Ареометры — принцип работы. Строение и особенности. Какой прибор измеряет плотность?

При использовании таких манометров важно действовать быстро, поскольку нужный рычаг может немного замедлить своё движение.

Ареометры — принцип работы. Строение и особенности

Ареометр представляет собой важнейший инструмент, который широко используется как в лабораторных условиях, так и в домашних условиях для выполнения различных задач. Это устройство не только незаменимо в научных исследованиях, но и имеет практическое применение в быту.

Проще говоря, ареометр предназначен для быстрого и точного измерения плотности, концентрации растворов и выявления количеств примесей в различных жидкостях. При этом стоимость этих приборов достаточно умеренная, и их легко можно приобрести у большинства поставщиков лабораторного оборудования.

К характеристикам ареометров, их размерам, правилам измерения и другим параметрам предъявляются строгие требования, которые регламентируются рядом нормативных документов: ГОСТ 18481, ГОСТ 8.428:2009, OIML R 44:2014018, ISO 387, ISO 649-1, ISO 649-2, ISO 650, EN ISO 3675, ISO 4801, ISO 4805, DSTU 6062, GOST 28947 (ISO 1768), GOST 28947 (ISO 1768), DSTU GOST 31072.

Принцип работы

Работа ареометра основывается на принципе разности плотностей жидкостей и в целом на гидростатическом законе Архимеда. Согласно этому закону, тело, погруженное в жидкость, испытывает выталкивающую силу, которая равна весу вытесненной жидкости. Это позволяет нам точно определить плотность исследуемого вещества.

Строение и особенности

Классический ареометр представляет собой стеклянный цилиндр, одна часть которого более широкая и имеет закругленное дно, в то время как другая часть гораздо уже. На обеих трубках имеются этикетки, обозначающие соответствующие единицы измерения, которые обычно связаны с концентрацией вещества или фактической плотностью раствора.

Внутри широкой части ареометра предусмотрен груз, который часто выполнен в виде свинцовых шариков. Этот груз необходим для того, чтобы прибор сохранял вертикальное положение при проверке плотности жидкостей.

Плотность жидкости определяется как отношение массы ареометра к объему вытесненной им жидкости. Это соотношение зависит от плотности раствора, который мы измеряем, а также от веса груза, установленного на ареометре.

Для ареометров с фиксированным объемом на колбе предусмотрена специальная отметка, до которой необходимо погрузить прибор. Подбирая грузы с различными весами, можно достичь необходимой глубины погружения. На основе веса поплавка и прикрепленных к нему гирь можно установить плотность рассматриваемого вещества.

Сфера применения

Измерения концентрации и плотности веществ актуальны во многих областях. Они необходимы для контроля содержания алкоголя в напитках, оценки качества кислоты в аккумуляторах, анализа состояния антифризов, определения жирности молочных продуктов, измерения концентрации растворов сахара и соли, а также определения степени спелости различных фруктов и содержания растворенных веществ в соках. Это всего лишь некоторые примеры задач, где ареометры играют исключительно важную роль.

В домашнем производстве чаще всего используются спиртовые гидрометры, применяемые в виноделии и виноградарстве, а также электролитные денситометры, востребованные среди автолюбителей.

В Лабораториях невозможно обойтись без денситометров.

Описание прибора

Когда речь идет о необходимости определения плотности жидкого вещества, вопрос о том, что такое ареометр, становится актуальным. Ареометр — это практический и эффективный инструмент, который работает на основе гидростатического закона, согласно которому при погружении объекта в жидкость пользователь может наблюдать, что его масса равна массе вытесненного объема. Это позволяет точно установить такие параметры, как кислотность и плотность жидкого объекта.

Ареометр состоит из нескольких компонентов, каждый из которых выполняет свою важную функцию. Основной частью является сам инструмент, а в комплект могут входить резиновые элементы, пробоотборник, пробка и пипетка. Каждая деталь этого набора предназначена для обеспечения правильного и эффективного функционирования прибора.

Разновидности

Спиртометр — предназначен для определения крепости жидкостей, содержащих спирт. Наличие большого количества примесей указывает на ухудшение качества вещества. Эти приборы бывают как бытовыми, так и промышленными, выполненными из металла или стекла. Спиртометр погружается в любой алкогольный напиток, после чего на специализированной шкале отображается процентное содержание спирта. Для максимальной точности спиртометр не должен соприкасаться с материалом посуды, и напиток следует использовать при комнатной температуре;
Лактометр — используется для кисломолочных продуктов и предназначен для определения процента содержания жира. Сферы применения — это как промышленность, так и регулярные проверки соотношения примесей. Для обеспечения точности и достоверности определения содержания жира важно, чтобы продукт не был разбавлен водой;
Солемер — применяют для определения содержания солей в воде. Он также позволяет диагностировать степень жесткости воды и ее пригодность для употребления, что особенно важно в здравоохранении. Солемеры использую, например, на станциях очистки воды или в рыбоводстве;
Рефрактометр (сахарометр) — дает возможность выявить процентное содержание сахара в различных жидкостях. Это знание полезно для определения спелости плодов при сборе урожая. Рефрактометры часто встречаются на предприятиях, производящих соки и газированные напитки. Суть функционирования основана на принципе гидролиза.

Все вышеупомянутые инструменты обеспечивают максимально возможную точность и надежность при измерении содержания примесей в жидкостях. При правильном использовании они способны служить долговечно. Каждый из ареометров создан для работы с определенными типами продуктов.

Правила применения ареометра для электролита

Электролитный ареометр находит популярное применение как в быту, так и в промышленности. С его помощью определяют плотность и концентрацию, влияющие на стабильность работы и срок службы автомобильных аккумуляторов. Для поддерживания долговечности устройства крайне важно регулярно контролировать и корректировать его параметры.

Автомобильный аккумулятор представляет собой важный источник электрической энергии, в котором происходят специальные химические реакции. Электролит — это раствор кислот и щелочей, и его оптимальная концентрация должна находиться в пределах 1,22-1,29 грамма на кубический сантиметр. Температура исследования должна колебаться от 19 до 29 градусов.

ТВ-тюнер для телевизора: что это такое. Что такое тюнер в телевизоре?

Снижение плотности электролита даже на 0,01 грамма может являться признаком низкого уровня заряда аккумулятора. Как только ситуация будет исправлена, показатели должны прийти в норму. Тем не менее стоит заметить, что плотность жидкости может варьироваться, что требует регулярного контроля и корректировки.

Виды

На данный момент существуют специальные ареометры для измерения различных веществ, таких как молоко, нефтепродукты, солевые растворы, кислоты и щелочи, а также спирт, сахар, электролиты и тормозные жидкости.

Шкалы моделей этих приборов градуированы в зависимости от характеристик соответствующей жидкости, что существенно упрощает процесс измерения.

Приборы общего назначения должны иметь ярлыки с обозначением фактической плотности. В таких случаях результаты измерений определяются с помощью специальных таблиц, которые показывают соотношение плотности и концентрации исследуемого вещества. На сегодняшний день в доступе есть множество таких таблиц, в том числе в печатном варианте. Наиболее популярные варианты универсальных ареометров представляют собой наборы, содержащие множество измерительных приборов с разнообразными рабочими характеристиками.

Приборы обозначаются крупными буквами, указывающими их назначение. Первая буква будет «A», вторая обозначает конкретное вещество (жидкость), о которой идет речь. Вот несколько примеров:

Молоко – АМ;
Электролит – АЭ;
Спирт – АСП;
Сахар – АС;
Кислота – АК;
Грунт – АГ.

Комплекты для общего назначения и плотномеры одной плотности имеют маркировку AON. Кроме того, данное обозначение включает числовой показатель, указывающий на рабочий диапазон измеряемой концентрации.

Для нефтепродуктов

Гидрометры типов ANT-1 и ANT-2 используются для определения характеристик сырой нефти, бензина, дизельного топлива и парафина:

Сравнение реальных показателей с теми, которые документально подтверждены (сертификатами);
Проверка на наличие недопустимых примесей;
Установление классности нефтепродуктов.

Важно отметить, что плотномеры данной категории часто оснащены встроенными термометрами.

Все измерения должны проводиться при температуре +20 градусов Цельсия; если температура отличается, необходимо вносить соответствующие поправки в полученные данные.

Лактометры

Этот тип ареометра используется для быстрого и максимально точного определения плотности молока. К примеру, с его помощью возможно выявить наличие разбавителей, таких как вода, а также обнаружить попытки фальсификации с добавлением красителей. Подавляющее большинство подобных измерительных приборов показывает содержание жира в молоке. Если обнаруживается, что продукт является подделкой или имеет низкое качество, показания, как правило, снижаются.

Как правильно пользоваться?

Как и любой другой измерительный инструмент, ареометры требуют надлежащего обращения и тщательного ухода. В этом контексте крайне важно помнить о концепции контрольных интервалов.

В зависимости от типа прибора перед проверкой показаний целесообразно также удостовериться в пределах допуска.

Что касается процесса использования, то в первую очередь необходимо следовать основным правилам эксплуатации классических ареометров, их можно найти в инструкции, предоставленной производителем. Ниже указаны некоторые ключевые моменты.

Ареометр всегда должен быть максимально сухим и чистым.
Необходимо внимательно следить за целостностью устройства.
Сосуд, в который будет помещена исследуемая жидкость, следует выбирать достаточно высокий, чтобы ареометр мог свободно плавать вертикально, не задевая дно.
Показания фиксируют по нижнему мениску в момент, когда измеритель находится в состоянии покоя.
В большинстве случаев измерения проводятся при температуре исследуемых растворов около +20 градусов.

Дополнительно важен алгоритм установки плотности электролита в автомобильных аккумуляторах.

С автомобиля снимают аккумулятор и оставляют его в помещении на несколько часов, чтобы электролит мог прийти в норму и нагреться до температуры около +20 градусов.
Выкручивают пробки на АКБ.
В первую ячейку аккумулятора погружают пипетку измерительного прибора и с помощью груши набирают жидкость.
Дождавшись полной остановки ареометра в колбе, фиксируют показания на шкале и записывают их.
Аналогичные действия повторяются для всех оставшихся ячеек.
Полученные данные анализируются для определения состояния электролита и необходимости обслуживания АКБ.

Как вырастить бонсай из фикуса в домашних условиях. Как из фикуса сделать бонсай?

Нарисованный выше процесс подходит для ареометров класса АЕ с дозатором и зондом. Однако на практике многие водители предпочитают использовать приборы с многоцветными стержнями. Когда колба заполняется исследуемым веществом, один из поплавков поднимается на поверхность. Соотношение между его цветом и плотностью указано на корпусе устройства.

При измерении с использованием таких ареометров важно действовать быстро, так как правая палочка может немного запаздывать с выходом на поверхность.

Как пользоваться ареометром для аккумулятора

Существуют разнообразные измерительные приборы, и некоторые пользователи могут не знать, что именно собой представляют ареометры и как они выглядят. В данной статье мы рассмотрим, что такое ареометр, какими они бывают, как работают и для чего используются.

По определению, ареометр — это прибор для измерения плотности жидкостей, а также твердых и сыпучих материалов. Но почему эта тема рассматривается в контексте аккумуляторов? Давайте разберемся в этом вопросе более детально.

Устройство

Устройство ареометра состоит из поплавка с определенным весом, расположенному в нижней части, и шкалы в верхней части.

Цифры на фотографии указывают на масштаб:

стеклянный поплавок;
груз определенной массы;
шкала.

Шкала делится на единицы, в которых измеряется плотность вещества. Например, спиртометры могут показывать процент спирта в общем объеме жидкости, а плотномеры электролита — граммы кислоты на 1 см³ жидкости (например, воды). На фотографии выше представлен измеритель плотности электролита.

Поскольку плотность жидкостей изменяется в зависимости от температуры, некоторые модели ареометров оборудованы встроенными термометрами.

В предыдущем описании рассмотрен ареометр с постоянным весом, поскольку груз колбы имеет фиксированную массу и не может меняться. Такие ареометры используются исключительно для измерения плотности жидкостей. Однако существуют и другие типы этих приборов, которые работают без весов. Они взвешивают жидкость, добавляя набор грузов до полной вертикальной стабилизации колбы в жидкости или достижения определенной границы. Эти ареометры известны как приборы постоянного объема или гравиметры.

На рисунке указаны следующие элементы:

А – чаша для установки гирь;
В – поплавок;
С – чаша для установки тела, плотность которого нужно измерить;
m – измеряемое тело.

Определение плотности жидкости или твердого тела производится на основе массы добавленного груза и объема вытесненной жидкости с использованием специальных таблиц. Эти устройства часто применяются в лабораторных условиях для оценки плотности твердых тел, когда известны плотность жидкости и масса исследуемого твердого объекта.

Принцип работы

Давайте рассмотрим, как функционирует ареометр. Оба вышеупомянутых типа измерительных приборов применяют закон Архимеда, который гласит: «На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу объема жидкости или газа, вытесненной телом, погруженным в жидкость или газ».

Чем глубже погружен поршень гидрометра с фиксированным весом, тем меньше плотность жидкости. В случае приборов с фиксированным объемом глубина погружения также зависит от массы гирь и плотности тела, которое измеряется.

В гидрометрах с постоянным объемом также учитывается объем исследуемого тела, поскольку оно погружено в жидкость.

Разновидности

В повседневной жизни мы в основном пользуемся конструкциями с фиксированным весом для измерения плотности жидкостей, и поэтому сосредоточимся на разновидностях этого типа приборов. В предыдущем разделе мы описали конструкцию поплавкового ареометра. Для измерения плотности жидкости её наливают в емкость и помещают в устройство.

Как пользоваться

Теперь давайте выясним, как правильно использовать ареометр для измерения плотности электролита в аккумуляторе. Начнем с обычного ареометра и простого мультиметра. Сначала нужно извлечь электролит из батареи с помощью шприца и налить его в подходящую емкость. Рекомендуется использовать узкий сосуд, так как для измерения недостаточно электролита, чтобы заполнить, например, трехлитровую банку так, чтобы поплавок имел возможность свободно плавать. Затем необходимо удалить устройство с конца и погрузить его в этот сосуд. Важно убедиться, что дно устройства не касается дна емкости и поплавок способен свободно плавать.

Плотность измеряется с использованием стандартного однопоплавкового ареометра.

Теперь необходимо зафиксировать показания на шкале. Учитываются значения, находящиеся на верхней границе жидкости. На приведенной фотографии они указаны стрелкой.

Этот метод не очень удобен, поэтому мы переходим к измерениям с помощью прибора, оснащенного шприцем. Этот процесс значительно проще. Мы сжимаем плунжер, погружаем иглу в требуемую часть, отпускаем плунжер, и шприц заполняется электролитом. Уровень электролита, как и в первом случае, должен оставаться таким, чтобы поплавок ареометра свободно плавал. После этого снова продолжаем измерения.

Среди всех доступных конструкций остается вариант с несколькими поплавками. Его основное ограничение заключается в узком диапазоне измерений и низкой точности, однако он довольно функционален.

Прибор также имеет шприцевое устройство и может содержать от пяти до семи поплавков. Этот метод заключается в том, что вы заполняете электролитом шприц с колбой и наблюдаете, сколько из поплавков удалось подняться. Поплавок с наибольшим значением является тем, что нам нужно.

Прибор демонстрирует, что плотность электролита в данной секции батареи составляет приблизительно 1,23 г/см³.

Следует учесть, что плотность жидкостей (особенно электролитов) зависит от температуры. Поэтому проведение измерений лучше осуществлять при комнатной температуре, а не при температурах, находящихся за пределами рекомендованных значений.

Процедура измерения может проводиться как при температурах замерзания, так и при плюс 40. Однако если температура значительно отклоняется от 20 градусов, потребуется внести поправки, согласно таблице ниже.

Поправка на различные температуры измерений:

Не стоит забывать об электронных счетчиках и устройствах, встроенных в аккумуляторные батареи. Первые сопровождаются инструкциями, а вторые обозначены непосредственно на самой батарее. Дополнительную информацию о методах измерения плотности можно найти в разделе «Все способы проверки плотности батареи».

Как сделать простую ленточную пилораму своими руками – инструкция, чертежи и материалы. Как сделать ленточную пилораму своими руками?

Для завершения разберём короткое видео, демонстрирующее, как работать с наиболее часто используемым инструментом — шприцем:

Точно так же проводится измерение плотности антифриза и жидкости для стеклоомывающих систем (если она слишком низкая, то в мороз она может просто замерзнуть). Как уже было сказано выше, для этих целей следует воспользоваться специализированным или универсальным ареометром.

Вот и всё об ареометрах, их устройстве и назначении. Прочитав эту статью, вы сможете самостоятельно измерить плотность вашего ареометра. Однако не забывайте, что при работе с кислотами нужно использовать средства индивиду защиты, такие как резиновые перчатки, защитные очки и фартук.

Какие виды ареометров бывают

Гидрометры, как правило, способны измерять удельный вес жидкостей в разнообразных диапазонах, как среди тех, что легче воды, так и среди более тяжелых. Эти устройства применяются в лабораторной практике и промышленности. В быту гравиметры используются для решения специфических задач, поэтому измеряют характеристики жидкостей в довольно ограниченном диапазоне, что делает их более компактными и обеспечивает удобное считывание шкалы с крупными делениями. На производстве, как правило, применяются жидкости с известной плотностью (например, электролит для аккумуляторов, антифриз, жидкости для предотвращения замерзания и пр.), поэтому для этих целей выпускаются приборы, которые способны измерять плотность только в указанных пределах.

При этом нормальные удельные веса каждой из этих жидкостей могут находиться в немного разных диапазонах, что обеспечивает необходимость производства отдельных ареометров для каждого материала. Однако также существуют и универсальные измерительные устройства, пределы измерения которых обозначены на шкале не числами, а ограничительными значениями. Это является более удобным подходом, поскольку в этом случае не нужно запоминать или искать предельные значения.

Несмотря на это, если все доступные данные известны или зафиксированы, можно применять обыкновенные лабораторные измерители удельного веса — они имеют шкалу, разделенную на г/см³, и обладают более широким диапазоном измерения, что актуально для множества других жидкостей.

Гидрометры также активно используются для измерения спирта в самодельных алкогольных продуктах и называют их спиртометром. В этом случае шкала градуируется в градусах алкоголя. Здесь же на плотность жидкости могут влиять другие вещества, такие как сахар, различные масла и пр., из-за чего точность значений спиртометра может стать не очень высока.

Кроме того, ареометры широко используются в быту в качестве лактометров (для определения жирности молока), солемеров (для приготовления солевых растворов с определенной концентрацией) и пр. В зависимости от назначения, эти приборы отличаются в первую очередь масштабом, точностью делений и пределами измерения, хотя принцип измерения плотности остается неизменным.

Типы изготовления колбы

Классический ареометр имеет вертикальную шкалу, по которой можно определить удельный вес измеряемого вещества.

Вторым распространенным вариантом является конструкция, использующая плавание. В стакане располагаются несколько поплавков, каждый из которых имеет разные удельные веса. Когда они погружаются в жидкость, поплавки, плотность которых ниже плотности среды, всплывают вверх, в то время как другие останутся под водой. Это дает возможность выявить нужное значение.

Для получения жидкости иногда требуется дополнительное оборудование, например, бутылка с лампочкой. Имеются и ареометры, встроенные в колбу, из-за чего нет нужды переливать электролит или антифриз в другую емкость. Это делает их использование более удобным.

Как работать ареометром

Независимо от типа ареометра, для определения удельного веса прибор должен быть погружен в жидкость так, чтобы свободно плавал, ненароком не касаясь дна и не упираясь в верхнюю часть. Если конструкция является стандартным ареометром, для измеряемой жидкости ее наливают в отдельную емкость.

Если же конструкция совмещена с колбой, необходимо налить достаточное количество жидкости в колбу.

Когда поплавок находится в стационарном состоянии, считайте значения с шкалы, располагающейся в точке отсечки уровня жидкости. Студенту стоит проверить, чтобы уровень глаз совпадал с уровнем жидкости. По завершению измерений следует долить жидкость до надобности.

Если у ареометра нет шкалы, но предполагается наличие поплавков с разными удельными весами, необходимо проанализировать, какой из них всплыл последним, поскольку именно ему будет соответствовать плотность среды.

Расшифровка шкалы

Если шкала разделена на г/см³ (как это всегда бывает в электролитах), состояние жидкости можно оценить по таблицам. Антифриз может быть на основе диэтиленгликоля или пропиленгликоля (необходимо обратиться к этикетке на бутылке антифриза). Соответствие между концентрацией и плотностью будет немного различным.

Плотность, г/см³	Концентрация пропиленгликоля, %	Температура замерзания, град.	Концентрация диэтиленгликоля, %	Температура замерзания, град.
1,023	30	-13	30	-15
1,038	35	-20	35	-20
1,032	40	-25	40	-25
1,035	45	-30	45	-30
1,038	50	-35	50	-35
1,040	55	-45	55	-43
1,042	60	-55	60	-50
1,043	65	-60	65	-60
1,044	70	-65	70	-70

При повышении плотности течение замерзания не может быть снижено — минимум наблюдается при концентрации примерно 70%. При дальнейшем увеличении концентрации антифриза точка кристаллизации повышается.

Следует также отметить, что все таблицы, включая данную, предназначены для измерений при строго установленных температурных условиях. Если температурные параметры измерения изменяются, точность значений может быть снижена. Также стоит учитывать, что антифриз не содержит только гликоли, но и другие добавки, которые в разной степени меняют плотность. По этой причине измерение точки замерзания может быть неточным. Точно так же обстоит дело с измерительными приборами, имеющими шкалы, соответствующие температуре замерзания антифриза; точность таких шкал в лучшем случае составляет ±5 градусов (в большинстве случаев вероятнее больше).