DE73908C

DE73908C - Float to determine the absolute and specific weight

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Publication number: DE73908C
Application number: DENDAT73908D
Authority: DE
Original assignee: TH. LOHNSTEIN, Dr. phil., cand. med., in Berlin C, Kaiser-Wilhelmstr. 20 II
Anticipated expiration: 1912-12-08

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMTPATENT OFFICE

KLASSE 42: Instrumente.CLASS 42: Instruments.

Die bisher zur Ermittelung des specifischen Gewichts flüssiger und fester Körper angegebenen Instrumente, soweit sie auf der Anwendung des Archimedischen Princips beruhen, die sogenannten Aräometer, sind sämmtlich mit einer erheblichen Quelle der Unsicherheit, dem Einflüsse der Capillarität, behaftet. Je nach der Natur der mit einander in Berührung befindlichen flüssigen und festen Körper (unter letzterem die Substanz des Aräometerkörpers verstanden) bildet sich bekanntlich an der Spindel des Instruments ein concaver oder convexer Capillarwulst, der auf die Tiefe des Eintauchens der Aräometerspindel einen erheblichen Einflüfs· ausübt und somit die alleinige Anwendung des Archimedischen Princips zur Herstellung der Instrumentenscala als fehlerhaft erscheinen läfst. Der Einflüfs der Capillarität läfst sich theoretisch zwar berechnen, die so sich ergebende Correction hängt aufser von dem Durchmesser der Aräometerspindel von zwei physikalischen Gröfsen ab, nämlich von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und von dem Winkel, welchen die Flüssigkeitsoberfläche mit der Mantelfläche der Aräometerspindel in der Berührungslinie bildet; erstere Gröfse ist, absolute Reinheit der Flüssigkeit und ihrer Oberfläche vorausgesetzt, eine Constante, unterliegt aber schon bei geringen Verunreinigungen derselben erheblichen Variationen; in noch höherem Grade gilt dies von der zweiten Gröfse, dem sogenannten Randwinkel, dessen Constanz von der absoluten Reinheit zweier Oberflächen abhängt. Ist solches schon für eine Flüssigkeit der Fall, so folgt, dafs eine empirische Berücksichtigung des Einflusses der Capillarität bei der Herstellung der Scala eines für alle möglichen Flüssigkeiten bestimmten Instruments nicht möglich ist.The ones given so far to determine the specific gravity of liquid and solid bodies Instruments in so far as they are based on the application of Archimedes' principle, the so-called hydrometers, are all afflicted with a considerable source of uncertainty, the influence of capillarity. Ever according to the nature of the liquid and solid bodies in contact with one another (under the latter understood the substance of the hydrometer body) is known to form on the Spindle of the instrument has a concave or convex capillary bulge which extends to the depth of the Immersing the hydrometer spindle has a considerable influence and is therefore the only one Application of Archimedes' principle for the production of the instrument scale as faulty appear. The influence of capillarity can be theoretically calculated, the resulting correction depends on the diameter of the hydrometer spindle depends on two physical quantities, namely from the surface tension of the liquid and the angle between the liquid surface and the outer surface of the hydrometer spindle forms in the line of contact; the former is absolute purity of the liquid and its surface, assuming it is a constant, but is subject to even minor impurities same considerable variations; this applies to an even greater degree of the second quantity, the so-called edge angle, whose constancy depends on the absolute purity of two surfaces. Is such a thing if this is the case for a liquid, it follows that an empirical consideration of the influence the capillarity in making the scale one for all possible liquids Instruments is not possible.

Für diejenigen Aräometer, deren Angaben auf ein gröfseres Intervall, z. B. 0,7 bis 1,0 oder 1,0 bis 2,0 berechnet sind, kommt die Fehlerquelle der Capillarität weniger in Betracht, weil dieselben, wenn sie sich innerhab erträglicher Dimensionen halten sollen, in ihren Angaben höchstens die zweite Decimalstelle berücksichtigen können. Bei solchen Instrumenten aber, welche, für beschränkte Intervalle bestimmt, eine entsprechende gröfsere Genauigkeit darbieten sollen, macht sich jener Einflüfs schon sehr unangenehm geltend; aufserdem ist die Ablesung durch die optischen Verhältnisse des Capillarwulstes erschwert.For those hydrometers whose information is based on a larger interval, e.g. B. 0.7 to 1.0 or 1.0 to 2.0 are calculated, the source of the error of capillarity is less of a concern, because if they are to stay within tolerable dimensions, they are in theirs Information can take into account at most the second decimal place. With such instruments but which, determined for limited intervals, has a correspondingly greater accuracy are supposed to perform, those influences make themselves felt very unpleasantly; moreover is the reading is made difficult by the optical conditions of the capillary bead.

Bei der voliegenden Erfindung sind diese Uebelstände vermieden, indem durch eine bisher für diesen Zweck noch nicht benutzte Einrichtung der capillare Wulst vollständig fortgeschafft und so die strenge' Anwendung des Archimedischen Princips ermöglicht wird.In the present invention, these inconveniences are avoided by a previously The capillary bead is completely unused for this purpose removed and so the strict application of the Archimedean principle is made possible.

Das Instrument besteht aus einem gläsernen Hohlkörper A, Fig. 1, welcher oben in einen offenen cylindrischen Theil endigt. Letzterer ist senkrecht zu seiner Achse abgeschnitten und der so entstandene Rand B mit einem optischen Schliff derart versehen, dafs jede Facette vermieden ist. In den cylindrischen Ehdtheil ist ferner eine aus Metall oder Hartgummi hergestellte Mutter C eingekittet, welcheThe instrument consists of a glass hollow body A, Fig. 1, which ends at the top in an open, cylindrical part. The latter is cut off perpendicular to its axis and the resulting edge B is given an optical cut in such a way that every facet is avoided. A nut C made of metal or hard rubber is also cemented into the cylindrical part, which

zur Befestigung des die Gewichtsschale <? tragenden Drahtgerüstes DEF bestimmt ist. Dasselbe besteht aus dem verticalen Stück D, einem horizontalen Stück E und den beiden verticalen Stäben F, an welchen die Gewichtsschale G in passender Weise befestigt ist. Mit derselben ist eine Vorrichtung H verbunden, welche das genau aufrechte Schwimmen des Körpers A sichert. Die Drahtstäbe F sind so lang, dafs der Körper A, ohne Lösung der bei C befindlichen Verschraubung, bequem in den zur Aufnahme der Flüssigkeit dienenden Standcylinder / gebracht werden kann. Letzterer ruht auf einem entsprechend gestalteten Stativ K. Durch einfache Vorrichtungen können zu grofse Bewegungen des Schwimmers, sowie auch ein Untersinken desselben verhindert werden.for attaching the weight tray <? load-bearing wire frame DEF is intended. It consists of the vertical piece D, a horizontal piece E, and the two vertical rods F, to which the weight cup G is appropriately attached. A device H , which ensures that the body A floats exactly upright, is connected to the same. The wire rods F are so long that the body A, without loosening the screw connection at C , can easily be brought into the standing cylinder / serving to hold the liquid. The latter rests on a suitably designed tripod K. Simple devices can prevent excessive movements of the swimmer and also prevent the swimmer from sinking under.

Das Gewicht des unbelasteten Schwimmers ist so abgeglichen, dafs derselbe bei einer Temperatur von 15⁰C. in einer Flüssigkeit vom specifischen Gewicht 0,7000 aufrecht in der Weise schwimmt, dafs die Flüssigkeit bis zur äufseren Kante des Randes B hineinreicht und gleichzeitig die capillare Krümmung der Oberfläche an jedem Punkte der Randlinie verschwindet. Wird nun der unbelastete Schwimmer in eine specifisch schwerere Flüssigkeit gebracht, so wird nur ein aliquoter Theil des Schwimmkörpers sich unterhalb des Niveaus der Flüssigkeit befinden. Belastet man denselben nach und nach, so wird man zuerst eine Anordnung erreichen, bei welcher die Flüssigkeit, die ganze äufsere Fläche des Körpers A benetzend, mit ihrer freien Oberfläche O¹ O¹ die äufsere scharfe Kante des Randes B berührt. Durch weitere Belastung kann man nun bewirken, dafs die capillare Krümmung der Oberfläche O¹ O¹ vollständig verschwindet, dieselbe also in einer horizontalen Ebene den Rand des Schwimmers umgiebt.The weight of the unloaded float is so adjusted, that the same at a temperature of 15 ⁰ C. in a liquid of specific gravity 0.7000 upright floating in the manner that liquid DAF to the outward edge of the rim extends B and simultaneously the capillary curvature of the surface disappears at every point on the edge line. If the unloaded swimmer is brought into a specifically heavier liquid, only an aliquot of the float will be below the level of the liquid. If one stresses it gradually, one will first reach an arrangement in which the liquid, wetting the entire outer surface of the body A , touches the outer sharp edge of the edge B with its free surface O ¹ O ^1. Further loading can now cause the capillary curvature of the surface O ¹ O ^{1 to} disappear completely, that is, it surrounds the edge of the float in a horizontal plane.

Die an der Gewichtsschale G befindliche Vorrichtung H dient dazu, um kleine Abweichungen auszugleichen. Uebrigens ist zu bemerken, dafs bei einem nur einigermafsen gleichmäfsig gearbeiteten'Instrumente jene Vorrichtung entbehrt werden kann, da es noch unzählig viele andere Anordnungen giebt, bei denen der Einflufs der Capillarität verschwindet, das Archimedische Princip also in aller Strenge anwendbar ist. Weicht nämlich der obere Rand des Schwimmers nur wenig von der Horizontalen ab, so findet man durch geeignete Belastungen Anordnungen, bei denen die Flüssigkeitsoberfläche an der Kante desselben theils concave, theils convexe Krümmungen darbietet. Wenn nun beide Krümmungsarten sich über denselben Theil der Randlinie erstrecken (s. Fig. 2), ist, wie aus der Theorie leicht zu beweisen, die Gesammtbelastung des Schwimmers gleich derjenigen, welche bei horizontaler Lage des Randes den Meniskus zum Verschwinden bringt. Es bedarf für das beobachtende Auge einer nur geringen Uebung, um das Vorhandensein einer solchen Anordnung aus der Beobachtung der Reflexe der Flüssigkeitsoberfläche constatiren zu lernen.The device H located on the weight tray G is used to compensate for small deviations. Incidentally, it should be noted that with an instrument that is only somewhat evenly worked, that device can be dispensed with, since there are innumerable other arrangements in which the influence of capillarity disappears, so the Archimedes' principle can be applied with great rigor. For if the upper edge of the float deviates only slightly from the horizontal, arrangements can be found through suitable loads in which the surface of the liquid at the edge of the float presents partly concave, partly convex curvatures. If both types of curvature extend over the same part of the edge line (see Fig. 2), the total load on the swimmer is, as can easily be proven from theory, equal to that which causes the meniscus to disappear when the edge is in a horizontal position. Little practice is required for the observing eye to learn to establish the existence of such an arrangement from observation of the reflections on the surface of the liquid.

Die Genauigkeit des Aräometers ist wesentlich bedingt durch das Verhältnifs des Durchmessers des cylindrischen Endstückes zum Gesammtvolumen des Schwimmkörpers. Ist z.B. ersterer gleich 5mm, beträgt letzteres 30 ecm, und nimmt man an, dafs man eine mittlere Abweichung der oberen Randlinie im Betrage von 0,01 mm Von dem Niveau der Flüssigkeit noch wahrnehmen kann — ,was bei einiger Uebung der Fall ist —■, so könnte man mit dem Instrument, für die Flüssigkeit die Capillarspannung des reinen Wassers vorausgesetzt, das specifische Gewicht bis aufThe accuracy of the hydrometer is essentially determined by the ratio of the diameter of the cylindrical end piece to the Total volume of the float. For example, if the former is equal to 5mm, the latter is 30 ecm, and it is assumed that there is a mean deviation of the upper marginal line in the Amount of 0.01 mm From the level of the liquid can still perceive - what with some practice this is the case - so one could with the instrument, for the liquid assuming the capillary tension of pure water, the specific gravity up to

seines Werthes bestimmen. Man wirddetermine his worth. You will

demnach behaupten können, dafs mit einem Instrumente von den vorstehenden Dimensionen das specifische Gewicht der Flüssigkeit ohne jede Mühe in den ersten vier Decimalen nach dem Komma genau ermittelt werden kann.hence we can assert that with an instrument of the above dimensions the specific gravity of the fluid can easily be found in the first four decimals can be determined exactly with the comma.

Zu dem Schwimmkörper gehört noch ein hier nicht näher zu beschreibender Gewichtssatz, der so eingerichtet ist, dafs man auf den aufgelegten Gewichtsstücken das specifische Gewicht der zu untersuchenden Flüssigkeit direct ablesen kann. Um genaue Angaben zu erhalten, ist es nothwendig, die Temperatur in Rechnung zu ziehen; da hierfür die Physik allgemein bekannte Regeln giebt, so soll darauf hier nicht näher eingegangen werden; ebenso soll hier nur angedeutet werden, dafs man für specielle Zwecke, z. B. die Urometrie, auf demselben Princip beruhende Instrumente mit einigen Vereinfachungen herstellen kann. Ebenso bedarf es wohl nur des Hinweises, dafs dieses Princip auch zur Bestimmung des specifischen Gewichts fester Körper dienen kann; man erhält das betreffende Instrument, indem man den Stiel des Nicholson'schen Aräometers an Stelle der bisherigen Marke mit einer scharfen Kante versieht.A set of weights, not to be described in more detail here, belongs to the float, which is so arranged that the specific gravity can be found on the weights placed on it can read directly from the liquid to be examined. For details, it is necessary to take the temperature into account; since physics gives generally known rules for this, we should pay attention to it will not be discussed here; in the same way it should only be indicated here that one is for special purposes, e.g. B. urometry, instruments based on the same principle can make some simplifications. Likewise, it only needs to be pointed out that this Princip can also be used to determine the specific gravity of solid bodies; you get the instrument in question by attaching the handle of the Nicholson hydrometer Place the previous mark with a sharp edge.

Eine Anwendung des vorliegenden Princips, die nicht so nahe liegt, ist die Herstellung von hydrostatischen Substitutionswaagen. Denkt man sich nämlich die oben beschriebene Einstellung des Aräometers einmal durch einen Gewichtssatz, das andere Mal nach Hinwegnahme eines Theils der Gewichte durch irgend einen Gegenstand bewirkt, so geben die der Schale entnommenen Gewichte die Masse dieses Gegenstandes an. Bei directer Beobachtung kann man die Empfindlichkeit einer solchen Waage leicht auf ι mg bringen, während man die Belastung durch Vergröfserung des Schwimmkörpers beliebig steigern kann. Die Temperatur hat auf eine solche Wägung nur insofern Einflufs, als sich in der Zeit, die zwischen den zu einerOne application of the present principle that is not so obvious is the manufacture of hydrostatic substitution balances. If you think of the setting described above of the hydrometer once by a set of weights, the other time after removing a part if the weights are produced by any object, those taken from the bowl give Weight the mass of this item. With direct observation one can see the Easily bring the sensitivity of such a scale to ι mg while taking the load can increase as desired by enlarging the float. The temperature is up Such a weighing has an influence only insofar as it changes in the time between the to one

Wägung gehörigen beiden Abgleichungen des Schwimmkörpers verfliefst, und die nur einige Minuten beträgt, die Temperatur des Wassers geändert haben kann. Diese Fehlerquelle ist natürlich ein für alle Mal mit Hülfe einer Tabelle zu berücksichtigen. Ein Vorzug dieser Waage ist ihre grofse Billigkeit; verzichtet man auf die directe Beobachtung der Flüssigkeitsoberfläche und bedient sich bei .passenden Hülfsvorrichtungen zur Einstellung eines kleinen Ablesemikroskops, so kann man bei einer Maximalbelastung von circa 500 g die Genauigkeit bis auf 0,1 mg treiben, die Herstellung des Apparates wird dadurch zwar theurer, sein Preis bleibt aber auch jetzt noch bedeutend hinter dem der das Gleiche leistenden gewöhnlichen Waagen zurück.Both balances of the float are part of the weighing process, and only a few Minutes, the temperature of the water may have changed. This source of error is of course, once and for all, with the help of a table. A benefit of this Libra is their great equity; direct observation of the surface of the liquid is dispensed with and appropriate ones are used Auxiliary devices for setting a small reading microscope, so you can with a Maximum load of about 500 g drive the accuracy down to 0.1 mg, the production the apparatus thereby becomes more expensive, but its price remains significant even now behind that of the ordinary scales that perform the same.

Claims

Patent claim:

A float used to determine the absolute and specific gravity, characterized by a mark on its upper part sharp edge, up to which it can be penetrated into the liquid carrying it by suitable loading so sinks in that either the liquid does not have a meniscus along the circumference of the edge presents, or contains concave and convex menisci to the same extent.

1 sheet of drawings.