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Bestimmung der Flüssigkeitsdichte mit Aräometern – Ein nationaler Vergleich

28.06.2021

Aräometer sind einfache und preiswerte Flüssigkeits-Dichtemessgeräte, mit denen Unsicherheiten von 0,1 kg/m³ und weniger erreicht werden. Daher sind sie nach wie vor sehr beliebt! Wegen ihrer hohen Bedeutung für die Weitergabe der Dichteeinheit wurde ein nationaler Vergleich DKD-V 8-1 und ein europäischer Vergleich EURAMET.M.D-K4.2020 durchgeführt.

Ein Aräometer arbeitet nach dem Archimedischen Prinzip, wobei der Schwimmkörper so weit in eine Flüssigkeit eintaucht, bis die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit der Gewichtskraft des eingetauchten Körpers entspricht. Mit der Eintauchtiefe des Aräometers wird die entsprechende Dichte der Flüssigkeit am Skalenstrich im Schwimmkörper-Stängel angezeigt, welcher zu kalibrieren ist.

Die Kalibrierung der Aräometer-Skala wird mit Hilfe der Cuckow-Methode durchgeführt [1], d.h. das Aräometer wird erst in Luft gewogen, um die Masse zu bestimmen. Dann wird das Aräometer in einer Flüssigkeit bekannter Dichte und bekannter Oberflächenspannung gewogen, wobei es bis zum Skalenstrich eintaucht.

Im nationalen Vergleich DKD-V 8-1 wurden zum einem die angegebenen Messunsicherheiten in der Kalibrierung von Aräometern im Dichtebereich von 0,600 g/cm³ bis 2,000 g/cm³ mit unterschiedlichen Bezugsflüssigkeiten und Ablesearten überprüft und zum anderen die mathematischen Modelle kontrolliert, die für die Berücksichtigung der Temperatur-, Oberflächen- und Meniskuskorrektion angewendet werden [2]. Am Vergleich nahmen neben der PTB (als Pilotlabor) drei DAkkS-Laboratorien teil, wobei die PTB die Referenzwerte lieferte, welche zu dem weltweiten Vergleich CCM.D-K4 verknüpft sind [3].

Des Weiteren wird zurzeit in Europa ein Vergleich EURAMET.M.D-K4.2020 mit 8 europäischen Teilnehmern durchgeführt [4], welcher sich ebenso auf den CCM.D-K4 Vergleich stützt. Dieser Vergleich wird voraussichtlich 2022 abgeschlossen werden; Draft A wird derzeit erstellt.

Im nationalen Vergleich stellte die PTB vier Aräometer in einem Dichtebereich von 0,600 g/cm³ bis 2,000 g/cm³ (incl. einem Alkoholometer in einem Messbereich von 20 bis 30 % vol) für unterschiedliche Bezugsflüssigkeiten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungsklassen zur Verfügung, s. Abb. 1. In diesem Vergleich wurden die Korrektionen zum Anzeigewert des Aräometers an drei Prüfpunkten der jeweiligen Aräometer-Skala bestimmt. Die Korrektionen, d.h. die Differenz des wahren Wertes und der Anzeige des Aräometers wurden für die Bezugstemperatur t = 20 °C oder t = 15 °C mit der entsprechenden Bezugsoberflächenspannung abhängig von der Bezugsflüssigkeit und Ableseart angegeben.

Der Vergleich bestätigte die Rückführbarkeit der Aräometer-Kalibrierung der einzelnen Laboratorien auf die nationalen Normale der Dichte der PTB. Alle Messergebnisse lagen innerhalb des Bewertungskriteriums │EN│ ≤ 1. Die Ergebnisse des Ringvergleichs bestätigten die Kompetenz der Laboratorien im akkreditierten Bereich.

 

Abb. 1: Aräometer von links nach rechts: Alkoholometer mit einem Messbereich von 20 bis 30 % vol, Aräometer im mittleren Dichtebereich (1,100 - 1,150 g/cm³), im niedrigen Dichtebereich (0,600 - 0,620 g/cm³) und im hohen Dichtebereich (1,980 - 2,000 g/cm³).

 

Literatur:

[1] F. W. Cuckow, A new method of high accuracy for the calibration of reference standard hydrometers, J. Soc. Chem. Industry 68 (1949) 44-49. Opens external link in new windowLink

[2] PTB, Nationaler Vergleich von Aräometerkalibrierungen, Vergleichsbericht DKD-V 8-1, DOI: 10.7795/550.20210614B. Opens external link in new windowLink

[3] S. Lorefice et al., CCM key comparison CCM.D-K4 'Hydrometer’, Metrologia 53 (2016) 07003. Opens external link in new windowLink

[4] A. Malengo et al., Calibration of high resolution hydrometer, EURAMET.M.D-K4.2020, Report in progress, draft A. Opens external link in new windowLink

 

Ansprechpartner:

Daniela Eppers, FB 1.1, E-Mail: Opens local program for sending emaildaniela.eppers(at)ptb.de

Christiane Niedergesäß, FB 1.1, E-Mail: Opens local program for sending emailchristiane.niedergesaess(at)ptb.de