Après plus de 50 ans d’ améliorations graduelles, Anton Paar redéfinit la mesure de la masse volumique numérique et dicte une fois de plus l’avenir de la technique.
Masse volumique et mesure de la masse volumique
La masse volumique est un paramètre physique qui joue un rôle vital dans tous les états de la matière, que ce soit solide, liquide ou gaz. Il est mesuré dans toute l'industrie pour obtenir des informations sur les matériaux, par exemple leur pureté, la concentration des composants et la composition. La densité (et la concentration) des produits liquides a un grand impact sur leur qualité, leur comportement et leur utilisation. L'accent de cette page est mis sur la densité des fluides, c'est-à-dire la densité des liquides et des gaz. Il est important d'expliquer ce qu'est la "densité", comment ce paramètre est défini et mesuré, l'histoire de la mesure de la densité, les différentes méthodes disponibles, et aussi comment s'assurer d'obtenir le meilleur résultat de densité en utilisant les techniques de Bonne Mesure de Densité™.
Quelles sont les nouveautés en matière de mesure de la densité ? Tout.
Pour en savoir plus
Articles sur la densité
- ASTM D4052
- ASTM D5002
- ASTM D7777
- Mesurer la masse volumique des spiritueux pour calculer leur teneur en alcool
- Densimètres : calculateur de ROI
- Hydromètres numériques
- Technologie de tube en U dans des densimètres numériques de laboratoire
- À propos des principes fondamentaux de la masse et de la masse volumique
- Applications de mesure de la masse volumique
- Détermination de la concentration par la mesure de la masse volumique
Densimètres
Anton Paar propose une large gamme de densimètres pour répondre à différents besoins :
- Densimètres de paillasse : DMA 4101
- Densimètres de paillasse : DMA 4501
- Densimètres de paillasse: DMA 5001
- Densimètres de paillasse : DMA 501
- Densimètres de paillasse : DMA 1001
- Densimètre portable : DMA 35
Mesurer la densité des acides
- Mesure de la masse volumique du bitume/asphalte
- Mesurer la densité des acides
- Mesure de la masse volumique et de la densité de l’acide de batterie dans les batteries au plomb
- Mesure de la masse volumique de carburants dans le négoce et le transport
- Mesure de la masse volumique du pétrole brut en conditions simulées de trou de forage
Tables de masses volumiques
Ici, vous trouverez les tables de densité officielles pour les substances suivantes :
Sommaire des techniques de mesure de la masse volumique
Découvrez-en plus sur chaque type d'appareil en cliquant sur le titre.
| Appareil de mesure | Peut être utilisé pour | Avantages | Inconvénients |
 Hydromètre |
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 Pycnomètre à gaz |
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 Pycnomètre à gaz |
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 Balance hydrostatique |
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 Densimètre numérique de paillasse |
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| - |
 Densimètres numériques (portables) 26 |
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| La cellule peut se briser si elle est accidentellement échappée |
Qu'est-ce que la densité ?
Definition de la densité :
La densité ( "densité vraie" ) est la relation entre la masse et le volume. La masse est indépendante des conditions externes comme la flottabilité dans l'air ou la gravité. Le symbole de la densité est la lettre grecque rho ρ :
$$\rho = {masse \over volume} \left[ {g \over cm^{3}} \right] ou \left[ {kg \over m^{3}} \right]$$
Équation 1 : La densité réelle ρ en kg/m3 ou g/cm3 d'un liquide est définie comme sa masse m divisée par son volume V. La masse m correspond au poids dans le vide et est indépendante des conditions externes telles que la flottabilité dans l'air ou la gravité.
- Voir les unités de densité pour plus d'informations
- En savoir plus sur la relation entre masse et densité
| ρ [g/cm³] | |
|---|---|
| Air | 0.00120 |
| Éthanol (alcool) | 0.79 |
| Eau | 0.99820 |
| Jus de fruit | 1.042 |
| Sirop | 1.40 |
Figure 1 : Les effets de la densité
Un cocktail à plusieurs couches (Figure 1) : Les fluides de densité plus élevée tels que les jus ou le sirop vont couler ; ils sont plus lourds et ont moins de flottabilité. Les fluides de moindre densité tels que l'alcool ou l'eau ont plus de flottabilité, ils nagent en surface.
Qu'est-ce qui affecte la densité ?
Température
Le volume et l'état d'un matériau changent avec la température. La température a donc une influence importante sur la densité. Par conséquent, une mesure de densité précise nécessite une détermination précise de la température et une bonne stabilité de la température[1]. Un excellent exemple de la dépendance de la température par rapport à la densité est le thermomètre. Avec l'augmentation de la température, le volume d'alcool à l'intérieur du thermomètre se dilate et monte. Masse identique mais plus de volume signifie moins de densité. La température est un facteur vital pour une mesure de densité précise, dans laquelle vous avez besoin d'un contrôle précis de la température ou d'algorithmes de compensation. Une différence de température de 0,1 °C pourrait entraîner une erreur de densité allant jusqu'à 0,0001 g/cm³.[2]
Pression atmosphérique et altitude
La pression atmosphérique locale et l'altitude ont également un impact sur la densité des liquides et les densimètres modernes compensent ces facteurs influents afin qu'ils n'affectent pas les résultats.
Viscosité
Selon la façon dont vous mesurez la densité, la viscosité de la substance peut affecter le résultat. Lors de la mesure avec un densimètre numérique, par exemple, la fréquence d'oscillation mesurée dépend non seulement de la densité de l'échantillon rempli mais aussi de sa viscosité. En raison de l'oscillation du tube (voir ici pour plus d'informations sur la technologie utilisée), des forces de cisaillement (une sorte de friction) se produisent entre le fluide et la paroi du tube et entraînent un amortissement. L'amortissement augmente avec l'augmentation de la viscosité de l'échantillon, ce qui entraîne une surestimation de la densité (la valeur de densité affichée est trop élevée[3]). Les densimètres modernes compensent cet effet et effectuent automatiquement une correction de viscosité en utilisant une technique spéciale dans laquelle deux modes d'oscillation différents sont appliqués.[4]
Anomalie de l'eau
L'eau est un liquide unique et atteint la densité maximale à une température de 3,98 °C. À partir de 3,98 °C et au-dessus, le volume d'eau augmente et il devient moins dense. Il en va de même lorsque l'eau est refroidie, juste à l'inverse.[5] Cette anomalie fait que les lacs gèlent par le haut et que l'eau qui est plus froide que 4 °C gèle et flotte en surface.
Unités de mesure de la masse volumique
Une propriété physique comme la densité est étudiée pour plusieurs raisons et est donc rapportée en plusieurs unités. L'unité de densité la plus fréquente est le kilogramme par mètre cube (kg/m³), utilisée en pétrochimie, par exemple. Dans d'autres industries, la densité est exprimée en grammes par centimètre cube (g/cm³). Le facteur de conversion dans ce cas est 1000 (1 g/cm³ = 1000 kg/m³). La densité peut également être exprimée en kilogrammes par litre (kg/L) ou en grammes par litre (g/L) ou convertie en une valeur de concentration (pour représenter, par exemple, les numéros API, °Brix, °Plato).
Densité vraie & densité apparente
La densité vraie ρ est souvent confondue avec la densité apparente ρapp. La masse volumique apparente ρapp d'un échantillon est définie comme le rapport entre le poids dans l'air et le volume
$$\rho _{app} = {W \over V}$$
La masse volumique apparente ρapp d'un échantillon est définie comme le rapport entre le poids dans l'air et le volume
Les valeurs de la densité apparente et de la densité réelle sont différentes, même si leurs unités sont identiques. La vraie densité de l'air à 20 °C mesurée dans un densimètre est de 0,0012 g/cm³ alors que la densité apparente de l'air à 20 °C est de 0,0000 g/cm³ – l'air sur une balance ne donne pas de lecture. La masse volumique apparente peut être calculée à partir de la masse volumique réelle en prenant en compte la flottabilité dans l'air de l'échantillon ainsi que le poids et la masse volumique d'un poids de référence. En ce moment, l'acier est défini comme le matériau de choix pour les poids. Il s'agissait auparavant du laiton.
$$\rho _{app} = {\rho _{true}- \rho _{air} \over 1- \cfrac{\rho _{air}}{\rho _{steel \hspace{1mm} or \hspace{1mm} brass}}}$$
Équation 3 : Conversion de la densité réelle d'un échantillon ρtrue en densité apparente ρapp. Cette conversion prend en compte la densité réelle de l'air (ρair≈ 0,0012 g/cm³) et la densité réelle du laiton (ρbrass = 8,4 g/cm³) ou de l'acier (ρsteel = 8,0 g/cm³).
Quand utilisons-nous la densité apparente ? Lors de la détermination des volumes de remplissage avec une balance à partir d'un résultat de densité, la densité apparente est la valeur requise, par exemple.
Densité spécifique & densité spécifique apparente (également appelée densité relative et densité relative apparente)
Une autre unité vitale pour signaler la densité est la Gravité Spécifique (SG) comme on le trouve dans plusieurs industries. La gravité spécifique est la densité mesurée d'un échantillon divisée par la densité de l'eau à une certaine température. Pour cette raison, on l'appelle aussi densité relative (DR) car elle est liée à la densité de l'eau.
$$SG= {\rho _{true} \over \rho _{W}}$$
Équation 4 : La gravité spécifique (SG) est définie comme la densité de l'échantillon ρ divisée par la densité de l'eau ρW à une température spécifique.
SG20/4 signifie la densité de l'échantillon à 20 °C divisée par la densité de l'eau à 4 °C. SG20/4 signifie la densité de l'échantillon à 20 °C divisée par la densité de l'eau à 4 °C. Comparer les résultats du même échantillon SG20/20 et SG20/4 montre une différence car la densité de l'eau est différente à 4 °C et 20 °C. La gravité spécifique apparente SGapp (parfois appelée densité relative apparente Dapp) est sans dimension, ce qui signifie qu'elle n'a pas d'unité. Il est calculé en divisant la densité apparente d'un échantillon ρapp par la densité apparente de l'eau pure ρapp, eau à des températures définies.
$$ {D_{app}{20\over20}} = SG_{app}{20\over20}={{{\rho _{app}}at20^{\circ}C}\over{{\rho _{app, water}}at20^{\circ}C}} $$
Équation 5 : La gravité spécifique apparente DappT/T (ou SGappT/T) est liée aux températures définies de la densité apparente de l'échantillon (ρapp) et de l'eau pure (ρapp, water).
| Échantillon | Air à T = 20 °C, p = 1013 mbar | Eau à T = 20 °C |
|---|---|---|
| Densité vraie ρ [g/cm³] | 0.00120 | 0.99820 |
| Gravité spécifique SG²⁰/₂₀ | 0.00120 | 1 |
| Gravité spécifique SG²⁰/₄ | 0.00120 | 0.99823 |
| Gravité spécifique apparente SGₐₚₚ²⁰/₂₀ | 0 | 1 |
Autres
Selon la mesure – et aussi selon l'industrie – différentes unités sont utilisées. Par exemple:
| Unité | Pour | Industrie |
|---|---|---|
| °Brix | Concentration de sucre | Boissons gazeuses |
| %p/p éthanol °Proof 60 °F | Concentration d'alcool dans les distillats | Spiritueux |
| API Densité 15 °C, API Gravité spécifique 15 °C | Pétrole brut, carburant, diesel, lubrifiants | Pétrole |
| %p/p Acide sulfurique | Acide sulfurique jusqu'à 94 %p/p | Chimique |
| °Plato | Concentration | Bière, vin |
| °Baumé | Concentration | Bière, vin |
Mesure de la masse volumique
Historique
Archimède – le moment Eureka
La mesure de la densité a une longue histoire – elle remonte en fait à 2200 ans, à l'époque du roi Hiéron II de Syracuse. En résumé, le roi Hieron II avait une couronne en or pur. Le bijoutier a été accusé d'avoir ajouté de l'argent à la couronne. Archimède, un grand mathématicien, physicien, ingénieur, inventeur et astronome, a été invité à prouver – ou à réfuter – que la couronne d'Hieron ne consistait qu'en or, sans la détruire. Archimède est rentré chez lui pour réfléchir au problème. Épuisé par toutes les réflexions sur cette tâche difficile, il a pris un bain. (D'accord, cette partie de l'histoire est probablement inventée mais lisez la suite pour voir ce qu'il a trouvé.) Lorsqu'il s'est enfoncé dans une baignoire très pleine, elle a commencé à déborder. Il a réalisé que l'eau débordante était en relation directe avec l'immersion de son volume corporel dans l'eau. Nous savons tous ce qu'il a fait ensuite : il a couru à travers la ville – nu – en criant : ‘Eureka !’ [Je l'ai trouvé !]. Afin de vérifier la teneur en or de la couronne du roi Hieron, il prit la couronne et une barre d'or pur du même poids exact que la couronne. Il a immergé les deux objets dans un conteneur d'eau. La couronne a déplacé plus d'eau que la barre d'or, l'eau est montée plus haut – donc la couronne avait évidemment plus de volume. Il avait la même masse, mais plus de volume – cela signifie une densité moyenne plus faible. La couronne était moins dense que l'or pur, donc l'or devait avoir été mélangé avec un autre métal. Cette expérience a aidé Archimède à découvrir la relation entre la masse et le volume.[6][7] Les hydromètres et la balance hydrostatique sont tous deux basés sur le principe d'Archimède. Pour plus d'informations sur la relation entre la masse et la densité, voir ici.
Hypatie – l'hydromètre
Au IVe siècle, Hypatie d'Alexandrie, une philosophe, mathématicienne, enseignante et première femme contributrice aux mathématiques dans l'Antiquité, a développé l'hydromètre (qui était alors appelé hydroscope) pour mesurer la densité des liquides.[8][9]
Galileo Galilei – l'équilibre hydrostatique
Peser des métaux précieux dans l'air puis dans l'eau était une pratique courante parmi les bijoutiers en Europe lorsque Galilée, le célèbre mathématicien, astronome et physicien italien, a décrit un instrument au 16ème siècle qui est encore utilisé aujourd'hui pour des mesures de densité à haute précision : La balance hydrostatique. Encore une fois, un objet est immergé dans le fluide, mais ici l'objet est attaché à une balance très sensible, et les valeurs de densité sont lues à partir du mouvement du contrepoids.[10]
Anton Paar – le densimètre numérique
En 1967, le tout premier densimètre numérique, DMA 02 C, a été présenté au salon Achema à Francfort par Anton Paar, une entreprise de haute technologie basée à Graz, en Autriche. DMA 02 C a fait sensation : Pour la première fois, il a été possible de mesurer la densité d'un échantillon numériquement – et cela avec une précision de 10-6 g/cm3 avec un très petit volume de quelques millilitres.
Sommaire des techniques de mesure de la masse volumique
Hydromètre/aéromètre
Un hydromètre est un corps en verre flottant avec un bulbe rempli d'un poids en métal et un tige cylindrique avec une échelle. L'hydromètre est immergé dans l'échantillon et la densité de l'échantillon peut être lue directement sur l'échelle : Plus il s'enfonce, moins l'échantillon est dense. Si un hydromètre est immergé dans un verre d'eau, il coulerait plus profondément que dans un verre de sirop parce que le sirop est plus dense que l'eau.[11][12] Cette méthode est basée sur le principe d'Archimède. Il existe de nombreux hydromètres différents disponibles en fonction de l'utilisation. Le nombre lu sur l'échelle n'est pas toujours la densité mais aussi des quantités dérivées. Un lactomètre est utilisé pour mesurer la densité (crémeux) du lait, un saccharomètre pour mesurer la concentration de sucre dans un liquide, ou un alcoolomètre pour mesurer la teneur en éthanol dans les spiritueux.[13][14] Les hydromètres sont probablement les outils de mesure de densité les plus basiques et les moins chers, mais ils nécessitent un bon contrôle de la température, ce qui peut être assez compliqué, et un grand volume d'échantillon (jusqu'à 100 mL). En raison de la petite taille de l'échelle d'un hydromètre, les résultats peuvent facilement être mal interprétés.[15] Comparé à ces appareils manuels, un hydromètre numérique est un petit appareil de mesure de densité numérique portable basé sur le principe du tube en U oscillant.
Figure 2 : Hydromètre immergé dans un échantillon. La masse volumique de l'échantillon peut être lue directement sur la graduation.
Pycnomètre
Un pycnomètre se compose d'un flacon en verre et d'un bouchon (parfois avec un thermomètre intégré). Il est placé sur une balance et après avoir déterminé le poids du pycnomètre vide, vous pouvez calculer son volume en le remplissant d'un liquide de calibration de densité connue (par exemple, l'eau) en utilisant la définition correspondante de la densité (volume = poids / densité). Ensuite, en pesant le pycnomètre rempli d'échantillon, la densité de l'échantillon peut être déterminée (densité = poids / volume).[16] L'utilisation d'un pycnomètre peut donner des résultats précis et fiables si le contrôle de la température et la balance sont également précis. Les pycnomètres sont abordables, mais peuvent se casser facilement. La méthode est plutôt lente et prends du temps et un opérateur qualifié est nécessaire. Un autre inconvénient est le grand volume d'échantillon requis, généralement de 10 mL à 100 mL.[17]
Figure 3 : Pycnomètre sur une balance
Balance hydrostatique
L'équilibre hydrostatique est basé sur le principe d'Archimède.[18] Il consiste en une balance très précise et un lest (par exemple, une sphère) de volume exactement connu qui est attaché par une suspension à la balance. Le lest est complètement immergé dans l'échantillon et la perte de poids apparente du lest est déterminée par pesée. La perte de poids apparente du lest est égale au poids du fluide qu'il déplace, donc le volume et le poids précis sont connus.[19] Les balances hydrostatiques sont fiables et précises. Les instituts nationaux de métrologie utilisent des balances hydrostatiques comme méthode principale pour la mesure de la densité. Les normes de densité excellentes sont exclusivement basées sur cette méthode. Cependant, ils sont chers et prennent beaucoup de temps. Un autre inconvénient est que l'installation (par exemple, sur une fondation en béton) est difficile et un contrôle précis de la température est essentiel.[20] De plus, cette méthode nécessite des opérateurs qualifiés pour nettoyer et manipuler l'équipement précieux.
Balance hydrostatique
Densimètre numérique
Figure 5 : Densimètres numériques
Densimètre numérique (principe du tube en U oscillant) Le tube, généralement un tube en verre en forme de U, est excité et commence à osciller à une certaine fréquence en fonction de l'échantillon rempli. La masse volumique de l’échantillon peut être calculée en déterminant la fréquence caractéristique de l'échantillon. De 1967, le lancement du tout premier densimètre numérique, à 2018, tous les densimètres de paillasse fonctionnaient selon la "Méthode d'Oscillation Forcée" du principe du tube en U. Cependant, cette technologie a atteint ses limites. Une méthode améliorée d'utilisation du principe du tube en U – la Méthode d'Excitation Pulsée – est disponible depuis 2018. Pour plus d'informations, voir ici : Les densimètres numériques basés sur le principe du tube en U oscillant sont des instruments très efficaces qui permettent des mesures rapides et précises des densités de fluides sur une large plage de températures et de pressions. Ils mesurent la densité réelle (densité dans le vide), donc il n'y a aucune influence de la flottabilité de l'air ou de la gravité. Contrairement aux méthodes statiques traditionnelles (telles que les hydromètres, les pycnomètres ou la pesée hydrostatique), seule une petite quantité d'échantillon est nécessaire, environ 1 mL à 2 mL. Les densimètres numériques sont faciles à utiliser et il n'y a pas d'exigences particulières concernant les conditions ambiantes ou le contrôle de la température.[17][21] Les densimètres modernes à haute précision fournissent en outre une correction de viscosité, même la détermination de la viscosité et un oscillateur de référence pour permettre des résultats précis sur une large gamme de densités, de températures et de viscosités. L'oscillation de la cellule est induite mécaniquement ou électroniquement. Les constantes de l'instrument (qui sont utilisées pour ajuster le densimètre) sont utilisées pour calculer la densité d'un échantillon à partir de sa fréquence d'oscillation ou de sa période d'oscillation. Pour une comparaison approfondie des différents tubes U oscillants disponibles, voir ici. Si vous effectuez actuellement des mesures de densité avec un hydromètre ou un pycnomètre, vous pouvez vérifier combien d'argent et de temps vous pourriez économiser en utilisant un densimètre numérique ou un hydromètre numérique. Le retour sur investissement dépend du nombre d'échantillons que vous mesurez par jour.
En profondeur : Mesurer la densité avec un densimètre numérique
Tous les densimètres ne sont pas créés égaux. Les densimètres diffèrent – parfois de manière significative – en fonction de la classe de précision, du fabricant et des caractéristiques des échantillons à mesurer. Pour un aperçu des densimètres de paillasse d'Anton Paar, voir ici. Vous pouvez également mesurer la densité sur le terrain avec un densimètre portable, même dans des environnements dangereux avec risque d'explosions. Voir ici.
Densimètres numériques
Pour un aperçu des densimètres disponibles dans le commerce et de leurs caractéristiques et avantages, voir ici. Ce qui suit décrit les parties d'un densimètre de laboratoire qui sont communes à tous ces appareils. Pour la mesure de la densité "sur le terrain", il existe des densimètres plus petits, plus légers et portables qui sont également intrinsèquement sûrs. Pour une comparaison approfondie des différents tubes U oscillants disponibles, voir ici.
Figure 6
Matériau du capteur
Le capteur est le cœur du densimètre numérique. En général, les capteurs sont principalement des tubes droits ou en forme de U. Ils peuvent être en verre, par exemple en verre borosilicate 3.3, en métaux ou en alliages métalliques, ou en plastiques selon l'application et la résistance envers l'échantillon et les agents de nettoyage.[22] Cette page donne des détails sur les 3 tubes en U de forme différente disponibles.
Contre-masse
Une contre-masse est liée au tube de mesure pour réduire les résonances parasites ("oscillations externes") provenant d'autres composants, par exemple des pièces électroniques. Il est lié au boîtier du densimètre par des supports élastiques et agit comme un filtre mécanique pour les oscillations externes. La contre-masse a une fréquence de résonance qui se situe bien en dessous des fréquences utilisées pour la mesure de densité. La contre-masse garantit également que les points nodaux du tube sont constamment en position. Le volume d'échantillon est déterminé par les points nodaux et donc seule la masse change en fonction du fluide rempli tandis que le volume reste stable.[23]
Oscillateur de référence
En cas de capteurs en verre, un oscillateur de référence intégré élimine non seulement les dérives à long terme dues aux effets de vieillissement du matériau, mais aussi les variations de température qui influencent l'élasticité. Un oscillateur de référence signifie donc qu'un seul ajustement est utilisé pour couvrir toute la plage de température et offre la possibilité d'effectuer des balayages de température d'un échantillon.[23] Cela est d'un grand avantage si vous souhaitez mesurer la densité à différentes températures sans avoir à effectuer un ajustement de densité à chaque température. Pour les utilisateurs qui mesurent à une seule température ou qui ont le temps d'effectuer des ajustements de densité à différentes températures, si nécessaire, il existe des densimètres sans oscillateur de référence qui obtiennent également d'excellents résultats avec une précision allant jusqu'à 4 chiffres.
Contrôle de température
La régulation de la température de la cellule est généralement effectuée avec des éléments Peltier, qui ont maintenant remplacé les bains d'eau. Cette technologie avantageuse a maintenant remplacé l'utilisation des bains d'eau. Les éléments Peltier utilisent l'effet Peltier, un flux de chaleur dû au courant électrique : Un côté d'un élément Peltier chauffe tandis que l'autre côté refroidit en fonction de la direction du flux de courant[24] Les éléments Peltier permettent donc à la fois un chauffage et un refroidissement efficaces de la cellule de mesure et fournissent en outre une régulation de température précise et rapide.
Excitation et évaluation de l'oscillation
Il existe plusieurs façons d'exciter le tube en U :
- Aimants: Un système d'aimants et de bobines peut être utilisé pour fournir une excitation électronique et maintenir le système en oscillation continue à la fréquence caractéristique. Bien que les aimants soient relativement peu coûteux, l'inconvénient des aimants est qu'ils ajoutent du poids supplémentaire au capteur oscillant, ce qui a une influence négative sur la précision réalisable.
- Élément piézo: La méthode la plus précise pour exciter un capteur est d'utiliser un élément piézo, qui est un matériau cristallin ou céramique qui change de dimension sous l'effet d'une tension électrique appliquée. Cependant, cette technologie nécessite certaines mesures de sécurité dans les circuits électroniques car cela nécessite des hautes tensions.
Il existe plusieurs façons de capter et d'évaluer le signal d'oscillation :
- Capteurs optiques : Les capteurs optiques peuvent détecter un faisceau lumineux qui est interrompu par un revêtement minuscule sur le tube oscillant. Les capteurs enregistrent ensuite la période d'oscillation. Cette technologie est très précise, simple et abordable.
- Éléments piézo : Les éléments piézo peuvent également être utilisés pour représenter la période d'oscillation si l'effet utilisable de l'élément est inversé. Alors que l'excitation du capteur est activée en appliquant une tension électrique à l'élément piézo, la détection de l'oscillation est également possible : un deuxième élément piézo est alors pressurisé par l'unité de capteur en mouvement périodiquement et génère une tension électrique qui représente la période d'oscillation avec une grande précision. Les aimants peuvent également être utilisés pour mesurer la période d'oscillation. Chaque fois qu'un aimant passe la bobine, un petit courant est induit qui peut être évalué.
- Processeurs de signal numérique : Bien que le traitement analogique du motif d'oscillation soit robuste et abordable, la précision est limitée. De nos jours, les processeurs de signal numérique (DSP) sont à la pointe de la technologie et offrent des avantages significatifs par rapport à la technologie analogique, permettant même la reconnaissance de la perte d'énergie liée à la viscosité de l'échantillon. Ceci est possible grâce à la détermination simultanée non seulement de la fréquence caractéristique mais aussi de sa première oscillation harmonique et du facteur de qualité.
La méthode derrière l'excitation : 2 possibilités
- “Méthode d'oscillation forcée” (1967 – 2018): L'évaluation du motif d'oscillation est effectuée en maintenant la cellule de mesure en oscillation continue à la fréquence caractéristique. En enregistrant cette oscillation constante, non seulement la fréquence d'oscillation mais aussi l'amortissement peuvent être mesurés. C'est le principe original du tube en U oscillant qui a des limitations en précision.
- “Méthode d'excitation pulsée” (2018 – futur): Le dernier développement dans l'évaluation du motif d'oscillation pour les tubes U oscillants inclut une interruption de la fréquence caractéristique qui conduit à un fondu naturel de l'oscillation. Cette procédure est répétée en continu et permet également d'évaluer le comportement de disparition de l'oscillation. Une série de valeurs est obtenue simultanément, ce qui entraîne des avantages supplémentaires qui ne sont pas seulement notables dans la mesure de la viscosité et la correction de la viscosité, mais aussi dans une meilleure répétabilité du résultat de densité et une détection améliorée de l'hétérogénéité des échantillons (par exemple, des bulles de gaz). De plus, cette nouvelle technologie permet la surveillance de l'état de la cellule de mesure.[25]
Figure 7 : Méthode d'excitation pulsée : Après avoir atteint une oscillation stable, l'excitation s’arrête et l'oscillation s'estompe librement. La séquence d'excitation et disparition graduelle est répétée en continu.
Comment garantir de bons résultats de densité ?
Conseils pour votre routine quotidienne
UNE BONNE MESURE DE LA DENSITÉ NÉCESSITE SOIN ET ATTENTION DANS CINQ DOMAINES DE BASE:
Suivez ces conseils et vous serez sur la bonne voie pour l'obtention de résultats de masse volumique reproductibles et précis. Depuis 1967, la société Anton Paar GmbH s'est spécialisée dans la fourniture de densimètres fiables et très précis pour la recherche et l'industrie. Cette brochure rassemble notre expérience et nos connaissances dans la pratique des mesures, acquises pendant plus de quarante ans. Suivez ces conseils et vous serez sur la bonne voie pour l'obtention de résultats de masse volumique reproductibles et précis.
Étalonnage du densimètre
Calibrez votre densimètre régulièrement afin d'assurer des résultats précis
Choisir le bon standard de densité pour l'étalonnage
Divers matériaux de référence certifiés sont disponibles auprès de différents fournisseurs, donc les bonnes caractéristiques doivent d'abord être prises en compte. Les points suivants doivent être gardés à l'esprit afin de sélectionner le matériel de référence le plus approprié :
- La densité de référence du CRM doit être aussi proche que possible des densités d'échantillons réguliers. Idéalement, les CRM légèrement au-dessus et en dessous des densités d'échantillon régulières devraient être choisis.
- La composition du CRM devrait être comparable à la composition de l'échantillon régulier ; cela signifie que la nature de l'échantillon devrait être similaire à celle du CRM. Cela inclut la viscosité ou les pressions de vapeur, mais aussi si c'est organique, aqueux ou alcoolique, etc.
- Méthode de référence: Nous recommandons de choisir une norme de densité dont la valeur de référence a été déterminée par pesée hydrostatique, avec seulement une petite incertitude de mesure. En général, le CRM doit être spécifié 3 fois mieux que l'instrument.
- Vérifiez le certificat pour ISO 17034 ou ISO 17025 afin d'assurer la traçabilité. Préférez choisir un matériau de référence certifié ISO 17034, car l'incertitude déclarée est garantie jusqu'à la date d'expiration basée sur des mesures de stabilité régulières.
Matériel de référence certifié.
En rappelant les attributs des normes de densité discutés ci-dessus, il faut également faire attention lors de la manipulation de ces liquides. Cela commence déjà par les conditions de stockage et le respect de la date d'expiration indiquée sur le certificat. Immédiatement après l'ouverture du conteneur CRM scellé, le liquide doit être injecté dans le densimètre pour commencer la calibration de la densité. Par conséquent, la bonne seringue doit être choisie en fonction de la compatibilité chimique avec le CRM.
Étalonnage ISO 17025
La calibration d'un densimètre par un laboratoire officiellement accrédité est le seul moyen d'être sûr que les mesures sont traçables aux normes nationales, telles que le Système international d'unités (SI), comparables à l'échelle mondiale et exactes. Voir notre article sur l'étalonnage ISO 17025 également.
Références
- www.propertiesofmatter.si.edu/Changing_Temp.html (dernière visite le 11.12.2017)
- www.petro-online.com/article/analytical-instrumentation/11/anton-paar/les-faits-etnbspchiffres-de-la-mesure-de-densité-nbsp-numérique/1304 (dernière visite le 22.1.2018)
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- Fritz et al. Applications de la densitométrie, des mesures de graines ultrasoniques et de la viscosimétrie à faible cisaillement pour les fluides aqueux. J. de Phys.Chem. B Vol 104, No 15, 3463–3470, 2000
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- Aussi appelé Hydromètres numériques
