Ареометры применяются на производстве и в быту. Прибору, который выглядит, как стеклянный поплавок, найдется применение и в хозяйстве автовладельца. Устройство его несложно, но для правильного использования надо знать основные принципы работы измерителя и свойства жидкостей.
Что измеряют ареометром
Ареометром (от греческих слов araiys жидкий и metréô — измеряю) измеряют плотность жидких веществ. Эту величину также называют удельным весом, и она равна отношению массы субстанции к ее объему. Измеряют плотность в килограммах на кубический метр (кг/м3), но применяют и кратные доли (например, грамм на кубический сантиметр г/см3). Последняя величина удобна тем, что вода при нормальных условиях имеет плотность 1 г/см3, и по известной плотности вещества наглядно видно, легче воды оно или тяжелее. Так, бензин имеет удельный вес 0,7 г/см3 – очевидно, легче воды, а свинец при 9 г/см3 намного тяжелее.
Плотность жидкостей заметно зависит от температуры, а ареометр не делает на это поправки, что вносит значительную погрешность в полученные данные. Если это важно, то поправку придется вычислить по таблицам. Это неудобство с лихвой компенсируется простотой обращения с прибором.
Кто изобрел ареометр
Считается, что ареометр в его современном виде изобрел французский физик Антуан Боме, живший и работавший на рубеже 18-19 веков. До наших дней сохранились несколько приборов, изготовленных французским ученым – один из них представлен на фото. Его конструктив дошел до нас в почти неизменном виде.
На самом деле прибор для измерения плотности известен еще в IV веке нашей эры. Его изобретение приписывают Гипатии (Ипатии) – женщине-математику, философу и естествоиспытателю, жившей в Египте. Но и она занималась лишь конструированием ареометров и других измерительных приборов, а само устройство, известное под названием «гидроскоп» или «гидрометр», было разработано задолго до ее рождения. Имя истинного автора скрыто в веках.
Из чего состоит и как работает устройство
Принцип работы ареометра основан на действии силы Архимеда. На тело, погруженное в жидкость, действует сила, зависящая, в том числе, от плотности этой жидкости. Ареометр состоит из поплавка (обычно стеклянного или из прозрачного пластика), снабженного вертикальной шкалой. Чем плотнее среда, тем больше она выталкивает измерительный прибор, тем большая часть его находится над поверхностью воды. Чем меньше плотность, тем более ареометр погружен в воду. По шкале, показывающей уровень погружения, можно определить плотность жидкой среды. Обычно шкала бытовых приборов сразу градуируется в г/см3 – так удобнее, хотя основная единица измерения кг/м3.
Во многих жидкостях, состоящих из смеси двух или более субстанций разного удельного веса, плотность определяется соотношением веществ. К таким жидкостям в автомобильном хозяйстве относятся:
- аккумуляторный электролит (смесь воды и серной кислоты);
- жидкость омывателя стекол;
- антифриз (смесь воды и диэтиленгликоля).
Потребительские свойства этих веществ зависят от их плотности, поэтому ареометр является незаменимым прибором для контроля состояния электролита и антифриза.
В видео: Чем отличается ареометр от рефрактометра.
Какие виды ареометров бывают
Ареометр в целом может измерять удельные веса жидкостей в широком диапазоне – как для веществ легче, так и тяжелее воды. Такие приборы используют в лабораториях и на производстве. В быту ареометр обычно применяют для каких-то конкретных задач, поэтому они измеряют свойства жидкостей в достаточно узком диапазоне, что позволяет уменьшить их размеры и сделать шкалу с более крупными делениями для удобства считывания. В гаражном хозяйстве обычно применяются жидкости, плотность которых лежат в достаточно узких границах (электролит в аккумуляторах, антифриз, незамерзающая жидкость омывателя и т.п.). Поэтому для этих целей выпускают приборы, измеряющие плотность только в этих лимитах.
Нормальные удельные веса каждой из перечисленных жидкостей лежат в несколько разных диапазонах, поэтому для каждой из них выпускаются отдельные ареометры. Но есть и универсальные приборы – у них на шкалу нанесены пределы измерения не в цифрах, а в предельных уровнях. Так удобнее – не надо запоминать или искать границы нормальных значений.
Но если все данные под рукой или в памяти, можно использовать и обычные лабораторные измерители удельного веса – у них шкала отградуирована в г/см3, и такие устройства имеют более широкий предел измерения, подходящий для многих других веществ.
Ареометры применяют и для измерения содержания спирта в спиртосодержащих напитках кустарного изготовления, такие приборы называют спиртометрами. Их шкала обычно проградуирована непосредственно в алкогольных градусах. Надо понимать, что в этом случае на плотность жидкости влияет не только массовая доля спирта, но и содержание других веществ (сахара, сивушных масел и т.п.), поэтому точность показаний спиртометров невысока.
Также в быту используют ареометры в качестве лактометров (для определения содержания жира в молоке), солемеров (для приготовления солевых растворов определенной концентрации) и т.п. Эти приборы различаются, в основном, шкалой – точностью делений и пределами измерения, в зависимости от назначения. Принцип замера плотности у них один и тот же.
Типы изготовления колбы
Классический ареометр имеет вертикальную шкалу в виде делений, по которым можно определить удельный вес измеряемой субстанции.
Также распространен другой вариант – поплавковый. В колбе плавает несколько палочек с разным удельным весом. При погружении в жидкость те поплавки, что имеют плотность ниже среды, всплывут. Остальные останутся погруженными. Так можно определить искомую величину.
Чтобы выполнить забор жидкости понадобится дополнительное оборудование – например, колба с грушей. Есть ареометры, в которых поплавок встроен внутрь груши – при пользовании таким прибором исключается операция переливания электролита или антифриза в другой сосуд. Пользоваться таким устройством удобнее.
Как работать ареометром
Какого бы вида не был ареометр, для проверки удельного веса прибор надо погрузить в жидкость так, чтобы он свободно всплыл – не касался дна в нижней частью и ни во что не упирался верхней частью. Если это ареометр обычной конструкции, измеряемую жидкость надо налить в отдельный сосуд.
Если конструкция совмещена с колбой с грушей, надо набрать в нее достаточное количество вещества.
Когда поплавок займет стабильное положение, надо считать отметку шкалы, расположенную на срезе уровня жидкости. Лучше, если глаз также будет находиться на этом же уровне. По окончании замера жидкость надо вернуть обратно.
Если у ареометра нет шкалы, а есть поплавки с разным удельным весом, надо посмотреть, какая палочка всплыла последней – плотность среды будет соответствовать ей.
Расшифровка шкалы
Если шкала проградуирована в г/см3 (у ареометров для электролита так бывает всегда), то оценить состояние жидкости можно по таблицам. Незамерзающий теплоноситель может быть выполнен как на основе диэтиленгликоля, так и на основе пропиленгликоля (это можно узнать на этикетке сосуда с антифризом). Соответствие концентрации и плотности будет несколько различаться.
| Значение плотности, г/см3 | Концентрация пропиленгликоля, % | Температура замерзания, град.С | Концентрация диэтиленгликоля, % | Температура замерзания, град.С |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Дальнейшее увеличение плотности не даст понижения температуры замерзания – минимум приходится на концентрацию около 70%, при дальнейшем увеличении содержания незамерзающего компонента, температура кристаллизации будет расти.
Также надо понимать, что все таблицы, включая приведенную, рассчитаны на замер при строго определенной температуре. Если условия измерения плотности отличаются, то точность замера снизится. Кроме того, в состав антифризов входят не только гликоли, но и другие присадки, влияющие на плотность в разной степени. Поэтому определение температуры замерзания с помощью ареометра носит неточный, оценочный характер. Это относится и к приборам, на шкалу которых нанесена непосредственно температура замерзания антифриза – точность таких шкал составляет в лучшем случае ±5 градусов (обычно, погрешность еще больше).
При измерении плотности электролита в аккумуляторе надо ориентироваться на 3 цифры:
- уровень напряжения разомкнутой цепи на клеммах батареи – 12,6 вольт (или выше) – батарея полностью заряжена;
- плотность электролита – 1,27 г/ см3;
- температура окружающей среды и самого аккумулятора +25 градусов.
Если все три значения в наличии, это означает полную исправность АКБ. Если цифры отличаются, надо искать причину. Так, температура окружающей среды сдвигает плотность жидкого реагента вниз при нагревании и вверх при охлаждении.
| Температура электролита, град.С | Плотность электролита при полном заряде батареи, г/ см3 |
|---|---|
| +5 | 1,282 |
| +15 | 1,275 |
| +25 | 1,267 |
| +38 | 1,257 |
| +50 | 1,248 |
Разряд аккумулятора также влияет на удельный вес электролита в сторону снижения.
| Уровень заряда, % | 100% | 75% | 50% | 25% | 0% |
| Удельный вес электролита при +25 град.С, г/ см3 | 1,267 | 1,229 | 1,194 | 1,159 | 1,124 |
Также на плотность электролита может влиять неправильная концентрация серной кислоты. Поэтому для верной интерпретации замеренного значения удельного веса надо привести в соответствие две указанные цифры из трех.
Меры безопасности
Антифриз и аккумуляторный электролит являются вредными для здоровья веществами. При попадании внутрь или в дыхательные пути они неизбежно приведут к отравлению. Серная кислота, содержащаяся в электролите, вызывает раздражение и ожоги кожных покровов и слизистых оболочек. Поэтому меры предосторожности при работе с этими веществами являются необходимыми.
Работать с кислотой и диэтиленгликолем надо в резиновых или латексных перчатках. Нельзя допускать попадания капель жидкостей на кожу и в глаза. Если это случилось, надо немедленно смыть вещества под струей воды, причем удалять тканью или губкой нельзя, чтобы избежать более глубокого втирания вредных жидкостей. Если проблема возникла с электролитом, место попадания надо промыть с помощью щелочных жидкостей – пищевой соды, стирального порошка, подойдет даже мыльный раствор. В сложных случаях надо обязательно обратиться к врачу.
Далеко не лишними при работе с электролитом и антифризом будут средства защиты лица и глаз – маска и очки. А работа в проветриваемом помещении – обязательное условие.
Научиться работать с ареометром несложно. Сложнее создать условия для корректных замеров, а еще надо уметь верно интерпретировать полученные результаты. В этом случае измеритель удельного веса жидкостей станет реальным и незаменимым помощником.
нет данных при какой температуре тарировался ареометр и какие поправки вводить при иной температуре. Не могу найти таблицу поправок