密度测定

使用天平和密度组件测定密度

样品的测量密度是原材料和成品的一个重要质量参数。 有很多技术均可实现固体、粘性和液体材料的准确密度测定，如金属、塑料、化学品、润滑剂和食品。

用于质量控制的密度

密度的变化表明存在原材料变化，可能会对最终产品的功能或质量产生不利影响。 原材料密度测定可用于确认材料的纯度。 如果一种物质参杂了更廉价的替代品，则复合材料的测量密度将与纯正物质不同。

密度可用于确保同质性。 如果生产的零件不是同质的，强度和抗裂性等关键性能属性则可能受影响。 例如，如果内部存在一个很小的气泡，则在受压之后有可能最终导致零件发生故障。 零件随机采样是一种简单且成本高效的持续监测质量的方式。

为什么准确称量至关重要

实验室常用的重量法密度测定有浮力法、位移法和比重瓶法。

最常用的浮力法使用的是阿基米德原理：浸入流体内的物体所损耗的重量等于其取代的流体的重量。 这个古老的原理起源于公元前约200年，到现在仍然精确用于以重量法测定密度。 因此，准确的密度测定很大程度上取决于准确的重量值。

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测定固体样品中密度的工作流程

浮力法 – 实践中的阿基米德原理

阿基米德原理指出，部分或完全沉浸在流体中的物体会受到向上的浮力。 这种浮力的大小等于该物体取代的流体的重量。

首先在空气(A)中称量固体，然后在已知密度的辅助液体(B)中称量。 固体的密度ρ可以按照以下方式计算：

ρ        = 样品的密度

A        = 样品在空气中的质量

B        = 样品在辅助液体中的质量

ρ₀       = 辅助液体的密度

ρ_L       = 空气密度

必须考虑液体的温度，因为每°C可能会导致0.001到0.1数量级的密度变化，
这种影响会在结果小数点后第三位看到。

	重量法，浮力法	重量法，位移法	比重瓶	数字密度计
方法	辅助液体烧杯位于平台上或天平下方。	辅助液体烧杯位于天平上。	指定容量的玻璃烧杯。	振荡管技术
适用范围	固体 液体（带玻璃沉子）	膏状物质（带伽马射线球） 液体（带玻璃沉子） 固体	液体，分散 粉末 细粒	液体 气体
优点	流程快捷 灵活的样品尺寸 称量仪器已经可用	流程快捷 称量仪器已经可用	准确方法 称量仪器已经可用	流程快捷 通过Peltier元件精确温度控制 自动密度测定 样品量少
缺点	温度灵敏性 样品必须小心浸入 不得混入气泡	温度灵敏性 需要大量样品	温度灵敏性 劳动密集型 耗费时间 不得混入气泡	粘性样品需要粘度修正（现代仪器中可用）。

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使用数字密度计进行液体的密度测定

如果除了密度之外还对其他参数感兴趣，数字密度计可以测量液体样品的密度、比重和其它相关属性（例如，酒精百分比含量、BRIX°、API度），精度高，测量时间短。
 

• 使用数字密度计的测量

密度标准

存在很多固体样品密度测定标准和规范。 最常用的有：

• ISO 1183-1：塑料 — 测定非泡沫塑料密度的方法

• OIML G 14：根据OIML进行密度测定

• ASTM-D-792：密度和比重标准测试方法标准

ISO 1183-1规定了4位小数分析天平的用法。

堆积密度的困惑

堆积密度指的是测量体积内包含的颗粒数、部件数或件数。 堆积密度不是材料本身的属性。 堆积密度包括了颗粒或物品之间的空间，以及物品本身内的任何空隙。 堆积密度可能根据材料的处理方式而变化；例如，摇晃容器会让部件下沉，增加总体堆积密度。

是否需要支持？

密度测定是原材料和成品的一个极其重要的质量参数。 我们知道，要确保准确的密度结果，必须考虑很多因素。 如果您需要密度测定方面的支持，或者希望获得购买哪种天平或密度组件的建议，我们的专家团队将随时提供帮助。
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固体准确密度测定的挑战

气泡

到目前为止，密度测定中最大的错误源头来自样品的有限润湿性。 样品浸没在液体中时，务必要去除样品和设备上附着的所有气泡。 任何残余气泡都会导致浮力效应，不利于密度计算。 （1毫米的气泡会产生0.5毫克的浮力。） 我们建议：

• 使用增湿剂或有机液体（增加几滴增湿剂对蒸馏水密度的影响可以忽略）。

• 去除抗溶剂的固体

• 定期清洁设备

• 不要用裸手接触要浸没的部分

• 使用细刷去除顽固气泡
  

温度

固体对环境温度变化一般不敏感，对应的密度变化也无足轻重。 然而，使用辅助液体进行密度测定时，则必须考虑温度。 温度对液体的影响更大，每°C会导致0.1到1‰数量级的密度变化。

这会明显影响到称量结果小数点后第三位的准确性。 为了获得精确的称量结果，我们建议在所有密度测定中始终要考虑辅助液体的温度。 相应的值可在专门的表格中查到。 最重要参考液体（H₂O和乙醇）的密度存储在天平中。

称量

如上所述，称量在准确密度测定中扮演着重要角色，因此使用的天平务必满足密度应用的需求。 对于小样品，必须考虑天平的最小称量值-称量小于最小称量值的样品将无法确保达到所需的准确度要求。

数据处理

样品数据、重量值和密度计算的手动抄写非常耗时，容易出错。