностью 0,1 мг выполнять допустимо. Однако помимо необходимой точности весов следует учитывать и технологические допуски процессов. Бесплатная услуга МЕТТЛЕР ТОЛЕДО GWP® Recommendation поможет подобрать весы для конкретной задачи.

GWP Recommendation

При выполнении сложной процедуры возникают трудности.

Процедура измерения плотности состоит из нескольких этапов. Иногда приходится некоторое время ждать, пока показания стабилизируются. Поэтому можно легко растеряться, особенно при одновременном выполнении нескольких задач. Встроенное приложение на весах предоставляет пошаговые инструкции. Каждую инструкцию необходимо подтверждать, нажимая кнопку «OK», поэтому оператор всегда знает, на каком этапе находится.

Как повысить прослеживаемость измерений плотности?

Подключите сканер штрихкода к весам, чтобы быстро и без ошибок считывать такие метаданные, как идентификатор образца, номер партии, номер заказа и т. д. При помощи принтеров МЕТТЛЕР ТОЛЕДО серии P-50 можно распечатывать эти метаданные, результаты, а также дату и время измерения.

Как оценить результаты измерений нескольких образцов?

При проведении серии определений плотности используйте функцию статистики на весах МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Она быстро построит тренды для данных и поможет принять правильные решения в процессе работы.

Где можно найти таблицу значений плотности?

В весы XPE, XSE, MS-TS, ML-T и ME-T встроена база данных со значениями плотности часто используемых эталонных жидкостей. Значение плотности корректируется исходя из вводимой температуры.

Как избежать ошибок в расчетах плотности?

Приложение для анализа плотности на весах XPE, XSE и MS-TS делает все вычисления за пользователя. Достаточно только ввести температуру и выбрать используемую контрольную жидкость. Весы записывают значения веса и автоматически вычисляют плотность.

Как упростить документирование результатов измерения плотности?

Приложение для анализа плотности на весах MS-TS, ML-T и ME-T помогает создать отчет о сериях измерений. Отчет можно распечатать или сохранить на USB-накопителе. Весы XPE и XSE в сочетании с программным обеспечением LabX имеют более гибкие настройки. Отчеты можно дополнять графиками и диаграммами и отправлять прямо в систему LIMS или ERP.

Измерение плотности в лаборатории

Процедура измерения плотности

Твердое вещество взвешивают в воздухе (A), а затем во вспомогательной жидкости (B) с известной плотностью. Плотность твердого тела ρ можно рассчитать следующим образом:

Calculation formula for density in solid sample

ρ        = плотность образца;

A        = вес образца в воздухе4

B        = вес образца во вспомогательной жидкости;

ρ0       = плотность вспомогательной жидкости;

ρL       = плотность воздуха.

Необходимо учитывать температуру жидкости, поскольку ее колебания могут изменять плотность на величину от 0,001 до 0,1 на один градус Цельсия. Изменения
проявляются в третьем знаке после запятой.
 

 Гравиметрический метод, выталкивающая силаГравиметрический метод, вытеснениеПикнометрЦифровой плотномер
МетодыСтакан для вспомогательной жидкости стоит на грузоприемной платформе или располагается под весамиСтакан для вспомогательной жидкости стоит на весахСтеклянный сосуд определенного объемаОсциллирующая трубка
Образцы
  • Твердые вещества
  • Жидкости (со стеклянным грузилом)
  • Пастообразные вещества (сферическое грузило из металла)
  • Жидкости (со стеклянным грузилом)
    Твердые вещества
  • Жидкости, взвеси
  • Порошок
  • Гранулы
  • Жидкости
  • Газы
Преимущества
  • Быстрый процесс
  • Гибкость в отношении размера образца
  • Можно использовать уже имеющиеся весы
  • Быстрый процесс
  • Можно использовать уже имеющиеся весы
  • Точный метод
  • Можно использовать уже имеющиеся весы
  • Быстрый процесс
  • Точный контроль температуры элементами Пельтье
  • Автоматическое измерение плотности
  • Образцы малого объема
Недостатки
  • Чувствительность к температуре
  • Необходимо тщательно увлажнение образца
  • Не должно быть воздушных пузырьков
  • Чувствительность к температуре
  • Требуется большой объем образца
  • Чувствительность к температуре
  • Трудоемкость
  • Требует времени
  • Не должно быть воздушных пузырьков
  • Вязкие образцы требуют внесения поправки на вязкость (функция доступна в современных приборах)

Нажмите здесь, чтобы узнать больше об измерении плотности

Если известны масса и объем образца (твердого вещества или жидкости), его плотность можно рассчитать по формуле:

Calculation of density by mass and volume


Проблемы определения объема

Точно взвесить образец достаточно просто, а правильно определить объем бывает затруднительно.

Выталкивающая сила

Метод гидростатического взвешивания (использующий закон Архимеда) решает проблему определения объема, поскольку он предполагает взвешивание образца в двух разных средах (в воздухе и в жидкости). Таким образом, в обоих случаях объем можно считать постоянным.

Вытеснение

В простой версии метода вытеснения объем твердого тела определяют по увеличению уровня жидкости, в которую опускают образец.
И наоборот, путем погружения объекта с известным объемом в жидкость с неизвестной плотностью можно определить разницу в весе (в воздухе и в жидкости) для дальнейшего расчета плотности жидкости.

Пикнометр

Пикнометр — специальная стеклянная колба, как правило, известного объема. Чаще всего его применяют для определения плотности жидкостей. Пикнометр сначала взвешивают пустым, а затем заполняют исследуемой жидкостью. Плотность образца вычисляется как разность результатов взвешивания (т. е. масса образца), деленная на объем пикнометра.
Пикнометр также применяют для определения плотности порошков или гранул.

Цифровые плотномеры

Полая стеклянная трубка совершает свободные колебания с определенной частотой. При наполнении трубки частота ее колебаний изменяется: чем больше масса образца, тем ниже частота. Цифровые плотномеры измеряют частоту и преобразуют ее в плотность.

В следующей таблице приведено сравнение этих четырех методов.

 Гравиметрический, выталкивающая силаГравиметрический, вытеснениеПикнометрЦифровой плотномер
МетодыСтакан для вспомогательной жидкости стоит на грузоприемной платформе или располагается под весамиСтакан для вспомогательной жидкости стоит на весахСтеклянный сосуд определенного объемаОсциллирующая трубка
Образцы
  • Твердые вещества
  • Жидкости (со стеклянным грузилом)
  • Пастообразные вещества (сферическое грузило из металла)
  • Жидкости (со стеклянным грузилом)
    Твердые вещества
  • Жидкости, взвеси
  • Порошок
  • Гранулы
  • Жидкости
  • Газы
Принцип измерения для
твердых образцов
Образец взвешивают сначала в воздухе, затем при погружении во вспомогательную жидкость с известной плотностью.

Плотность твердого образца можно определить по известной плотности жидкости и двум значениям массы.



ρ = плотность образца;
A = вес образца в воздухе;
B = вес образца во вспомогательной жидкости;
ρ0 = плотность вспомогательной жидкости;
ρL = плотность воздуха
Вспомогательную жидкость с известной плотностью взвешивают до и после погружения образца (для непосредственного измерения разности масс можно использовать тару).

По разности масс и плотности жидкости можно определить объем образца. На основании объема и массы образца рассчитывают его плотность
Пикнометр сначала взвешивают пустым, а затем заполненным жидкостью с известной плотностью. В очищенный и высушенный пикнометр добавляют порошок. Затем сосуд взвешивают для определения веса порошка. После этого пикнометр заполняют той же жидкостью, причем порошок не должен в ней растворяться. Сосуд снова взвешивают. Затем определяют вес вытесненной жидкости и рассчитывают плотность порошкан/д
Принцип измерения для
жидких образцов
Контрольное тело с известным объемом (стеклянное грузило) взвешивают один раз в воздухе и один раз в жидкости с неизвестной плотностью.

Плотность жидкого образца можно определить по известному объему контрольного тела и двум значениям массы.



ρ = плотность жидкого образца;
α = поправочный коэффициент для учета выталкивающей силы воздуха (0,99985);
A = масса контрольного тела в воздухе;
B = масса контрольного тела в жидкости;
V = известный объем контрольного тела;
ρL = плотность воздуха
Вес жидкости с неизвестной плотностью измеряют до (тарирование) и после погружения контрольного тела (стеклянного грузила или металлической сферы).

По разности масс и известному объему контрольного тела можно определить плотность жидкого образца
Пикнометр сначала взвешивают пустым, а затем заполненным жидким образцом. Плотность жидкости вычисляется как разность результатов взвешивания, деленная на объем пикнометра.Образец заливают в полую U-образную стеклянную трубку в приборе. Плотность образца определяется измерением частоты вибрации трубки. Чем ниже частота вибрации, тем выше плотность образца

 

Стандарты плотности

Существует множество стандартов и нормативных документов, регламентирующих методы определения плотности. Вот некоторые из них:

  • ISO 1183-1. Пластмассы. Методы определения плотности непористых пластмасс.
  • OIML G 14. Руководство по измерению плотности.
  • ASTM-D-792. Стандартный метод определения плотности и удельного веса.

Стандарт ISO 1183-1 предписывает использовать аналитические весы с четырьмя десятичными разрядами.

Путаница с объемной плотностью

Объемная плотность — это мера того, сколько частиц, частей или кусочков содержится в измеренном объеме. Объемная плотность не является свойством самого материала. Эта величина включает пустоты между частицами или объектами, а также пустоты внутри самих объектов. Объемная плотность может изменяться при работе с материалом. Например, при встряхивании контейнера детали внутри него оседают, и общая объемная плотность увеличивается.

Измерение плотности — помощь экспертов

Moisture Content Determination

Измерение плотности для контроля качества пластмасс


Расширенное управление данными и безопасность процессов

Используя весы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО серии Excellence и программное обеспечение LabX, можно добиться точного управления данными и высокой безопасности процессов. Аналитические и технические весы Excellence можно дополнить специальным комплектом для измерения плотности. Программное обеспечение LabX проконтролирует выполнение стандартной рабочей процедуры. ПО LabX записывает все значения веса, выполняет все вычисления и безопасно сохраняет все результаты в централизованной базе данных. Все данные, связанные с измерением плотности, можно напрямую передавать во внутреннюю систему управления данными предприятия.

 

Цифровые плотномеры

 

 

Часто задаваемые вопросы по определению плотности

Другие продукты

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.