Kaj je digitalni merilnik gostote in kako deluje?

Izberite svoje vprašanje

1. Kaj je digitalni merilnik gostote?
2. Kako deluje digitalni merilnik gostote?
3. Kateri instrumenti se uporabljajo za merjenje gostote tekočin?
4. Kakšna je gostota zraka?
5. Kakšna je gostota vode?
6. Kakšno količino vzorca potrebujem za digitalni merilnik gostote?
7. Koliko časa potrebujem za merjenje vzorca z digitalnim merilnikom gostote?
8. Kako je mogoče prilagoditi digitalni merilnik gostote?
9. Katere vzorce je mogoče izmeriti z digitalnimi merilniki gostote?
10. Kako viskoznost vpliva na digitalno merjenje gostote?

Kaj je digitalni merilnik gostote?

Digitalni merilnik gostote (imenovan tudi gostotometer) uporablja tehnologijo oscilacijske cevi za merjenje gostote ali povezanih vrednosti tekočega vzorca. Ta meritev se izvede digitalno, kar znatno zmanjša vpliv upravljavca. Doseči je mogoče natančnost do 0,000005 g/cm3 z majhno količino vzorca (približno 0,3 ml) in kratkim časom merjenja (manj kot minuto).

Kako deluje digitalni merilnik gostote?

Digitalni merilniki gostote uporabljajo votlo stekleno cev v obliki črke U, ki je vstavljena v oscilator. Izmerjena je oscilacijska frekvenca cevi, ki je napolnjena z vzorcem. Ta frekvenca se spremeni, ko je cev napolnjena z vzorcem: večja kot je masa vzorca, manjša je frekvenca. Instrument izmeri to frekvenco in jo pretvori v gostoto. Poleg tega namizni digitalni merilniki gostote uporabljajo vgrajen termostat Peltier za nadzorovanje temperature vzorca.

Za več informacij si oglejte našo interaktivno animacijo

Kateri instrumenti se uporabljajo za merjenje gostote tekočin?

Gostoto raztopine je mogoče izmeriti ročno ali digitalno. Več informacij o merjenju gostote s piknometri, hidrometri in digitalnimi merilniki gostote najdete v našem priročniku Trije načini za merjenje gostote.

Ročne metode, kot so piknometri in hidrometri, se pogosto uporabljajo za določanje gostote in povezanih vrednosti, kot so specifična masa, odstotek alkohola, stopinje BRIX°, stopinje aktivnih farmacevtskih sestavin, vrednosti Baumé in Plato ter drugih. Te metode so sicer preproste za uporabo in dokaj cenovno ugodne, vendar pa zahtevajo strokovno znanje ter izkušnje pri vsakem koraku ročnih delovnih postopkov, kar pogosto vpliva na natančnost in zanesljivost rezultatov.

Piknometer je steklena posoda z določenim volumnom. Stehtana je brez vzorca (M1), napolnjena z vzorcem in nato znova stehtana (M2). Razlika med M1 in M2, deljena z volumnom posode, je gostota vzorca.

Hidrometer je stekleno ohišje, ki je namočeno v vzorec. Po kratkem času uravnoteženja začne plavati na določeni ravni. Večja kot je gostota vzorca, manj bo hidrometer plaval. Raven uravnoteženja predstavlja gostoto.

Komplet za merjenje gostote uporabljate v kombinaciji s tehtnico. Stekleno ohišje z določenim volumnom je stehtano na zraku (M1), namočeno v vzorec in nato znova stehtano v vzorcu (M2). Razlika med M1 in M2 (plovnost), deljena z volumnom steklenega ohišja, je gostota vzorca. Za merjenje gostote trdnih snovi z uporabo referenčne tekočine (voda, etanol ali uporabniško določena tekočina) lahko uporabite tudi posebno držalo.

Digitalni merilniki gostote so na voljo kot namizni in ročni instrumenti. Uporabljajo tehnologijo oscilacijske cevi za izjemno natančno meritev gostote vzorca v kratkem času. Votla steklena cev vibrira pri določeni frekvenci. Ta frekvenca se spremeni, ko je cev napolnjena z vzorcem: večja kot je masa vzorca, manjša je frekvenca. Instrument izmeri to frekvenco in jo pretvori v gostoto. Poleg tega namizni digitalni merilniki gostote uporabljajo vgrajen termostat Peltier za nadzorovanje temperature vzorca.

Za več informacij o digitalnih merilnikih gostote in njihovi primerjavi z ročnimi metodami si oglejte našo primerjavo različnih merilnih tehnik

Kakšna je gostota zraka?

Gostota zraka je 0,00120 g/cm3 pri 20 °C in atmosferskem tlaku 101,325 kPa (npr. na morski višini). Ta atmosferski tlak se spreminja z vremenskimi razmerami (kadar dežuje ali sneži, je tlak nižji) in z nadmorsko višino (nižji tlak pri visoki nadmorski višini kot na morski višini). Na nadmorski višini 440 m je atmosferski tlak (letno povprečje) le 96,12 kPa, povprečna gostota zraka pa postane 0,00114 g/cm3 pri 20 °C.

Kakšna je gostota vode?

Gostota vode je 0,99820 g/cm3 pri 20 °C. Gostota vode se spreminja s temperaturo ter se poveča z 0 °C na 4 °C (kjer je skoraj 1) in nato zmanjša s 4 °C na višje temperature.

Kakšno količino vzorca potrebujem za digitalni merilnik gostote?

Običajna prostornina votle steklene cevi v obliki črke U, ki je v digitalnem merilniku gostote uporabljena kot merilna celica, je približno 1 ml. Če ne želite težav, priporočamo, cev napolnite z večjo količino. Od 3 do 5 ml vzorca je običajno uporabljenega z brizgo, da je z vzorcem napolnjen tudi del drenažne cev.

Koliko časa potrebujem za merjenje vzorca z digitalnim merilnikom gostote?

To je odvisno od temperaturne razlike med vzorcem in merilno celico ter od vrste vzorca. Odvisno je tudi od zahtevane natančnosti meritve. Čas merjenja običajno traja od nekaj sekund s prenosnim merilnikom gostote brez nadzora temperature do približno 2 do 5 minut z namiznim instrumentom z aktiviranim nadzorom temperature.

Kako je mogoče prilagoditi digitalni merilnik gostote?

Merilniki gostote so običajno prilagojeni s pomočjo zraka in vode pri določeni temperaturi merjenja. To temperaturo nadzoruje Peltierjev element, ki lahko ohladi ali segreje merilno celico do določene temperature (npr. 20 °C). Najprej je izmerjena frekvenca merilne celice, ki je napolnjena z zrakom. Ta prva frekvenca je dodeljena vrednosti gostote zraka. Nato je merilna celica napolnjena z vodo in izmerjena je frekvenca merilne celice, napolnjene z vodo. Ta druga frekvenca je dodeljena vrednosti gostote vode. To dvotočkovno prilagajanje je mogoče izvesti tudi z zrakom in standardom ali z dvema standardoma, ki zajemata dva različna razpona gostote.

Katere vzorce je mogoče izmeriti z digitalnimi merilniki gostote?

Ti merilniki gostote so prvotno zasnovani za merjenje homogenih tekočin. Dejansko pa je mogoče uspešno izmeriti tudi številne druge vzorce. Če je s segrevanjem pri temperaturi prečrpavanja (npr. parafin) viskoznost vzorcev mogoče zmanjšati do približno 36.000 mPa*s, jih je mogoče izmeriti celo povsem samodejno, in sicer z ogrevano enoto za avtomatizacijo, kot je SC1H ali SC30H. Vzorce z višjo viskoznostjo je mogoče izmeriti ročno, če jih je mogoče napolniti v brizgo tako, da v njej ni zračnih žepkov, in če upravljavec lahko nato iztisne te vzorce pri nadzorovani hitrosti skozi ozko, približno 15-centimetrsko cev. S takimi merilniki gostote je treba izmeriti vzorce, ki napadejo cev v obliki črke U merilne celice (npr. fluorovodikova kislina, tekočine ali paste, uporabljene za jedkanje stekla).

Kako viskoznost vpliva na digitalno merjenje gostote?

Viskoznost vzorcev vpliva na gostoto, izmerjeno z digitalnim instrumentom za merjenje gostote. Višja strižna sila, ki nastane med tekočino in steno cevi, upočasni oscilacijsko frekvenco in zato prikaže višjo vrednost gostote. V sodobne merilnike gostote je zato vgrajen popravek viskoznosti, ki se uporablja za uravnavanje tega učinka in prikaz pravilnih rezultatov.