密度计是一种常用的测量物质密度的仪器,广泛应用于化学、生物、医药等领域。那么,密度计利用什么工作原理呢?
密度计的一种测量原理是浮力法。这种原理基于阿基米德原理,即物体在液体中受到的浮力等于其排开的液体的重量。浮力法的密度计通常由一个敏感的玻璃球或者浮子组成,当该球或者浮子置于要测量密度的液体中时,它的沉没度将与液体的密度成正比。
利用这种原理测量密度时,需要首先把密度仪器放入外界介质中,使其达到平衡状态。之后在密度计中注入一定体积的待测物质,记录下密度计的沉没量,并根据已知样本的密度推算出待测物质的密度。
密度计的另一种测量原理是声速法。测量物质密度时,一定的声波会在物质中传播,而声波的传播速度取决于物质的密度。声速法的密度计是一种在物质中传播声波并计算出声波速度的仪器,通过测量声波在物质中传播的时间并通过已知声速和待测物质的温度、压强来计算物质密度。
相对于浮力法,声速法具有测量精度高、能耗小等优点,因此在一些高精度的领域特别常见。
密度计的第三种测量原理是振动管法,也被称为钢琴齿轮管原理。振动管法的基本思路是:利用物质所在的管道共振频率的变化来计算密度。
具体来说,测量管道的共振频率需要理论预测,使其对应管道中相应物质的密度,当物质注入管道时,其密度会导致管道产生频率的变化,再通过将共振频率中心测量进行变换,最终计算出物质的密度。
上述的三种测量原理都有其应用的局限性,例如,浮力法对于不断析出的分离液体测量就会比较复杂而不易实现,而振动管法的应用范围比较窄。因此,有研究者将这两种方法进行联用,构建出一种复合型的密度计,既可以使用浮力法量測较純净的液体密度,又可以使用振动管法量測较複杂液体的密度。
在这种复合型密度计中,振动管法被用于分辨混合液体,而浮力法则主要应用于清洁液体的密度测量工作。在一些需要同时监测简单和复杂液体的过程中,这种联合的密度计可以更有效地满足应用需要。