Гидрометр/лактометр: измеритель плотности жидкостей. Принцип работы – плавучесть. Устройство, применение, калибровка и как правильно проводить измерения.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство, используемое для измерения плотности жидкостей.
Device used to measure density of liquids
Гидрометр или лактометр – это прибор, используемый для измерения плотности или относительной плотности жидкостей, основанный на принципе плавучести. Обычно они калибруются и имеют одну или несколько шкал, например, шкалу удельного веса. Гидрометр обычно состоит из герметичной полой стеклянной трубки с расширенной нижней частью для обеспечения плавучести, балласта (например, свинца или ртути) для устойчивости и узкого стебля с градуировкой для измерений. Жидкость, которую необходимо проверить, наливают в высокий сосуд, часто в мерный цилиндр, и осторожно опускают гидрометр до тех пор, пока он не начнет свободно плавать. Уровень, на котором поверхность жидкости соприкасается со стеблем гидрометра, соответствует относительной плотности. Гидрометры могут иметь любое количество шкал на стебле, соответствующих свойствам, связанным с плотностью. Гидрометры калибруются для различных целей, например, лактометр для измерения плотности (кремообразности) молока, сахарометр для измерения плотности сахара в жидкости или алкогометр для измерения содержания спирта в спиртных напитках. Гидрометр использует принцип Архимеда: твердое тело, погруженное в жидкость, выталкивается силой, равной весу вытесненной им жидкости. Чем ниже плотность жидкости, тем глубже погружается гидрометр заданного веса; стебель калибруется для отображения числового значения.
A hydrometer or lactometer is an instrument used for measuring density or relative density of liquids based on the concept of buoyancy. They are typically calibrated and graduated with one or more scales such as specific gravity. A hydrometer usually consists of a sealed hollow glass tube with a wider bottom portion for buoyancy, a ballast such as lead or mercury for stability, and a narrow stem with graduations for measuring. The liquid to test is poured into a tall container, often a graduated cylinder, and the hydrometer is gently lowered into the liquid until it floats freely. The point at which the surface of the liquid touches the stem of the hydrometer correlates to relative density. Hydrometers can contain any number of scales along the stem corresponding to properties correlating to the density. Hydrometers are calibrated for different uses, such as a lactometer for measuring the density (creaminess) of milk, a saccharometer for measuring the density of sugar in a liquid, or an alcoholometer for measuring higher levels of alcohol in spirits. The hydrometer makes use of Archimedes' principle: a solid suspended in a fluid is buoyed by a force equal to the weight of the fluid displaced by the submerged part of the suspended solid. The lower the density of the fluid, the deeper a hydrometer of a given weight sinks; the stem is calibrated to give a numerical reading.
Диапазон
Гидрометр глубже погружается в жидкости низкой плотности, такие как керосин, бензин и спирт, и менее глубоко в жидкости высокой плотности, такие как солевой раствор, молоко и кислоты. Обычно гидрометры для плотных жидкостей имеют отметку 1.000 (для воды) в верхней части стебля, а гидрометры для менее плотных жидкостей – 1.000 в нижней части. Во многих отраслях промышленности используют набор гидрометров (1.0–0.95, 0.95–…) для охвата диапазона возможных значений удельного веса.
The hydrometer sinks deeper in low density liquids such as kerosene, gasoline, and alcohol, and less deep in high density liquids such as brine, milk, and acids. It is usual for hydrometers to be used with dense liquids to have the mark 1.000 (for water) near the top of the stem, and those for use with lighter liquids to have 1.000 near the bottom. In many industries a set of hydrometers is used (1.0–0.95, 0.95–.) to have instruments covering the range of specific gravities that may be encountered.
Специализированные гидрометры
Специализированные гидрометры часто называют в соответствии с их назначением: лактометр, например, – это гидрометр, разработанный специально для измерения плотности молочных продуктов. Их иногда называют по конкретному наименованию, а иногда просто гидрометрами.
Specialized hydrometers are frequently named for their use: a lactometer, for example, is a hydrometer designed especially for use with dairy products. They are sometimes referred to by this specific name, sometimes as hydrometers.
Алкогольметр
Алкогольметр – это гидрометр, показывающий содержание спирта в жидкостях, представляющих собой, по сути, смесь спирта и воды. Он также известен как ареометр и гидрометр Тралле (по имени Иоганна Георга Тралле, но часто неправильно пишется как traille и tralle). Он измеряет плотность жидкости. Если в жидкости отсутствуют сахар или другие растворенные вещества, удельный вес раствора этанола в воде может быть напрямую соотнесен с концентрацией спирта. Сахарометры, используемые для измерения сахаросодержащих растворов, измеряют плотность выше плотности воды. Многие из них имеют шкалы, градуированные в объемных процентах "потенциального спирта", основанные на предварительно вычисленном удельном весе. Более высокое значение "потенциального спирта" на этой шкале обусловлено большей плотностью, которая, как предполагается, вызвана добавлением растворенных сахаров или углеводных материалов. Показания снимаются до и после ферментации, а приблизительное содержание спирта определяется путем вычитания показания после ферментации из показания до ферментации. Эти приборы были важны для определения налогов, и могли предъявляться требования к приборам конкретных производителей. Бартоломеу Сайкс обладал монополией в Великобритании, а Мэри Дикас и ее семья – аналогичной монополией в США.
An alcoholmeter is a hydrometer that indicates the alcoholic strength of liquids which are essentially a mixture of alcohol and water. It is also known as a proof and Tralles hydrometer (after Johann Georg Tralles, but commonly misspelled as traille and tralle). It measures the density of the fluid. Where no sugar or other dissolved substances are present, the specific gravity of a solution of ethanol in water can be directly correlated to the concentration of alcohol. Saccharometers for measuring sugar water mixtures measure densities greater than water. Many have scales marked with volume percents of "potential alcohol", based on a pre calculated specific gravity. A higher "potential alcohol" reading on this scale is caused by a greater specific gravity, assumed to be caused by the introduction of dissolved sugars or carbohydrate based material. A reading is taken before and after fermentation and approximate alcohol content is determined by subtracting the post fermentation reading from the pre fermentation reading. These were important instruments for determining tax, and specific maker's instruments could be specified. Bartholomew Sikes had a monopoly in the UK and Mary Dicas and her family enjoyed a similar monopoly in the US.
Лактометр
Для проверки чистоты коровьего молока используется лактометр. Удельный вес молока не является надежным показателем его состава, так как молоко содержит различные вещества, плотность которых выше или ниже плотности воды. Для определения общего состава необходимы дополнительные тесты на содержание жира. Инструмент имеет градуировку в сто частей. Молоко наливают и оставляют до образования сливок, после чего глубина слоя сливок в градусах определяет качество молока. Если образец молока чистый, лактометр будет плавать выше, чем в случае фальсификации или загрязнения.
A lactometer is used to check purity of cow's milk. The specific gravity of milk does not give a conclusive indication of its composition since milk contains a variety of substances that are either heavier or lighter than water. Additional tests for fat content are necessary to determine overall composition. The instrument is graduated into a hundred parts. Milk is poured in and allowed to stand until the cream has formed, then the depth of the cream deposit in degrees determines the quality of the milk. If the milk sample is pure, the lactometer floats higher than if it is adulterated or impure.
Термогидрометр
Термогидрометр – это гидрометр, в котором термометр встроен в поплавковую часть. Для измерения плотности нефтепродуктов, таких как мазут, образец обычно нагревают в термооболочке с термометром, расположенным за ним, так как плотность зависит от температуры. Легкие масла помещают в охлаждающие рубашки, как правило, при 15 °C. Очень легкие масла с большим содержанием летучих компонентов измеряются в емкости с переменным объемом с использованием устройства для отбора проб с плавающим поршнем, чтобы минимизировать потери легких фракций.
A thermohydrometer is a hydrometer that has a thermometer enclosed in the float section. For measuring the density of petroleum products, such as fuel oils, the specimen is usually heated in a temperature jacket with a thermometer placed behind it since density is dependent on temperature. Light oils are placed in cooling jackets, typically at 15 °C. Very light oils with many volatile components are measured in a variable volume container using a floating piston sampling device to minimize light end losses.
Гидрометр на аккумуляторе
Состояние заряда свинцово-кислотной батареи можно оценить по плотности раствора серной кислоты, используемого в качестве электролита. Гидрометр, откалиброванный для измерения удельного веса относительно воды при заданной температуре, является стандартным инструментом для обслуживания автомобильных аккумуляторов. Для приведения показаний к стандартной температуре используются таблицы. Гидрометры также применяются для обслуживания никель-кадмиевых батарей с жидким электролитом, чтобы обеспечить необходимую концентрацию электролита для конкретного применения; для этой химической системы удельный вес электролита не коррелирует с состоянием заряда батареи. Гидрометр с термометром (термогидрометр) измеряет удельный вес с температурной компенсацией и температуру электролита.
The state of charge of a lead acid battery can be estimated from the density of the sulfuric acid solution used as electrolyte. A hydrometer calibrated to read specific gravity relative to water at is a standard tool for servicing automobile batteries. Tables are used to correct the reading to the standard temperature. Hydrometers are also used for maintenance of wet cell nickel cadmium batteries to ensure the electrolyte is of the proper strength for the application; for this battery chemistry the specific gravity of the electrolyte is not related to the state of charge of the battery. A battery hydrometer with thermometer (thermohydrometer) measures the temperature compensated specific gravity and electrolyte temperature.
Тестер антифриза
Еще одно применение гидрометров в автомобильной сфере – проверка качества антифриза, используемого для охлаждения двигателя. Степень защиты от замерзания можно определить по плотности (и, соответственно, концентрации) антифриза; для разных типов антифриза зависимость между измеренной плотностью и температурой замерзания различна.
Another automotive use of hydrometers is testing the quality of the antifreeze solution used for engine cooling. The degree of freeze protection can be related to the density (and so concentration) of the antifreeze; different types of antifreeze have different relations between measured density and freezing point.
Кислотомер
Кислотомер — это гидрометр, используемый для измерения плотности кислоты.
An acidometer, or acidimeter, is a hydrometer used to measure the specific gravity of an acid.
Баркометр
Баркометр калибруется для проверки прочности дубильных растворов, используемых при дублении кожи.
A barkometer is calibrated to test the strength of tanning liquors used in tanning leather.
Салинометр
Салинометр — гидрометр, используемый для измерения солености питательной воды морского парового котла.
A salinometer is a hydrometer used to measure the salt content of the feed water to a marine steam boiler.
Уринометр
Уринометр – это медицинский гидрометр, предназначенный для анализа мочи. Поскольку удельный вес мочи определяется соотношением растворённых веществ (продуктов обмена) к воде, уринометр позволяет быстро оценить общий уровень гидратации пациента.
A urinometer is a medical hydrometer designed for urinalysis. As urine's specific gravity is dictated by its ratio of solutes (wastes) to water, a urinometer makes it possible to quickly assess a patient's overall level of hydration.
Использование в анализе почв
Гидрометрический анализ — это процесс классификации мелкозернистых грунтов, таких как пыли и глины. Гидрометрический анализ выполняется, когда размеры зерен слишком малы для просеивания. В основе этого испытания лежит закон Стокса о движении сфер в вязкой жидкости, согласно которому конечная скорость падения зависит от диаметра зерна и плотностей зерна в суспензии и самой жидкости. Таким образом, диаметр зерна можно вычислить, зная расстояние и время падения. Гидрометр также определяет удельную плотность (или плотность) суспензии, что позволяет рассчитать долю частиц с определенным эквивалентным диаметром.
A hydrometer analysis is the process by which fine grained soils, silts and clays, are graded. Hydrometer analysis is performed if the grain sizes are too small for sieve analysis. The basis for this test is Stoke's Law for falling spheres in a viscous fluid in which the terminal velocity of fall depends on the grain diameter and the densities of the grain in suspension and of the fluid. The grain diameter thus can be calculated from a knowledge of the distance and time of fall. The hydrometer also determines the specific gravity (or density) of the suspension, and this enables the fraction of particles of a certain equivalent particle diameter to be calculated.