密度檢定液配制及注意事項(xiàng)*

梁秀麗，張坤，王學(xué)琴，梁旭，王強(qiáng)，李本濤

密度檢定液配制及注意事項(xiàng)*

梁秀麗1,2，張坤2，王學(xué)琴2，梁旭1，王強(qiáng)1，李本濤2

［1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所（余姚分所），浙江余姚 315400； 2.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031］

根據(jù)密度計(jì)的工作和檢定原理，介紹各種密度檢定液的配制方法及注意事項(xiàng)。針對(duì)硫酸氫乙酯檢定液難以配制問(wèn)題，著重介紹了檢定液的配制過(guò)程，通過(guò)對(duì)不同濃度酒精液配制的硫酸氫乙酯校準(zhǔn)密度計(jì)的比較實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了不同體積分?jǐn)?shù)酒精液配制的硫酸氫乙酯對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

密度檢定液；配制方法；注意事項(xiàng)；校準(zhǔn)結(jié)果

密度檢定液是密度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中的重要組成部分，其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是影響校準(zhǔn)結(jié)果的重要因素。在實(shí)際工作中，筆者發(fā)現(xiàn)配制方法不當(dāng)，易導(dǎo)致檢定液不穩(wěn)定，從而影響測(cè)量結(jié)果；同時(shí)由于檢定液各組分的毛細(xì)常數(shù)不同，當(dāng)檢定液中各組分比例不當(dāng)時(shí)，給毛細(xì)常數(shù)修正值帶來(lái)誤差，影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這一影響在硫酸氫酯檢定液中表現(xiàn)尤為突出。為此筆者簡(jiǎn)單介紹了石油產(chǎn)品混合液、酒精水溶液、碘化鉀和碘化汞水溶液、硫酸水溶液的配制方法及注意事項(xiàng)，著重介紹硫酸氫乙酯的配制過(guò)程。用體積分?jǐn)?shù)為84%，85%，86%的酒精液分別配制硫酸氫乙酯，用配制好的硫酸氫乙酯對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較。

1 密度計(jì)檢定原理

采用直接比較法，按照密度檢定規(guī)程進(jìn)行密度計(jì)檢定。將被檢密度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)同時(shí)浸入同一檢定液中，直接比較其分度表上的示值，檢定時(shí)如果檢定液與被檢密度計(jì)實(shí)際使用的液體不同，則進(jìn)行毛細(xì)常數(shù)修正，最后經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算得出被檢密度計(jì)的修正值，按式(1)計(jì)算[1-2]：

式中：Δρ——被檢密度計(jì)的修正值，kg／m3；

ρ標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)修正后的密度值，kg／m3；

ρ檢——被檢密度計(jì)修正后的密度值，kg／m3。

2 檢定液的配制

根據(jù)檢定規(guī)程，不同測(cè)量范圍需要不同的檢定液，所有檢定液均需預(yù)先配制，并且充分混勻，穩(wěn)定后方可使用，切忌在檢定密度計(jì)的同時(shí)現(xiàn)用現(xiàn)配。

2．1 檢定液配制時(shí)計(jì)算公式

各種檢定液均按照檢定規(guī)程及公式(2)和(3)計(jì)算各組分的比例，然后進(jìn)行配制。

式中：V1——第一種液體的體積，m3；

ρ——欲配制液體的密度，kg／m3；

ρ1——第1種液體的密度，kg／m3；

ρ2——第2種液體的密度，kg／m3；

V——欲配制液體的體積，m3；

V2——第2種液體的體積，m3。

2．2 檢定液配制方法及注意事項(xiàng)

2.2.1 石油產(chǎn)品混合液

檢定密度范圍為650～800 kg／m3的密度計(jì)，需要用石油產(chǎn)品混合液，對(duì)于這一范圍檢定液的配制，關(guān)鍵是材料的選擇，主要由溶劑油、石油醚、變壓器油等組成。根據(jù)欲配制的密度量值，按照式(2)和(3)計(jì)算石油產(chǎn)品混合液各組分的體積分?jǐn)?shù)，按照表1選擇不同的組分進(jìn)行檢定液配制。

表1 石油產(chǎn)品混合液原材料(20℃)

如果某一組分的密度未知，先用密度計(jì)測(cè)量其密度值，然后根據(jù)計(jì)算所得各組分的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行配制；配制650 kg／m3時(shí)，一般選擇沸點(diǎn)為30℃的石油醚，因?yàn)?0℃時(shí)，沸點(diǎn)30℃石油醚的密度約為650 kg／m3，因此可以用于檢定密度計(jì)650 kg／m3點(diǎn)；石油醚有一定的毒性，而且揮發(fā)性強(qiáng)，配制好的石油產(chǎn)品混合液要儲(chǔ)存于細(xì)口瓶中，用塑料袋封好瓶口，放于暗處存儲(chǔ)。

2.2.2 酒精水溶液

配制酒精水溶液需要用95%乙醇和蒸餾水，酒精水溶液的配制過(guò)程不復(fù)雜，按照由式(2)和(3)計(jì)算的各組分體積比進(jìn)行配制即可，注意要充分混勻。檢定密度計(jì)時(shí)，可以用預(yù)先配制好、密度不同的酒精水溶液進(jìn)行微調(diào)，但不能在檢定密度計(jì)的同時(shí)，用無(wú)水乙醇或95%的乙醇現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配。由于水分子和乙醇分子易形成氫鍵，體系不穩(wěn)定，即使攪拌，待體系均勻穩(wěn)定也需一定時(shí)間，如果即時(shí)檢定則會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)較大誤差。

2.2.3 碘化鉀-碘化汞水溶液

用天平分別稱取質(zhì)量比為7∶10的碘化鉀和碘化汞，放入燒杯中，加入相應(yīng)體積的蒸餾水，并不斷攪拌，使碘化鉀、碘化汞充分溶解并混合均勻，如呈現(xiàn)紅色沉淀，則需加KI，如呈現(xiàn)白色沉淀則需加入HgI2。配制好的溶液應(yīng)呈透明的檸檬黃色［3-4］。

配制好的碘化鉀和碘化汞混合液應(yīng)儲(chǔ)存于棕色細(xì)口瓶中，封好瓶口，避光保存，且放置于陰暗處。由于碘化汞有劇毒，碘化鉀和碘化汞混合液有一定的毒性，配制和使用時(shí)要戴乳膠手套，一旦濺在皮膚上，立即用清水沖洗，并用洗滌劑洗凈，切勿濺入口中。

2.2.4 硫酸水溶液

選擇試劑級(jí)的濃硫酸和蒸餾水，按照配制公式計(jì)算各組分體積比進(jìn)行配制。配制硫酸水溶液時(shí)，一定注意加液順序，不可顛倒，先量取一定體積的蒸餾水倒入燒杯中，將玻璃棒抵住燒杯內(nèi)壁，使硫酸順著玻璃棒緩慢加入，切不可用量筒直接倒入燒杯內(nèi)，避免因局部放熱，使液體劇烈沸騰并濺出傷及實(shí)驗(yàn)人員。配制好的液體冷卻后放置12 h，然后進(jìn)行微調(diào)。

硫酸水溶液的腐蝕性較大，會(huì)因操作不慎對(duì)人員和工作器具造成腐蝕，由于硫酸水溶液的毛細(xì)常數(shù)較大，不容易形成好的彎月面，甚至呈鋸齒狀，嚴(yán)重影響人的視覺判斷，造成較大的測(cè)量誤差。因此很多單位已不采用硫酸水溶液而選用硫酸氫乙酯作為檢定液。

2.2.5 硫酸氫乙酯

硫酸氫乙酯具有適用范圍廣、與玻璃浸潤(rùn)性好、毛細(xì)常數(shù)不大、液體穩(wěn)定性好、能形成好的彎月面等優(yōu)點(diǎn)，因此在密度計(jì)量檢定中使用較廣。檢定密度范圍為960～1 830 kg／m3的密度計(jì)，一般采用硫酸氫乙酯作為檢定液。但由于硫酸氫乙酯需要用85%的酒精液和濃硫酸配制，而且配制過(guò)程中因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱，溫度過(guò)高時(shí)溶液顏色變深，影響密度計(jì)讀數(shù)，從而影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，并且縮短了保質(zhì)期。筆者對(duì)該檢定液配制條件的選擇進(jìn)行了試驗(yàn)，摸索出一套可行的配制方法。

(1)試劑的選擇。首先選擇試劑級(jí)的濃硫酸、95%乙醇和蒸餾水。因?yàn)樵噭┘?jí)的濃硫酸和95%乙醇液中雜質(zhì)少，配制出的檢定液透明度好，能形成好的彎月面。

(2)配制85%的酒精液。用量筒量取一定量的95%乙醇，倒入5 L的細(xì)口瓶中，加入相應(yīng)體積的蒸餾水，配制成85%的酒精液。將配制好的酒精液搖勻，放置12 h后，用酒精計(jì)進(jìn)行測(cè)量，若所配制的酒精液體積分?jǐn)?shù)為85%，則可用以繼續(xù)配制硫酸氫乙酯，否則要重新調(diào)配酒精液體積分?jǐn)?shù)，直至達(dá)到85%為止，這是配制硫酸氫乙酯的關(guān)鍵所在。多次實(shí)驗(yàn)證明酒精液體積分?jǐn)?shù)不準(zhǔn)，配制的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，這是因?yàn)楫?dāng)酒酒精液體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，按照公式計(jì)算的硫酸體積過(guò)量，由于硫酸的毛細(xì)常數(shù)較大，按照檢定規(guī)程中給出的各種液體的毛細(xì)常數(shù)表進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算得到的毛細(xì)常數(shù)修正值會(huì)產(chǎn)生一定誤差，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；同樣當(dāng)酒精液體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，由于酒精過(guò)量，同樣所配制的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，也會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)常數(shù)修正值誤差，影響測(cè)量結(jié)果。

(3)硫酸氫乙酯的粗配。配制一定量的硫酸氫乙酯需要硫酸和85%酒精液。配制時(shí)，先用量筒量取一定體積的85%的酒精水溶液，并將其倒入燒杯中，將盛有85%酒精水溶液的燒杯放入盛有冷水的塑料容器中，燒杯內(nèi)及塑料容器中均放有溫度計(jì)，將濃硫酸緩慢加入燒杯中，不斷攪拌使硫酸和乙醇充分反應(yīng)，絕不可反向操作，并且一次加入硫酸量不可過(guò)大，以免因局部反應(yīng)釋放出大量的熱，溶液強(qiáng)烈沸騰而濺出傷人。注意在冷卻筒中要不斷加冰降溫，隨時(shí)觀察液體的溫度，絕不能超過(guò)40℃。按此條件配制的檢定液均勻透明，穩(wěn)定性好，能存放較長(zhǎng)時(shí)間。但是如果溶液溫度超過(guò)40℃，則由于乙醇被硫酸碳化，所配制的檢定液變成暗紅色，影響視覺分辨力，從而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(4)硫酸氫乙酯微調(diào)。硫酸氫乙酯粗配好后，放置24 h后搖勻，由于混合液體體積收縮，并待液體靜止后，用密度計(jì)測(cè)量其密度，然后按照式(2)和(3)，計(jì)算兩種不同密度量值密度液的體積比，對(duì)粗配的硫酸氫乙酯進(jìn)行微調(diào)，搖勻放置3天后可用于密度計(jì)的檢定。

2．3 不同體積分?jǐn)?shù)酒精液配制的硫酸氫乙酯對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響

在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)若85%酒精液體積分?jǐn)?shù)調(diào)配不準(zhǔn)，其配制出的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，用該密度液校準(zhǔn)密度計(jì)時(shí)，結(jié)果不準(zhǔn)確，且重復(fù)性差。為驗(yàn)證這這一現(xiàn)象，用同一種濃硫酸分別與體積分?jǐn)?shù)為84%，85%，86%的酒精液配制成硫酸氫乙酯，用配制的硫酸氫乙酯進(jìn)行密度計(jì)校準(zhǔn)，比較其結(jié)果。選擇一支測(cè)量范圍為1 500～1 600 kg／m3的工作密度計(jì)，用一等密度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)器組，控制檢定液溫度20℃進(jìn)行校準(zhǔn)，按照式(1)計(jì)算修正值，結(jié)果見表2。

表2 不同體積分?jǐn)?shù)酒精液配制的硫酸氫乙酯對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響

由表2可見，用體積分?jǐn)?shù)為84%，85%，86%酒精液配制的硫酸氫乙酯進(jìn)行密度計(jì)校準(zhǔn)時(shí)，校準(zhǔn)點(diǎn)1 500 kg／m3的修正值最大差值為0.3 kg／m3，這可能是由于不同體積分?jǐn)?shù)的酒精液配制的硫酸氫乙酯的毛細(xì)特性不同所致。由于密度計(jì)檢定規(guī)程中規(guī)定，密度計(jì)的修正值不能超過(guò)±1個(gè)分度值，當(dāng)檢定密度計(jì)時(shí)，可能因?yàn)闄z定液不準(zhǔn)，使得檢定結(jié)果超差，而誤判密度計(jì)不合格，這給應(yīng)用單位帶來(lái)不便，甚至造成大的損失。因此在配制硫酸氫乙酯時(shí)，必須使用85%酒精液，這是保證校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的首要條件。

3 結(jié)語(yǔ)

密度檢定液是密度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，在密度計(jì)量中一定要重視密度液的配制，首先選定一定純度的試劑，避免因雜質(zhì)引入而影響視覺分辨力；同時(shí)應(yīng)熟練掌握各種檢定液的配制方法并且了解注意事項(xiàng)，用85%的酒精水溶液配制硫酸氫乙酯，配制出穩(wěn)定準(zhǔn)確的檢定液，以提高校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

［1］ 李興華.密度濃度測(cè)量［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1990.

［2］ 李興華.密度計(jì)量［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2002.

［3］ JJG 42-2011 工作玻璃浮計(jì)檢定規(guī)程［S］.

［4］ JJG 86-2011 標(biāo)準(zhǔn)玻璃浮計(jì)檢定規(guī)程［S］.

Preparation of Density Calibration Fluid and Precautions

Liang Xiuli1,2， Zhang Kun2， Wang Xueqin2， Liang Xu1， Wang Qiang1， Li Bentao2
［1. CNGC Institute 53 (Yuyao Branch)， Yuyao 315400， China; 2. CNGC Institute 53， Jinan 250031， China］

According to work and veri fi cation principle of densitometer， preparing methods of the density calibration fl uid and precautions were introduced. Preparation process of the test liquid was mainly introuduced for its preparation questions of ethyl hydrogen sulfate. Impact of different concentration ethyl alcohol liquid hydrogen prepared with different volume fraction ethyl alcohol on calibration results was explained through the comparison of calibration experiment.

density calibration fl uid; preparation method; precaution; calibration result

O652.3

A

1008-6145(2014)01-0004-03

*國(guó)防計(jì)量項(xiàng)目

聯(lián)系人：梁秀麗； E-mail: liangxl818@126.com

2013-09-21

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.01.002