Способ определения плотности веществ и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N9/02 

Изобретение относится к холодильной технике и технической физике, а именно к приборам и способам определения плотности пищевых продуктов и биологических материалов.

Известен способ определения плотности веществ путем взвешивания сухой емкости, взвешивания емкости, заполненной до отметки водой, и взвешивания емкости, заполненной до отметки исследуемой жидкостью, а затем расчет плотности по формуле

р (та - m0)/(mi - т0)/эн2О f

где т0, mi, тг - масса пустого пикнометра, пикнометра с водой и с исследуемой жидкостью соответственно;

/0Н20 - плотность воды при заданной температуре.

Однако указанный способ не позволяет измерить плотность пастообразного и твердого вещества, а также количество растворенного газа в пищевых продуктах

Известно устройство для определения плотности веществ, содержащие емкость с исследуемым веществом, соединенную гибкой трубкой через стеклянную измерительную бюретку с уравнительным сосудом,

Однако указанное устройство имеет большую погрешность при измерении количества газа, выделенного из пищевого продукта. Кроме того, в силу большой вязкости пищевого продукта, пузырьки воздуха остаются внутри продукта, что в данном случае сказывается на увеличении погрешности измерений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ опи ю

4 Xf

ho

ределения плотности веществ и устройство для его осуществления, заключающийся в последовательном взвешивании пустого пикнометра, заполнении его тарировочной4 жидкостью, повторном взвешивании и tp efbeM взвешивании пикнометра после заполнения его исследуемой жидкостью с последующим расчетом плотности исследуемой жидкости. Устройство для осуществления способа содержит полый корпус с запорным устройством и капилляром.

Однако известный способ и устройство для егб Осуществления не позволяют определить количество растворенного газа в пищевых продуктах и биологических материалах.

Целью изобретения является повышение точности определения плотности веществ при температурах, отличных от нормальной, расширение функциональных возможностей за счет определения количества растворенного в исследуемьТх в°ещест- ва х воздуха.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа. Устройство содержит термостат 1,полый пикнометр 2 с разъемом 3, термометр 4, запорное уст- ройстао 5, разъемное соединение б с сальниковым уплотнением для капилляра, балластную камеру 7 на капилляре 8, стакан 9 и квадрантные весы 10. Термостат заливают водой для работы при положительных температурах и спиртом (этил енгликолем, денатуратом, керосином, жидким диоксидом углерода, жидким азотом и т. п.) для работы при отрицательных температурах (отОдо-196°С).

Способ определения плотности заключается в следующем Все детали пикнометра осушают, а затем проводят первое взвешивание. При этом взвешивают пикнометр в сборе с капилляром mKi и отдельно стакан mci, Масса пикнометра в сборе с капилляром и стаканом ггм равна mi - mKi+mct (при взвешивании вносятся все поправки в соответствии с инструкцией для весов).

Затем пикнометр 2 разбирают по месту разъема 3 и заливают внутрь пикнометриче- скую жидкость в количестве 80-90% вместимости, после чего собирают пикнометр 2 по месту разъема 3, открывают запорное устройство Бис помощью воронки доливают пикнометрическую жидкость до удйле- ния воздуха. Лишнюю воду удаляют с пикнометра и взвешивают пикнометр с пик- нометрической жидкостью и капилляром, получая (mK2). Стакан 9 на 50% вместимости заполняют пикнометрической жидкостью и взвешивают, получая (тс2).

Затем пикнометр устанавливают внутрь термостата, а свободный конец капилляра 8 помещают н стакан 9 Температуру в термостате повышают на 10-15°С для удаления

воздуха из капилляра. Выходящий воздух барботирует через слой воды в стакане Затем температуру понижают до комнатной и стабилизируют, при этом пикнометрическая жидкость из стакана 9 по капилляру 8 попадает внутрь пикнометра 2. После выдержки 30-60 мин вынимают капилляр и взвешивают стакан, получая тс2. Затем капилляр помещают в стакан и температуру в термостате повышают до 99-1 РО°С и выдерживают 30-60 мин. Стакан 9 снова взвешивают без капилляра, получая (т°2) , которая необходима для определения вместимости пикнометра и капилляра при двух температурах. Измерения при двух температурах

могут быть выполнены несколько раз. Масса пикнометра в сборе с капилляром, ззпол- ненных пикнометрической жидкостью, равнаt

mK2(mK2)+(mc2)1-mc2

Таким образом, фиксируется масса пикнометра и стакана при полном заполнении жидкостью пикнометра и при частичном заполнении стакана.

Перед третьим взвешиванием для лучшего удаления воздуха из исследуемого вещества его измельчают. Для внесения исследуемого вещества пикнометр освобождают от пикнометрической жидкости на

70% и разбирают по разъему 3 В оставшуюся жидкость вносят исследуемое вещество заданной массы mn и перемешивают до удаления пузырьков воздуха из кагтилляров исследуемого вещества. Затем пикнометр

собирают по разъему 3. Сначала запорное устройство, а затем через капилляр доливают пикнометрическую жидкость до полного заполнения внутреннего объема пикнометра. Излишнюю жидкость удаляют с пикнометра и пикнометр с исследуемым веществом, пикнометрической жидкостью и капилляром взвешивают, получая (ткз). Для полученных данных при другой температуре, отличной от температуры зарядки, необ0 ходимо на 50% вместимости заполнить стакан пикнометрической жидкостью, взвесить его, получив (тсз), поместить капилляр в стакан, а корпус - в термостат с более низкой положительной температурой, чем

5 тарировочная, выдержать 30-60 мин при стабильной температуре, вынуть капилляр и взвесить стакан, получив тзс. Тогда

ткз(ткз) + (тсз) -тсз.

При четвертом взвешивании, при четвертом измерении, капилляр вставляют в стакан, а пикнометр - в термостат, в котором устанавливают температуру, равную температуре измерения, и выдерживают при этой температуре 30-60 мин. Выделяющийся из исследуемого вещества растворенный газ вытесняет в стакан пикномет- рическую жидкость в объеме, равном объему выделившегося газа. Этот объем определяется по разности масс стакана с жидкостью до и после газовыделения, а также по известной плотности пикнометрической

1,

ЖИДКОСТИ . f- X

Однако для определения массы газа необходимо знать его давление, поэтому измерение объема выделившегося газа проводят при атмосферном давлении. Последнее с достаточной точностью измеряется барометром.

Равенство давления газа внутри пикнометра атмосферному давлению обеспечивается в следующей последовательности. При размещении стакана на весах и капилляра в стакане у самого дна, при уровне жидкости в стакане выше запорного устройства в термостате начинают дискретно, например с шагом 5 мм, поднимать пикнометр с капилляром и фиксировать массу стакана до тех пор, пока (mcn-rficn-i) уменьшается до 0 или до смены знака этой разности. Затем шаг уменьшают, например до 1 мм и опускают пикнометр до уменьшения разности масса стакана (mcn mcn-i) до- 0. В этот момент давление газа внутри пикнометра равно атмосферному (уровни в стакане и пикнометре совпадают, а длины погруженных участков капилляров одинаковы), так как нет перемещения жидкости из одного сосуда в другой. В этом случае фиксируется масса стакана (тс4) При введении поправки на погруженный капилляр (т4кап) получают

mV(mc4)Lm4Kan.

Тогда объем воздуха внутри пикнометра равен

А / Ши ГПи

AVn,

РЖ

где тс4 - масса стакана с пикнометрической жидкостью при нормальных условиях;

т°и масса стакана с пикнометрической жидкостью при температуре измерений;

плотность пикнометрической жидкости при температуре измерений.

Таким образом, количество растворенного в исследуемом веществе воздуха равно;

ть(тси-тсн) &, РН

где рв - плотность воздуха при температуре измерений;

РН - плотность пикнометрической жидкости при нормальных условиях,

Плотность исследуемого вещества (без растворенного в нем воздуха) рассчитывают по формуле

А, Л Ши Шв

г11 IJ ж, гс

ти + ти - ти

где рл - плотность исследуемого вещества;

риж - плотность пикнометрической жидкости при температуре измерений;

ти - масса исследуемого вещества;

т°и - масса стакана с пикнометрической жидкостью при нормальных условиях;

тси - масса стакана с пикнометрической жидкостью при температуре измерений,

Последовательность операций определения количества выделившегося воздуха при отрицательных температурах аналогична определению при положительных температурах. Отличие состоит в том, что прежде всего выбирается пикнометрическая жидкость, не замерзающая в диапазоне температур проведения опыта, например керосин, который обезгаживается, а затем определяется его плотность в широком диапазоне температур

5

0

Формула изобретения 1. Способ определения плотности веществ, включающий взвешивание при нормальных условиях пикнометра, заполненного пикнометрической жидкостью, пикнометра, заполненного исследуемым веществом, а также незаполненного пикнометра и расчет плотности исследуемого вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения плотности вещества при темггературах, отличных от нормальной, и дополнительного определения количества растворенного в исследуемом веществе воздуха, используют стакан, заполненный пикнометрической жидкостью, который соединяют с пикнометром, измеряют массу стакана с пикнометрической жидкостью тсн при нахождении пикнометра в нормальных условиях, изменяют температуру исследуемого вещества и выдерживают пикнометр при температуре измерения от 30 до 60 мин, устанавливают давление выделившегося внутри Пикнометра воздуха равным атмосферному и измеряют массу стакана с пикнометрической жидкостью тси, определяют количество рас5

0

растворенного в исследуемом веществе воздуха

тв тси-тсн) РВ//ЭН,

где ръ - плотность воздуха при температуре измерений;

/Эй - плотность пикнометрической жидкости при нормальных условиях, а гтяотность исследуемого вещества при температуре измерения определяют по формуле

/Эй -//ж (гпи - тв)/(ти + тси - тсн), где ти - масса исследуемого вещества:

- плотность пикнометрической жидкости при температуре измерений.

2. Способ поп, 1,отличающийся тем, что определение момента равенства давления газа внутри пикнометра атмосферному давлению проводят путем дискретного изменения взаимного расположения стакане относительно пикнометра и взвешивания первого в направлении уменьшения разности измеренных значений массы стакана до нуля.

3. Устройство для определения плотности веществ, содержащее пикнометр с запорным элементом и капилляром, размещенный в термостате, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения

плотности веществ при температурах, отличных от нормальной, и расширения функ- циональных возможностей за счет определения количества растворенного в исследуемом веществе воздуха, оно дополнительно содержит стакан, пикнометр выполнен разъемным и соединен со стаканом при помощи капилляра, причем капилляр выполнен с возможностью перемещения в полостях стакана и пикнометра и снабжен

балластной камерой.

Использование: холодильная техника, техническая физика. Сущность изобретения: пикнометр с пикнометрической жидкостью и исследуемым веществом соединяют при помощи капилляра со стаканом, заполненным пикнометрической жидкостью. Измеряют массу стакана с пикнометрической жидкостью при нахождении пикнометра в нормальных условиях, изменяют температуру исследуемого вещества и выдерживают пикнометр при температуре измерения, устанавливают давление выделившегося внутри пикнометра воздуха равным атмосферному, измеряют массу стакана с пикнометрической жидкостью и рассчитывают плотность исследуемого вещества при температуре измерения и количество растворенного в исследуемом веществе воздуха 2 с. и 1 з. п, ф-лы, 1 ил.

4