RU108621U1

RU108621U1 - DENSIMETER

Info

Publication number: RU108621U1
Application number: RU2011119048/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Гамазов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Диал"; Александр Александрович Гамазов
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2011-09-20

Abstract

Денсиметр для измерения плотности, включающий цилиндрический сосуд, полый цилиндрический поплавок постоянного диаметра с балластом и выгравированной шкалой, отличающийся тем, что цилиндрический сосуд заполнен инертной жидкостью известной плотности и закрыт центрующим колпачком, а цилиндрический поплавок заполнен измеряемой жидкостью до выбранного уровня множителя шкалы плотности жидкости и погружен в инертную жидкость. Densimeter for measuring density, including a cylindrical vessel, a hollow cylindrical float of constant diameter with a ballast and an engraved scale, characterized in that the cylindrical vessel is filled with an inert liquid of known density and closed with a centering cap, and the cylindrical float is filled with the measured liquid to the selected level of the multiplier of the liquid density scale and immersed in an inert liquid.

Description

Денсиметр для измерения плотности жидкостей используют автопредприятия и автовладельцы для контроля плотности электролитов аккумуляторных батарей, газосварщики для измерений плотности электролита электролизных газосварочных аппаратов, а также в медицинских и других лабораториях.A densimeter for measuring the density of liquids is used by automobile enterprises and car owners to control the density of electrolytes of batteries, gas welders to measure the density of the electrolyte of electrolysis gas welding machines, as well as in medical and other laboratories.

Известно простейшее устройство для получения мерного объема жидкости - грушевидный сосуд с узкой и длинной горловиной с кольцевой меткой, определяющей заданный объем, получившее наименование пикнометр (Большая Советская Энциклопедия - БСЭ. Третье издание. Том 2, стр.551, АРЕОМЕТР). Плотность жидкости определяют как отношение массы жидкости к объему пикнометра, а массу жидкости определяют как разность весов пикнометра с жидкостью и пикнометра.The simplest device for obtaining a measured volume of liquid is known - a pear-shaped vessel with a narrow and long neck with an annular mark that defines a given volume, called the pycnometer (Big Soviet Encyclopedia - TSB. Third edition. Volume 2, p. 511, AREOMETR). The density of the liquid is defined as the ratio of the mass of the liquid to the volume of the pycnometer, and the mass of the liquid is determined as the difference between the weights of the pycnometer and the liquid and the pycnometer.

Недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает прямых измерений плотности жидкости.The disadvantage of this device is that it does not provide direct measurements of the density of the liquid.

Более близким аналогом является ареометр (там же, в БСЭ название денсиметр) - измеритель плотности жидкости, включающий поплавок с балластом в нижней части и шкалой в верхней цилиндрической части меньшего диаметра, который погружают в цилиндрический сосуд с измеряемой жидкостью. Плотность жидкости определяют непосредственным отсчетом по делениям шкалы на уровне свободной поверхности жидкости (Большая Советская Энциклопедия - БСЭ. Третье издание. Том 2, стр.551. АРЕОМЕТР.).A closer analogue is a hydrometer (ibid., In TSB the name is a densimeter) - a liquid density meter that includes a float with ballast in the lower part and a scale in the upper cylindrical part of a smaller diameter, which is immersed in a cylindrical vessel with the measured liquid. The density of the liquid is determined by a direct reading of the divisions of the scale at the level of the free surface of the liquid (Big Soviet Encyclopedia - TSB. Third edition. Volume 2, p.551. AREOMETER.).

Недостаток устройства - узкий диапазон измеряемых плотностей, чем обусловлена необходимость использования набора ареометров на разные диапазоны измерения плотности жидкостей. Дополнительный недостаток состоит в необходимости использования относительно больших количеств жидкости для измерений, даже при использовании цилиндрических сосудов, соответствующих размерам ареометра.The disadvantage of this device is a narrow range of measured densities, which necessitates the use of a set of hydrometers for different ranges of measuring the density of liquids. An additional disadvantage is the need to use relatively large amounts of liquid for measurements, even when using cylindrical vessels corresponding to the size of the hydrometer.

Наиболее близким аналогом является измеритель плотности жидкостей, включающий цилиндрический сосуд для измеряемой жидкости, полый цилиндрический поплавок с балластом и шкалу, которая выгравирована на цилиндрическом поплавке постоянного диаметра. В верхней части цилиндрического сосуда расположены внутренние выступы, центрующие положение поплавка. (Патент №2339019, RU. Измеритель плотности жидкостей (варианты), фиг.1).The closest analogue is a liquid density meter, including a cylindrical vessel for the measured liquid, a hollow cylindrical float with ballast and a scale that is engraved on a cylindrical float of constant diameter. In the upper part of the cylindrical vessel are internal protrusions that center the position of the float. (Patent No. 2339019, RU. Measurement of the density of liquids (options), figure 1).

Недостатки устройства следующие. 1. Относительно большое количество измеряемой жидкости. 2. Нелинейность шкалы. 3. Малый интервал измеряемых величин, ограниченный начальным участком шкалы. 4. Загрязнение наружной поверхности цилиндрического поплавка. 5. Разное действие капиллярных сил различных измеряемых жидкостей на погружение цилиндрического поплавка, что вносит ошибки в измерения.The disadvantages of the device are as follows. 1. A relatively large amount of measured fluid. 2. Nonlinearity of the scale. 3. A small interval of measured values limited by the initial portion of the scale. 4. Contamination of the outer surface of the cylindrical float. 5. The different action of the capillary forces of various measured liquids on the immersion of a cylindrical float, which introduces errors in the measurements.

Технической задачей является создание денсиметра, удобного для измерения плотности малого количества жидкости, с линейной шкалой и возможностью измерения плотности жидкостей в интервале от 0,75 до 3 г/см³и более, без загрязнения наружных поверхностей измеряемой жидкостью и при отсутствии действия капиллярных сил со стороны измеряемой жидкости на результаты измерений.The technical task is to create a densimeter that is convenient for measuring the density of a small amount of liquid, with a linear scale and the ability to measure the density of liquids in the range from 0.75 to 3 g / cm ³ or more, without contaminating the outer surfaces with the measured liquid and in the absence of capillary forces sides of the measured fluid to the measurement results.

Поставленная задача решается денсиметром для измерения плотности жидкостей, включающим цилиндрический сосуд, полый цилиндрический поплавок постоянного диаметра с балластом и выгравированной шкалой, в котором цилиндрический сосуд заполнен инертной жидкостью известной плотности и закрыт центрующим колпачком, а цилиндрический поплавок заполнен измеряемой жидкостью до выбранного уровня множителя шкалы плотности жидкости и погружен в инертную жидкость.The problem is solved by a densimeter for measuring the density of liquids, including a cylindrical vessel, a hollow cylindrical float of constant diameter with a ballast and an engraved scale, in which the cylindrical vessel is filled with an inert liquid of known density and closed with a centering cap, and the cylindrical float is filled with the measured liquid to the selected level of the density scale factor liquid and immersed in an inert liquid.

Отличия от прототипа состоят в том, что цилиндрический сосуд заполнен инертной жидкостью известной плотности и закрыт центрующим колпачком, а цилиндрический поплавок заполнен измеряемой жидкостью до выбранного уровня множителя шкалы плотности жидкости и погружен в инертную жидкость.Differences from the prototype are that the cylindrical vessel is filled with an inert liquid of known density and closed with a centering cap, and the cylindrical float is filled with the measured liquid to the selected level of the multiplier of the liquid density scale and immersed in an inert liquid.

Указанные отличия обеспечивают решение поставленной задачи. Так заполнение цилиндрического сосуда инертной жидкостью известной плотности полностью исключает влияние капиллярных сил на результаты измерений, поскольку эти силы постоянны и учитываются автоматически при градуировке. Цилиндрический поплавок заполнен измеряемой жидкостью до уровня выбранного множителя линейной шкалы плотности жидкости, что обеспечивает возможность измерений плотности жидкостей в широком интервале значений. Малое количество измеряемой жидкости обусловлено тем, что объем цилиндрического поплавка меньше объема цилиндрического сосуда. Инертная жидкость не загрязняет наружную поверхность цилиндрического поплавка.These differences provide a solution to the problem. So filling a cylindrical vessel with an inert liquid of known density completely eliminates the influence of capillary forces on the measurement results, since these forces are constant and are automatically taken into account when calibrating. The cylindrical float is filled with the measured liquid to the level of the selected factor of the linear liquid density scale, which makes it possible to measure the density of liquids in a wide range of values. The small amount of measured liquid is due to the fact that the volume of the cylindrical float is less than the volume of the cylindrical vessel. Inert liquid does not contaminate the outer surface of the cylindrical float.

На чертеже показана схема денсиметра в разрезе с сохранением шкалы.The drawing shows a diagram of the densimeter in section with the preservation of the scale.

Денсиметр состоит из цилиндрического сосуда 1, подставки 2, центрующей крышки 3, заполненного инертной жидкостью 4, куда помещен цилиндрический поплавок 5 с балластом 6, заполненный измеряемой жидкостью 7 до уровня масштабного множителя шкалы 8, и погруженного в инертную жидкость 4 до уровня измерений шкалы 8.The densimeter consists of a cylindrical vessel 1, a stand 2, a centering cover 3 filled with an inert liquid 4, where a cylindrical float 5 with ballast 6 is placed, filled with the measured liquid 7 to the level of the scale factor of scale 8, and immersed in inert liquid 4 to the level of measurement of scale 8 .

Измерение плотности жидкости денсиметром осуществляют следующим образом. В цилиндрический сосуд 1 наливают инертную жидкость 4 до уровня, перекрывающего верхние деления шкалы 8 на цилиндрическом поплавке 5, при его полном погружении. В цилиндрический поплавок 5 заливают измеряемую жидкость 7 до деления шкалы 8 множителя (на чертеже 1,5), при котором свободный уровень инертной жидкости 4 установится на делениях шкалы 8 плотности (на чертеже 0,925). Результат измерений получают, умножая показания шкалы 8 плотности (справа) на показания шкалы 8 множителя (слева) и на плотность инертной жидкости 4.The measurement of the density of the liquid with a densimeter is as follows. An inert liquid 4 is poured into the cylindrical vessel 1 to a level that overlaps the upper divisions of the scale 8 on the cylindrical float 5, when it is completely immersed. The measured liquid 7 is poured into the cylindrical float 5 before dividing the scale 8 of the factor (in Fig. 1.5), in which the free level of the inert liquid 4 is established on the divisions of the density scale 8 (in the drawing 0.925). The measurement result is obtained by multiplying the readings of the density scale 8 (right) by the readings of the scale 8 of the multiplier (left) and the density of the inert liquid 4.

Основу работы денсиметра составляют законы плавания тел. Следствием этих законов является: масса жидкости, вытесненная телом, равна массе плавающего тела. Чтобы цилиндрический поплавок 5 плавал, необходимо чтобы средняя плотность цилиндрического поплавка 5 с измеряемой жидкостью ρ=m/V₀, была меньше плотности инертной жидкости 4 - ρ_ин. Где m - масса цилиндрического поплавка с измеряемой жидкостью 7, V₀ - объем цилиндрического поплавка 5. Тогда ρ_инV=m, но V=Sh, где V - объем жидкости 4, вытесняемый цилиндрическим поплавком 5 в пространство между цилиндрическим сосудом 1 и цилиндрическим поплавком 5, сечением S и высотой h. Отсюда следует ρ_инS·h=m и h=m/(ρ_ин·S). Эта формула используется для последующих расчетов делений шкалы плотностей 8 (справа), которую гравируют на наружной поверхности цилиндрического поплавка 5. Вторым условием является устойчивое вертикальное положение цилиндрического поплавка 5, выполняющееся при условии, когда центр тяжести цилиндрического поплавка 5, заполненный наиболее легкой измеряемой жидкостью 7 до масштабного уровня 1, будет располагаться ниже точки приложения равнодействующей выталкивающей силы со стороны инертной жидкости 4. Для выполнения этого условия, в зависимости от толщины стенок цилиндрического поплавка 5, может потребоваться балласт 6 в виде утолщения дна. Выполнение этого условия необходимо для точного отсчета измеряемой величины и для исключения возможности трения между цилиндрическим сосудом 1 и цилиндрическим поплавком 5.The basis of the densimeter is the laws of swimming bodies. The consequence of these laws is: the mass of fluid displaced by the body is equal to the mass of the floating body. In order for the cylindrical float 5 to float, it is necessary that the average density of the cylindrical float 5 with the measured liquid ρ = m / V ₀ be less than the density of the inert liquid 4 - ρ _in . Where m is the mass of the cylindrical float with the measured liquid 7, V ₀ is the volume of the cylindrical float 5. Then ρ _in V = m, but V = Sh, where V is the volume of the liquid 4 displaced by the cylindrical float 5 into the space between the cylindrical vessel 1 and the cylindrical float 5, section S and height h. This implies ρ _in S · h = m and h = m / (ρ _in · S). This formula is used for subsequent calculations of the divisions of the density scale 8 (on the right), which is engraved on the outer surface of the cylindrical float 5. The second condition is a stable vertical position of the cylindrical float 5, provided that the center of gravity of the cylindrical float 5 filled with the lightest measured liquid 7 to scale level 1, it will be located below the point of application of the resultant buoyant force from the inert liquid 4. To fulfill this condition, depending Depending on the wall thickness of the cylindrical float 5, ballast 6 may be required in the form of a thickening of the bottom. The fulfillment of this condition is necessary for an accurate reading of the measured value and to exclude the possibility of friction between the cylindrical vessel 1 and the cylindrical float 5.

Для изготовления измерителей плотности жидкостей пригодны прозрачные стекла и жесткие пластмассы. В качестве инертной жидкости 4 рационально использовать воду, а для измерений плотностей жидкости 7 ниже наименьшего деления шкалы 8 - спирт.Transparent glasses and hard plastics are suitable for the manufacture of liquid density meters. As an inert liquid 4 it is rational to use water, and for measuring the density of a liquid 7 below the smallest division of a scale of 8, alcohol.

Технико-экономические преимущества использования денсиметра состоят в возможности удобных и безопасных измерений плотностей жидкостей в интервале от 0,75 до 3,18 г/см³ с точностью 0,05-0,1%, и с использованием малых количеств жидкости, что весьма существенно, когда количество жидкости ограничено. Возможны непрямые измерения плотностей твердых тел.Technical appraisal and economic advantages of using a densimeter include the possibility of convenient and safe measurements of liquid densities in the range from 0.75 to 3.18 g / cm ³ with an accuracy of 0.05-0.1%, and using small amounts of liquid, which is very significant when the amount of fluid is limited. Indirect measurements of the densities of solids are possible.

Claims

Densimeter for measuring density, including a cylindrical vessel, a hollow cylindrical float of constant diameter with a ballast and an engraved scale, characterized in that the cylindrical vessel is filled with an inert liquid of known density and closed with a centering cap, and the cylindrical float is filled with the measured liquid to the selected level of the multiplier of the liquid density scale and immersed in an inert liquid.