Pomiar gęstości za pomocą wagi

Pomiar gęstości za pomocą wagi

Waga z przystawką do wyznaczania gęstości umożliwia pomiar gęstości ciał stałych, cieczy i substancji lepkich.

Jaka jest najlepsza metoda wyznaczania gęstości ciał stałych?

Przy wyznaczaniu gęstości ciał stałych najlepiej posłużyć się metodami wykorzystującymi siłę wyporu lub zjawisko wypierania, które opierają się na prawie Archimedesa. W przypadku obu tych metod konieczne jest użycie cieczy o znanej gęstości, która nie reaguje z materiałem próbki, ale dokładnie go zwilża. Do płynu można dodać środek zwilżający.

Procedura pomiaru gęstości jest bardzo rozbudowana. W jaki sposób można ją uprościć?

Waga jest wyposażona w zintegrowaną aplikację, która dostarcza szczegółowych instrukcji. W pamięci wag Excellence zapisane są procedury pracy dla 5 metod wyznaczania gęstości. W przypadku wag Advanced i Standard dostępne są procedury dla 2 metod.

Jak mogę wyznaczyć gęstość cieczy?

Przy badaniu gęstości cieczy przydatny jest opcjonalny pływak szklany o objętości 10 mL przeznaczony do użycia z przystawką do wyznaczania gęstości. W celu obliczenia gęstości pływak ważony jest w powietrzu i w cieczy. Podstawą do obliczeń jest różnica między uzyskanymi wartościami. Zamiast tego można także skorzystać z piknometru lub gęstościomierza cyfrowego.

Moja próbka ma gęstość mniejszą niż woda – unosi się na powierzchni!

Koszyk będący częścią przystawki do wyznaczania gęstości można odwrócić, tak aby lżejsze próbki nie mogły wypłynąć na powierzchnię cieczy. Jeżeli koszyk nie będzie w stanie przeciwstawić się sile wyporu, należy umieścić na górnej szalce przystawki dodatkowy wzorzec masy i rozpocząć ponownie procedurę wyznaczania gęstości. Można również zmienić ciecz referencyjną na taką o mniejszej gęstości.

Mam problem z licznymi pęcherzykami na próbce.

Do płynu referencyjnego należy dodać kilka kropel środka zwilżającego. Płyn należy pozostawić na noc, aby rozpuszczony gaz ulotnił się. Za pomocą miękkiego pędzelka należy usunąć pęcherzyki z próbki i z elementów przystawki do wyznaczania gęstości.

Jaką wagę należy zastosować, aby uzyskać dokładne wyniki pomiaru gęstości?

Na dokładność pomiarów gęstości wpływa tolerancja przyjętej metody (wpływ pęcherzyków itp.), a także pomiar temperatury i dokładność ważenia. Każdy pomiar na KAŻDEJ wadze jest obarczony niepewnością. Kluczem do uzyskania dokładnych wyników ważenia jest zrozumienie jej przyczyn. O dokładności wagi nie decyduje dokładność odczytu, lecz powtarzalność wyników i minimalna masa netto próbki.

Do znalezienia odpowiedniej wagi potrzebna jest znajomość dwóch wartości: najmniejszej masy, jaka będzie ważona oraz wymaganej dokładności (czyli tolerancji ważenia).

Pomocą w wyborze wagi, która spełnia wszystkie wymagania danego zastosowania, może być GWP® – globalny standard ważenia METTLER TOLEDO. Zwróć się do lokalnego przedstawiciela firmy, aby uzyskać bezpłatną rekomendację dotyczącą wyboru wagi. Określ, czy waga, którą posiadasz, spełnia wymagania w zakresie jakości.

GWP Recommendation

Mam do wyznaczenia gęstość próbek stałych tworzyw sztucznych i muszę zachować zgodność z normą ISO 1183-1. Jakiej wagi powinienem użyć?

Zachowanie zgodności z wymogami normy ISO 1183-1 wymaga wagi o dokładności odczytu 0,1 mg lub wyższej. Norma stanowi też, że próbka powinna mieć masę co najmniej 1 g. Ważenie próbek o masie nie niższej niż 1 g na wadze o dokładności odczytu 0,1 mg jest ogólnie zgodne z wymogami dotyczącymi zapewnianego przez wagę dolnego zakresu masy ważonej próbki. Wymaganą dokładność należy jednak rozpatrywać w połączeniu z żądaną tolerancją procesu. Nasza bezpłatna usługa GWP® Recommendation ułatwia wybór wagi odpowiadającej konkretnym wymaganiom.

GWP Recommendation

Mam problem z wykonaniem skomplikowanej procedury.

Proces pomiaru gęstości składa się z kilku etapów, a dodatkowo czasami trzeba zaczekać na ustabilizowanie się wagi. W takiej sytuacji łatwo się pogubić – szczególnie, gdy wykonuje się kilka zadań na raz. Waga jest wyposażona w zintegrowaną aplikację, która dostarcza szczegółowych instrukcji. Każdy krok należy potwierdzić przyciskiem OK, więc określenie aktualnego etapu procedury nie stanowi problemu.

Jak mogę poprawić identyfikowalność swoich pomiarów gęstości?

Rozwiązaniem jest podłączenie do wagi czytnika kodów kreskowych, który umożliwi bezpośredni i bezbłędny odczyt metadanych, takich jak identyfikator próbki, numer partii, numer zamówienia itp. Drukarki METTLER TOLEDO z linii P-50 umożliwiają drukowanie wyników uzupełnionych o metadane oraz datę i godzinę wykonania pomiaru.

Jak ocenić wyniki pomiarów kilku próbek?

Wagi METTLER TOLEDO oferują funkcję statystyki, która pozwala szybko zidentyfikować trendy w wynikach serii pomiarów gęstości i w razie potrzeby pomaga wybrać kierunek działań.

Gdzie znajdę tabelę z wartościami gęstości?

Wagi XPE, XSE, MS-TS, ML-T i ME-T mają wbudowaną bazę danych z wartościami gęstości najczęściej używanych cieczy referencyjnych. Wartość gęstości jest odpowiednio korygowana do temperatury podanej przez użytkownika.

Jak mogę uniknąć pomyłek w obliczeniach gęstości?

Wagi XPE, XSE i MS-TS oferują funkcję, która umożliwia automatyzację wszystkich obliczeń gęstości. Rola użytkownika sprowadza się do podania temperatury i wybrania używanej cieczy referencyjnej. Waga rejestruje wartości masy i automatycznie wylicza gęstość.

Jak mogę ułatwić sobie dokumentowanie wyników pomiarów gęstości?

Aplikacja do pomiarów gęstości w wagach MS-TS, ML-T i ME-T umożliwia przygotowanie raportu z wyników serii pomiarów, który można następnie wydrukować albo zapisać w pamięci USB. Większe możliwości personalizacji raportów oferują wagi XPE i XSE w połączeniu z oprogramowaniem LabX. Umożliwiają one stosowanie wykresów i tabel, a także bezpośrednie przesyłanie raportów do systemu LIMS EPR.

Pomiar gęstości w laboratorium

Aby dowiedzieć się więcej, przejdź do wybranej sekcji:

  1. Przebieg pracy i wyzwania
  2. Rozwiązania METTLER TOLEDO
  3. Często zadawane pytania

 

Przebieg pracy przy pomiarach gęstości

Ciała stałe waży się w powietrzu (A), a następnie w cieczy pomocniczej (B) o znanej gęstości. Gęstość ciała stałego ρ można zatem obliczyć w następujący sposób:

Calculation formula for density in solid sample

ρ        = gęstość próbki

A        = masa próbki w powietrzu

B        = masa próbki w cieczy pomocniczej

ρ0       = gęstość cieczy pomocniczej

ρL       = gęstość powietrza

Podczas pomiarów należy także uwzględnić temperaturę płynu, ponieważ 1°C może powodować zmiany gęstości rzędu od 0,001 do 0,1,
co odpowiada trzeciemu miejscu dziesiętnemu w wynikach.
 

 Grawimetryczna, siła wyporuGrawimetryczna, wypieraniePiknometrGęstościomierz cyfrowy
MetodyZlewka na ciecz pomocniczą znajduje się na platformie lub poniżej wagi.Zlewka na ciecz pomocniczą stoi na wadze.Szklana zlewka o określonej objętości.Rozwiązanie z wibrującą rurką
Zastosowania
  • Ciała stałe
  • Ciecze (ze szklanym pływakiem)
  • Substancje o konsystencji pasty (ze sferą gamma)
  • Ciecze (ze szklanym pływakiem)
    Ciała stałe
  • Ciecze, dyspersje
  • Proszki
  • Granulaty
  • Ciecze
  • Gazy
Zalety
  • Szybki przebieg
  • Elastyczność w zakresie wielkości próbki
  • Waga jest już dostępna
  • Szybki przebieg
  • Waga jest już dostępna
  • Duża dokładność
  • Waga jest już dostępna
  • Szybki przebieg
  • Precyzyjne sterowanie temperaturą z użyciem modułów Peltiera
  • Automatyczny pomiar gęstości
  • Mała objętość próbki
Wady
  • Wrażliwość na temperaturę
  • Zwilżanie próbki wymaga dużej ostrożności
  • Nie może dojść do uwięzienia pęcherzyków powietrza
  • Wrażliwość na temperaturę
  • Wymagana duża objętość próbki
  • Wrażliwość na temperaturę
  • Duża pracochłonność
  • Duża czasochłonność
  • Nie może dojść do uwięzienia pęcherzyków powietrza
  • Próbki substancji lepkich wymagają stosowania korekty (funkcja dostępna w nowoczesnych urządzeniach).

Pomiary gęstości - więcej informacji

Jeżeli masa i objętość próbki (ciała stałego lub cieczy) są znane, jej gęstość można obliczyć ze wzoru:

Calculation of density by mass and volume


Kłopoty z objętością

Dokładne zważenie próbki nie jest trudne, ale precyzyjne określenie jej objętości może okazać się wyzwaniem.

Siła wyporu

Metoda wykorzystująca siłę wyporu pozwala obejść problem wyznaczania objętości próbki, ponieważ waży się ją dwukrotnie w różnych ośrodkach – w powietrzu i w cieczy. Można więc założyć, że przy obu pomiarach objętość próbki będzie taka sama.

Wypieranie

W najprostszej metodzie wykorzystującej wypieranie objętość próbki ciała stałego wyznacza się na podstawie obserwacji wzrostu poziomu cieczy, w której próbka ta jest zanurzana.
Z kolei gdy obiekt o znanej objętości zostanie zanurzony w cieczy o nieznanej gęstości, różnica mas (mierzonych w powietrzu i w cieczy) pozwoli wyznaczyć gęstość tej cieczy.

Piknometr

Piknometr to szklana kolba o specjalnej konstrukcji, zazwyczaj o określonej objętości. Najczęściej służy do wyznaczania gęstości cieczy. Najpierw waży się pusty piknometr, a następnie wypełniony badaną cieczą. Gęstość próbki jest równa różnicy mas (czyli masie próbki) podzielonej przez objętość piknometru.
Piknometria może także służyć do wyznaczania gęstości próbek proszków i granulatów.

Gęstościomierz cyfrowy

Pusta w środku szklana rurka wibruje z określoną częstotliwością. Częstotliwość ta zmienia się po napełnieniu rurki próbkami różnych substancji: im większa masa próbki, tym niższa częstotliwość. Gęstościomierze cyfrowe mierzą częstotliwość i przekształcają wynik na gęstość.

Porównanie czterech metod mierzenia gęstości znajduje się w tabeli poniżej.

 Grawimetryczna, siła wyporuGrawimetryczna, wypieraniePiknometrGęstościomierz cyfrowy
MetodyZlewka na ciecz pomocniczą znajduje się na platformie lub poniżej wagi.Zlewka na ciecz pomocniczą stoi na wadze.Szklana zlewka o określonej objętości.Rozwiązanie z wibrującą rurką
Zastosowania
  • Ciała stałe
  • Ciecze (ze szklanym pływakiem)
  • Substancje o konsystencji pasty (ze sferą gamma)
  • Ciecze (ze szklanym pływakiem)
    Ciała stałe
  • Ciecze, dyspersje
  • Proszki
  • Granulaty
  • Ciecze
  • Gazy
Zasada pomiaru
ciał stałych
Próbkę waży się w powietrzu, a następnie w cieczy pomocniczej o znanej gęstości.

Gęstość próbki można wyliczyć ze znanej gęstości cieczy oraz z dwóch uzyskanych wyników ważenia.



ρ,= gęstość próbki
A,= masa próbki w powietrzu
B,= masa próbki w cieczy pomocniczej
ρ0,= gęstość cieczy pomocniczej
ρL,= gęstość powietrza
Ciecz pomocniczą o znanej gęstości waży się przed i po zanurzeniu w niej próbki (tara pozwala bezpośrednio zmierzyć różnicę mas).

Znajomość różnicy mas oraz gęstości cieczy pozwala wyznaczyć objętość próbki. Znając objętość i masę próbki, można już wyliczyć jej gęstość.
Piknometr waży się pusty, a następnie napełniony cieczą referencyjną o znanej gęstości. Proszek umieszcza się w uprzednio wyczyszczonym i osuszonym piknometrze. Ważenie pozwala poznać masę próbki proszku. Piknometr następnie napełnia się tą samą cieczą, w której proszek nie może się w żadnym stopniu rozpuszczać. Później piknometr waży się ponownie. Na tej podstawie można określić masę wypartej cieczy i obliczyć gęstość proszku.nd.
Zasada pomiaru w przypadku
próbek ciekłych
Obiekt referencyjny o znanej objętości (szklany pływak) waży się najpierw w powietrzu, a następnie w cieczy o nieznanej gęstości.

Gęstość cieczy można wyliczyć ze znanej objętości pływaka oraz z dwóch uzyskanych wyników ważenia.



ρ,= gęstość próbki cieczy
α,= współczynnik korygujący masy (0,99985), który pozwala uwzględnić siłę wyporu działającą w powietrzu na wzorzec masy
A,= masa obiektu referencyjnego w powietrzu
B,= masa obiektu referencyjnego w cieczy
V,= znana objętość obiektu referencyjnego
ρL,= gęstość powietrza
Ciecz o nieznanej gęstości waży się przed (tara) i po zanurzeniu w niej obiektu referencyjnego (sfery gamma lub szklanego pływaka).

Znajomość różnicy mas oraz objętości obiektu referencyjnego pozwala wyznaczyć gęstość próbki cieczy.
Piknometr waży się pusty, a następnie napełniony próbką cieczy. Gęstość próbki cieczy jest równa różnicy mas podzielonej przez objętość piknometru.Próbkę umieszcza się w pustej szklanej rurce w kształcie litery „U”, która stanowi część urządzenia. Gęstość próbki wyznacza się, mierząc częstotliwość wibracji rurki. Im niższa częstotliwość, tym wyższa gęstość próbki.

 

Standardy dotyczące wyznaczania gęstości

Istnieje wiele standardów i norm dotyczących wyznaczania gęstości. Oto niektóre z najczęściej stosowanych:

  • ISO 1183-1: Tworzywa sztuczne – sposoby wyznaczania gęstości niekomórkowych tworzyw sztucznych
  • OIML G 14: Pomiar gęstości według OIML
  • ASTM-D-792: Standardowe metody badania gęstości i ciężaru właściwego

Norma ISO 1183-1 określa wykorzystanie wagi analitycznej wskazującej wynik z dokładnością do 4 miejsca dziesiętnego.

Problemy z gęstością nasypową

Gęstość nasypowa to określenie liczby cząstek, części lub elementów zawartych w mierzonej objętości. Gęstość nasypowa nie jest właściwością samego materiału. Do gęstości nasypowej wlicza się puste przestrzenie między cząstkami lub elementami, a także pustki wewnątrz samych elementów. Gęstość nasypowa może się zmieniać zależnie od sposobu postępowania z materiałem. Przykładowo, potrząsanie pojemnikiem umożliwia ułożenie się cząstek materiału i zwiększa jego ogólną gęstość nasypową.

Ekspert w dziedzinie pomiarów gęstości

Moisture Content Determination

Wyznaczanie gęstości w celu zapewnienia jakości tworzyw sztucznych


Rozbudowane funkcje zarządzania danymi i bezpieczeństwa procesów

Połączenie wagi Excellence METTLER TOLEDO z oprogramowaniem LabX pozwala usprawnić zarządzanie danymi i uzyskać większe bezpieczeństwo procesów. Wagi analityczne i precyzyjne Excellence można wyposażyć w przystawkę do wyznaczania gęstości. Oprogramowanie LabX gwarantuje ścisłe przestrzeganie procedur SOP. Rejestruje ono wszystkie wyniki ważenia, wykonuje wszystkie obliczenia i bezpiecznie zapisuje uzyskane wyniki w scentralizowanej bazie danych. Wszelkie dane dotyczące wyznaczania gęstości można bezpośrednio przesyłać do wewnętrznego systemu zarządzania danymi.

 

Gęstościomierze cyfrowe

 

 

pomiar gęstości - często zadawane pytania

Powiązane produkty

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.