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技術(shù)文章
瑪芝哈克密度儀的設(shè)計(jì)與測(cè)定方法
- 點(diǎn)擊次數(shù)：468 發(fā)布時(shí)間：2014-12-5
測(cè)定固體的密度是基于阿基米得原理：
一個(gè)浸入液體的固體將受到浮力的作用.浮力的值等于固體排開(kāi)液體體積的重量。
用比重天平可秤取固體在空氣中與在水中的稱(chēng)量,那么如果已知產(chǎn)生浮力的液體密度,則固體的密度由下式?jīng)Q定:
或者，如果已知浸入的固體的體積,那么液體的密度由下式?jīng)Q定:
ρ=固體密度 ρ(fl)=液體密度
W(a)=固體在空氣中的重量 W(fl)= 固體在液體中的重量
G = 被浸入液體的浮力 V =液體的體積
＃如果您只需要測(cè)定的密度精度到小數(shù)點(diǎn)一位至二位,那么用以上提及的公式來(lái)測(cè)定固體的密度就足夠了.
誤差來(lái)源和修正方法：
＃如果您所需要測(cè)定的密度精度到小數(shù)點(diǎn)三位, 請(qǐng)考慮以下的誤差及修正因子:
1、溫度將影響產(chǎn)生浮力的液體密度
2、在空氣中稱(chēng)量時(shí)空氣浮力的影響
3、當(dāng)樣品浸入時(shí), 所裝配的懸掛盤(pán)浸入深度的變化
4、懸掛盤(pán)的懸吊線所產(chǎn)生的液體吸附力
5、樣品上的氣泡
以上的某些誤差可以通過(guò)如下的步驟修正:
A、測(cè)量有關(guān)液體的溫度并修正相應(yīng)的密度值：補(bǔ)償設(shè)定
B、定義用于裝載液體的容器的內(nèi)徑：大尺寸水槽的設(shè)計(jì)
1、液體密度與溫度的關(guān)系：
產(chǎn)生浮力的液體密度取決于溫度.溫度每變化1℃,相應(yīng)密度的變化
A、蒸餾水變化0.02%
B、酒精和烴類(lèi)變化0.1%
換句話說(shuō),這將在測(cè)定的密度中影響到小數(shù)點(diǎn)的第三位.
為修正溫度對(duì)密度的影響,請(qǐng)進(jìn)行以下步驟:
A、用隨裝置提供的溫度計(jì)測(cè)量液體的溫度
B、找zui常使用的液體,水和酒精,在不同測(cè)量溫度下的密度,并使用該密度值ρ(fl).
2、空氣浮力：
空氣的重量取決于它的溫度,濕度和氣壓. 1立方厘米的空氣的重量大約為1.2mg. 當(dāng)在空氣中稱(chēng)量時(shí),一個(gè)固體每1cm3的體積都將受到相應(yīng)這樣一個(gè)浮力的作用.
如果要求空氣浮力帶來(lái)的誤差不允許出現(xiàn)在小數(shù)點(diǎn)第三位,就應(yīng)該進(jìn)行修正.
下面的公式用于空氣浮力的修正:
這里: ρ(a) = 標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣的密度(溫度20℃ , 壓力101.325kPa)
3、浸入深度：
在液體中稱(chēng)量時(shí),承載或浸入樣品的吊欄連接于四根線并浸入液體表面以下約30mm.
因?yàn)樵诿看畏Q(chēng)量前天平均要扣重, 因此由稱(chēng)量裝置浸入部分所產(chǎn)生的浮力將不會(huì)對(duì)密度測(cè)定產(chǎn)生影響.
但當(dāng)一個(gè)固體樣品在液體中稱(chēng)量時(shí), 所排開(kāi)的液體體積對(duì)應(yīng)于液體樣品的體積. 這將使懸掛盤(pán)的吊線被浸入到更深的位置,從而產(chǎn)生一個(gè)附加的浮力，造成密度測(cè)定的一個(gè)誤差. 使用下面的公式來(lái)修正這個(gè)誤差:
因?yàn)樾拚蜃觾H由測(cè)量裝置的幾何尺寸來(lái)決定, 所以在測(cè)定固體的密度時(shí), 請(qǐng)一定使用大直徑的水槽.在沒(méi)有修正因子時(shí)可降低誤差。
4、在線的液體吸附力
當(dāng)樣品容器(或篩網(wǎng))浸入到產(chǎn)生浮力的液體中時(shí), 液體由于吸附作用而附在線上, 并產(chǎn)生了一個(gè)約3毫克左右的附加的重量.
因?yàn)闃悠啡萜?或篩網(wǎng))在空氣中和在液體中稱(chēng)量時(shí)均浸入在產(chǎn)生浮力的液體中, 而且每次測(cè)量開(kāi)始時(shí)天平均要去皮,因此彎月形對(duì)象的影響可以忽略.
為了減少表面張力和在線液體的摩擦, 可在燒杯里的蒸餾水中加入三滴抗靜電劑或一般的洗滌劑.
因?yàn)橐后w附著在線上,可能即使在穩(wěn)定符號(hào)"g"出現(xiàn)以后, 重量仍在緩慢變化.因此,在"g"顯示后立即讀出重量.
5、空氣氣泡
由附著在樣品上的空氣氣泡引起的測(cè)量誤差可以由下面的方法來(lái)估計(jì).
當(dāng)樣品在水中稱(chēng)重時(shí),
一個(gè)直徑為0.5mm的氣泡將產(chǎn)生一個(gè)小于0.1mg的附加的浮力.
一個(gè)直徑為1mm的氣泡將產(chǎn)生一個(gè)0.5mg的附加的浮力.
一個(gè)直徑為2mm的氣泡將產(chǎn)生一個(gè)約為4.2mg的附加的浮力.
更大的氣泡必須用刷子或其它工具去除.可以在稱(chēng)量前在另一個(gè)容器中打濕樣品.
固體密度的測(cè)定：(使用蒸餾水.)
W(a)和G的單位是g, G=W(a)-W(fl)
ρ(fl)的單位是g/cm3
密度小于1g/cm3的固體密度的測(cè)定：
方法一：
依然用蒸餾水產(chǎn)生浮力，利用抗浮架。測(cè)定時(shí)先放樣品于水面，再浸入于抗浮架下。也可用鑷子或其它工具直接將樣品置于抗浮架下。如果樣品產(chǎn)生的浮力太大以至篩網(wǎng)無(wú)法將其浸入網(wǎng)下，則可在框架頂部稱(chēng)盤(pán)添加一重量來(lái)增加篩網(wǎng)的重量
方法二：
使用一種低于被測(cè)物體密度的液體來(lái)產(chǎn)生浮力，推薦用乙醇（密度zui高約為0.8g/cm3）乙醇的密度ρ(fl)（與溫度的關(guān)系）可查到。
結(jié)果中乙醇表面張力帶來(lái)的負(fù)面影響比使用蒸餾水更小，因此可不考慮張力的影
響。
當(dāng)使用乙醇時(shí)，您必需注意安全因素。
如果固體的密度與蒸餾水的密度只有輕微的差異，測(cè)定就只能使用方法二，因?yàn)槿绻褂梅椒ㄒ?，樣品懸浮在水中，可能產(chǎn)生測(cè)量誤差。
當(dāng)測(cè)定粉粒密度時(shí)也只能使用方法二，因?yàn)橛梅椒ㄒ缓茈y在篩網(wǎng)下得到全部的樣品。在樣品可能被乙醇破壞或溶解時(shí)禁止使用。
測(cè)量步驟（針對(duì)方法一）
W(a)和G的單位是g, G=W(a)-W(fl)
ρ(fl)的單位是g/cm3
液體密度的測(cè)定：
在平臺(tái)的*放置小口徑的燒杯(ф55mm)
在燒杯中注滿被測(cè)液體使其高于玻璃鉛垂10mm
測(cè)定浮力G=W(a)-W(fl)
G的單位是g, V的單位是cm3 此玻璃鉛垂的體積是可自由設(shè)定。
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