Ареометр или лактометр — это прибор, используемый для измерения плотности или относительной плотности жидкостей на основе концепции плавучести . Они обычно калибруются и градуируются по одной или нескольким шкалам, например, по удельному весу .
Ареометр обычно состоит из герметичной полой стеклянной трубки с более широкой нижней частью для обеспечения плавучести , балласта, такого как свинец или ртуть , для устойчивости и узкого стержня с градуировкой для измерения. Жидкость для испытания наливают в высокий контейнер, часто в мерный цилиндр , и ареометр осторожно опускают в жидкость до тех пор, пока он не начнет свободно плавать. Точка, в которой поверхность жидкости касается стержня ареометра, соответствует относительной плотности. Ареометры могут содержать любое количество шкал вдоль стержня, соответствующих свойствам, коррелирующим с плотностью.
Ареометры калибруются для различных целей, например, лактометр для измерения плотности (кремистости) молока, сахарометр для измерения плотности сахара в жидкости или спиртометр для измерения более высокого уровня алкоголя в спиртных напитках .
В ареометре используется принцип Архимеда : твердое тело, взвешенное в жидкости, выталкивается силой, равной весу жидкости, вытесняемой погруженной частью взвешенного твердого тела. Чем ниже плотность жидкости, тем глубже погружается ареометр заданного веса; шток откалиброван для получения числовых показаний.
Гидрометр, вероятно, восходит к греческому философу Архимеду (3 век до н. э.), который использовал его принципы для определения плотности различных жидкостей. [1] [2] Раннее описание ареометра взято из латинского стихотворения, написанного во 2 веке нашей эры Ремнием, который сравнил использование ареометра с методом вытеснения жидкости, использованным Архимедом для определения содержания золота в Гиеро . Корона II . [3]
Гипатия Александрийская (4-5 века нашей эры), выдающаяся греческая женщина-математик, является первым человеком, традиционно связанным с ареометром. [3] В письме Синезий Киренянин просит Гипатию, свою учительницу, сделать для него ареометр:
Рассматриваемый инструмент представляет собой цилиндрическую трубку, имеющую форму флейты и примерно такого же размера. Он имеет насечки на перпендикулярной линии, с помощью которых мы можем проверить вес воды. Конус образует крышку на одном из концов, плотно прилегающую к трубке. Конус и трубка имеют только одно основание. Это называется бариллий. Когда вы помещаете трубку в воду, она остается вертикальной. Затем вы можете спокойно пересчитать насечки и таким образом определить вес воды. [4]
Согласно Энциклопедии истории арабской науки , он использовался Абу Райханом аль-Бируни в 11 веке и описан Аль-Хазини в 12 веке. [5] Он был заново открыт в 1612 году Галилеем и его друзьями и использовался в экспериментах, особенно в Академии дель Чименто. [6] Он снова появился в 1675 году в работе Роберта Бойля (который придумал название «ареометр» ), [3] с типами, разработанными Антуаном Боме ( шкала Боме ), Уильямом Николсоном и Жаком Александром Сезаром Шарлем в конце 18-го века. века, [7] более или менее одновременно с открытием Бенджамином Сайксом устройства, с помощью которого содержание алкоголя в жидкости может быть автоматически определено. Использование устройства Сайкса было обязательным по британскому законодательству в 1818 году. [8]
Ареометр глубже погружается в жидкости с низкой плотностью, такие как керосин , бензин и спирт , и менее глубоко в жидкости с высокой плотностью, такие как рассол , молоко и кислоты . Обычно ареометры, используемые с плотными жидкостями, имеют отметку 1000 (для воды) в верхней части штока, а те, которые используются с более легкими жидкостями, имеют отметку 1000 внизу. Во многих отраслях промышленности используется набор ареометров (1,0–0,95, 0,95–.), чтобы иметь приборы, охватывающие диапазон встречающихся удельных весов.
Современные ареометры обычно измеряют удельный вес , но в некоторых отраслях использовались (а иногда и используются) другие шкалы. Примеры включают в себя:
Специализированные ареометры часто называют в честь их использования: например, лактометр — это ареометр, разработанный специально для использования с молочными продуктами. Иногда их называют этим конкретным названием, иногда ареометрами.
Спиртометр — это ареометр, который показывает крепость спирта в жидкостях, которые по сути представляют собой смесь спирта и воды. Он также известен как доказательство и ареометр Траллеса (в честь Иоганна Георга Траллеса , но обычно пишется с ошибками как Traille и Tralle ). Он измеряет плотность жидкости. Если сахар или другие растворенные вещества отсутствуют, удельный вес раствора этанола в воде может напрямую зависеть от концентрации спирта. Сахарометры для измерения смесей сахара и воды измеряют плотность, превышающую плотность воды. На многих весах указаны объемные проценты «потенциального алкоголя», основанные на заранее рассчитанном удельном весе. Более высокое значение «потенциального алкоголя» по этой шкале вызвано более высоким удельным весом, который, как предполагается, вызван введением растворенных сахаров или материалов на основе углеводов. Показания снимаются до и после ферментации, а приблизительное содержание алкоголя определяется путем вычитания показаний после ферментации из показаний перед ферментацией. [10]
Это были важные инструменты для определения налога, и можно было указать конкретные инструменты производителя. Бартоломью Сайкс обладал монополией в Великобритании, а Мэри Дикас и ее семья пользовались аналогичной монополией в США. [11]
Для проверки чистоты коровьего молока используют лактометр. Удельный вес молока не дает однозначного представления о его составе, поскольку молоко содержит множество веществ, которые тяжелее или легче воды. Для определения общего состава необходимы дополнительные тесты на содержание жира. Инструмент градуирован на сто частей. Молоко вливают и оставляют стоять до образования сливок, затем глубина отложения сливок в градусах определяет качество молока. Если образец молока чистый, лактометр плавает выше, чем если бы он был фальсифицированным или нечистым. [12] [13]
Сахарометр — это тип ареометра, используемый для определения количества сахара в растворе, изобретенный Томасом Томсоном . [14] Он используется в основном виноделами и пивоварами , [15] а также может использоваться при приготовлении сорбетов и мороженого. [16] Первый сахарометр для пивоваров был сконструирован Бенджамином Мартином (имея в виду дистилляцию) и первоначально использовался для пивоварения Джеймсом Баверстоком-старшим в 1770 году. [17] Генри Трал перенял его использование, и позже он был популяризирован Джоном Ричардсоном в 1784 году. [18 ]
Он представляет собой большую утяжеленную стеклянную колбу с поднимающейся сверху тонкой ножкой с калиброванной маркировкой. Уровень сахара можно определить, прочитав значение, при котором поверхность жидкости пересекает шкалу. Чем выше содержание сахара, тем плотнее раствор и, следовательно, тем выше будет плавать луковица.
Термогидрометр — это ареометр, в поплавковой части которого заключен термометр . Для измерения плотности нефтепродуктов, например мазута, образец обычно нагревают в терморубашке, за которой помещают термометр, поскольку плотность зависит от температуры. Легкие масла помещаются в рубашки охлаждения, обычно при температуре 15 °C. Очень легкие масла с большим количеством летучих компонентов измеряются в контейнере переменного объема с использованием устройства для отбора проб с плавающим поршнем , чтобы минимизировать потери легких фракций. [19]
Состояние заряда свинцово-кислотного аккумулятора можно оценить по плотности раствора серной кислоты , используемого в качестве электролита . Ареометр, откалиброванный для измерения удельного веса относительно воды при температуре 60 °F (16 °C), является стандартным инструментом для обслуживания автомобильных аккумуляторов . Таблицы используются для корректировки показаний к стандартной температуре. Ареометры также используются для обслуживания никель-кадмиевых батарей с мокрыми элементами, чтобы гарантировать, что электролит имеет достаточную концентрацию для конкретного применения; для этого химического состава батареи удельный вес электролита не связан с состоянием заряда батареи.
Аккумуляторный ареометр с термометром (термогидрометр) измеряет удельный вес с температурной компенсацией и температуру электролита.
Еще одно применение ареометров в автомобилестроении — проверка качества раствора антифриза , используемого для охлаждения двигателя. Степень защиты от замерзания может быть связана с плотностью (и, следовательно, концентрацией) антифриза; разные типы антифризов имеют разное соотношение между измеренной плотностью и температурой замерзания.
Ацидометр (иногда называемый ацидиметром) — это ареометр, используемый для измерения удельного веса кислоты . [20]
Баркометр калибруется для проверки силы дубильных растворов, используемых при дублении кожи . [21]
Солемер — это ареометр, используемый для измерения содержания солей в питательной воде судового парового котла.
Уринометр — медицинский ареометр, предназначенный для анализа мочи . Поскольку удельный вес мочи определяется соотношением растворенных веществ (отходов) и воды, уринометр позволяет быстро оценить общий уровень гидратации пациента.
Ареометрический анализ – это процесс сортировки мелкозернистых почв, ила и глины . Анализ ареометром проводится, если размеры зерен слишком малы для ситового анализа . В основе этого испытания лежит закон Стокса о падении сфер в вязкой жидкости, в котором конечная скорость падения зависит от диаметра зерна и плотности зерна в суспензии и жидкости. Таким образом, диаметр зерна можно рассчитать, зная расстояние и время падения. Ареометр также определяет удельный вес (или плотность) суспензии, что позволяет рассчитать процентное содержание частиц определенного эквивалентного диаметра. [22]
Баркометр.
.jpg/1280px-Hydrometer_in_a_still_(cropped).jpg)
