Плотность — важный показатель качества сырья и готовой продукции. Существует несколько методик, позволяющих точно измерять плотность твёрдых, вязких и жидких материалов, таких как металлы, пластмассы, химическая продукция, смазочные материалы и пищевые продукты.

Плотность в контроле качества

Изменение плотности указывает на изменение сырья, что может неблагоприятно отразиться на функциональных свойствах или качестве конечного продукта. Измерение плотности сырья позволяет подтвердить чистоту материала: если вещество разбавлено более дешёвым заменителем, измеренная плотность композиции будет отличаться от плотности чистого материала.

Плотность позволяет убедиться в однородности. Если изготовленная деталь неоднородна, могут пострадать такие критически важные свойства, как прочность и стойкость к растрескиванию. Например, небольшой внутренний пузырёк воздуха со временем может привести к разрушению детали под нагрузкой. Выборочный контроль деталей — простой и экономичный способ непрерывного мониторинга качества.

Почему важно точное взвешивание

Гравиметрические методы определения плотности, обычно применяемые в лабораториях, включают метод гидростатического взвешивания, метод вытеснения и пикнометрический метод.

Наиболее распространённый метод гидростатического взвешивания основан на принципе Архимеда: потеря веса тела, погружённого в жидкость, равна весу вытесненной им жидкости. Этот древний принцип, восходящий примерно к 200 году до н. э., до настоящего времени применяется для точного гравиметрического определения плотности. Поэтому точность определения плотности в значительной мере зависит от точности значений массы.

Порядок работы на весах для определения плотности

Метод гидростатического взвешивания — принцип Архимеда на практике

Принцип Архимеда гласит, что на тело, частично или полностью погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости.

Твёрдое тело сначала взвешивают в воздухе (A), а затем во вспомогательной жидкости с известной плотностью (B). Плотность твёрдого тела ρ рассчитывается следующим образом:

ρ — плотность образца

A — масса образца в воздухе

B — масса образца во вспомогательной жидкости

ρ0 — плотность вспомогательной жидкости

ρL — плотность воздуха

Необходимо учитывать температуру жидкости, поскольку каждый °C может вызывать изменение плотности порядка от 0,001 до 0,1, а этот эффект заметен уже в третьем знаке после запятой результата.

​

Область применения, преимущества и недостатки методов определения плотности

Гравиметрический метод, гидростатическое взвешивание

Гравиметрический метод, вытеснение

Гравиметрический метод, вытеснение

Гравиметрический метод, вытеснение

Стандарты определения плотности

Существует множество стандартов и нормативных документов по определению плотности. Наиболее часто применяются:

Сложности точного определения плотности

Пузырьки воздуха

Безусловно, крупнейший источник погрешности при определении плотности — ограниченная смачиваемость образца. При погружении образца в жидкость необходимо удалить все пузырьки воздуха, прилипшие к образцу и оборудованию. Любой оставшийся пузырёк создаёт эффект выталкивания, искажающий расчёт плотности. (Пузырёк диаметром 1 мм создаёт выталкивающую силу 0,5 мг.) Рекомендуем:

Температура

Твёрдые тела, как правило, нечувствительны к изменениям температуры окружающей среды, и соответствующее изменение плотности пренебрежимо мало. Однако при использовании вспомогательной жидкости для определения плотности температуру необходимо учитывать: жидкости подвержены гораздо более сильному влиянию, а изменения плотности составляют порядка 0,1–1 ‰ на каждый °C.

Это заметно влияет на точность третьего знака после запятой результата взвешивания. Для получения точных результатов рекомендуем всегда учитывать температуру вспомогательной жидкости при каждом определении плотности. Соответствующие значения можно найти в специальных таблицах. Плотности важнейших эталонных жидкостей (H2O и этанола) сохранены в памяти весов.

Взвешивание

Как отмечено выше, взвешивание играет ключевую роль в точном определении плотности, поэтому используемые весы должны отвечать требованиям задач по определению плотности. Для малых образцов необходимо учитывать минимальную навеску весов — для образцов ниже минимальной навески требуемая точность не гарантируется.

Обработка данных

Ручное переписывание данных образца, значений массы и результатов расчёта плотности отнимает много времени и приводит к ошибкам.

​

Решения VicoMeter для определения плотности

Весы для определения плотности VicoMeter позволяют легко определять плотность твёрдых тел и жидкостей методом гидростатического взвешивания, обеспечивая более надёжные результаты, чем другие методы.

VicoMeter предоставляет подробные пошаговые инструкции, которым без труда может следовать даже необученный оператор. Дополнительные преимущества: