• Set zur Dichtebestimmung für Präzisionswaagen der Serien KERN PBJ/PBS mit großer Wägeplatte
(180 x 170 mm).
• Bei Gebrauch des Dichtesets reduziert sich die Kapazität der Waage
um ca. 100 g.
• Um einen sicheren und reibungslosen Betrieb zu gewährleisten,
bitte Betriebsanleitung aufmerksam durchlesen.
• Diese Anleitung beschreibt nur das Arbeiten mit dem Set zur Dichtebestimmung. Weitere Informationen zur Bedienung Ihrer Waage
entnehmen Sie bitte der Betriebsanleitung, die der jeweiligen Waage beiliegt.
• Set zur Dichtebestimmung für Präzisionswaagen der Serien KERN PBJ/PBS mit kleiner Wägepl a t te
(105 x 105 mm).
• Bei Gebrauch des Dichtesets redu-
ziert sich die Kapazität der Waage
um ca. 290 g.
1.1 Lieferumfang
Abb. 1: Installiertes Di chtes e t KERN PBS-A04
3 PBS-A03/A04-BA-d-1213
1. Waagschalenhalter
2. Kombinationswaagschale
3. Behältertisch
4. Behälter
5. Waagschalenträger,
4 Stck.
6. Glassenkkörper
PBS-A03/A04-BA-d-1213 4
1.2 Abmessungen
5 PBS-A03/A04-BA-d-1213
2 Dichtebestimmungsset installieren
gleicher Weise zu installieren.
• Falls nötig, erforderliche Justierung vor der Installation des Dichtesets durch-
1. Waage ausschalten und von der Stromversorgung trennen.
2. Standardwägeplatte entfernen.
3. Träger der Standardwägeplatte entfernen und durch Waagschalenträger
des Dichtesets ersetzen.
führen.
• Bei installiertem Dichteset ist eine korrekte Justierung nicht möglich.
• Zur Justierung Dichteset abnehmen und Standardwägeplatte aufsetzen.
• Die nachfolgenden Abbildungen zei g en das D i cht eset KERN PBS-A03 an
einer Waage mit großer Wägeplatte. Das Dichtesets KERN PBS-A04 ist in
4. Waagschalenhalter lt. Abb. in die vier
Waagschalenträger setzen. Dabei auf
die richtige Positionierung achten, die
Öffnungen an der Oberseite müssen
nach vorne zeigen
PBS-A03/A04-BA-d-1213 6
A
B
5. Behältertisch so platzieren, dass er
den Waagschalenhalter nicht berührt.
6. Behälter mittig auf den Behältertisch
stellen
7. Kombinationswaagschale lt. Abb.
einhängen. Darauf ach ten, das s si e
den Behälter nicht berührt.
7 PBS-A03/A04-BA-d-1213
ρ =
A
A-B
o
ρ
ρ =
m
V
3 Prinzip der Dicht e bestimmung
1
g
cm
3
1
kg
m
3
1
g
l
Drei wichtige physikalische Größen sind das Volumen und die Masse von Körpern
sowie die Dichte von Stoffen. Masse und Volumen sind bei der Dichte miteinander
verknüpft:
Die Dichte [ ρ ] ist das Verhältnis der Masse [ m ] zum Volumen [ V ].
SI-Einheit der Dichte ist das Kilogramm durch Kubikmeter (kg/m3). 1 kg/m3 ist gleich
der Dichte eines homogenen Körpers, der bei der Masse 1 kg das Volumen 1 m
einnimmt.
Weitere häufig verwendete Einheiten sind:
3
,
,
Durch den Einsatz unseres Sets zur Dichtebestimmung in Kombination mit unseren
Waagen KE RN PBS/PBJ sind Sie in der Lage die Dichte von Festkörpern und Flüssigkeiten schnell und sicher zu bestimmen. Bei der Arbeitsweise unseres Sets zur
Dichtebestimmung wird das „Archimedische Prinzip“ herangezogen:
AUFTRIEB IST EINE KRAFT. SIE GREIFT AN EINEM KÖRPER AN, DER IN EINE FLÜSSIGKEIT
EINTAUCHT. DER AUFTRIEB DES KÖRPERS IST GERADE SO GROß WIE DIE
GEWICHTSKRAFT DER VON IHM VERDRÄNGTEN
SENKRECHT NACH OBEN.
Flüssigkeit. DIE AUFTRIEBSKRAFT WIRKT
Damit erfolgt die Berechnung der Dichte nach folgenden Formeln:
Bei der Dichtebestimmung von Festkörpern
Mit unseren Waagen ist es Ihnen möglich den Festkörper sowohl in Luft [ A ] als
auch in Wasser [ B ] zu wägen. Ist die Dichte des Auftriebsmediums [ ρo ] bekannt
wird die Dichte des Festkörpers [ ρ ] wie folgt berechnet:
ρ = Dichte der Probe
A = Gewicht der Probe in Luft
B = Gewicht der Probe in Messflüssigkeit
ρ
= Dichte der Messflüssigkeit
o
PBS-A03/A04-BA-d-1213 8
ρ =
V
A-B
L
ρ
+
Bei der Dichtebestimmung von Flüssigkeiten
Die Dichte einer Flüssigkeit wird mit Hilfe eines Senkkörpers bestimmt, dessen Volumen [ V ] bekannt ist. Der Senkkörper wird sowohl in Luft [ A ], als auch in der
Prüfflüssigkeit [ B ] gewogen.
Nach dem Archimedischen Gesetz erfährt ein in eine Flüssigkeit getauchter Körper
eine Auftriebskraft [ G ]. Diese Kraft ist dem Betrag nach gleich der Gewichtskraft der
durch das Volumen des Körpers verdrängten Flüssigkeit.
Das Volumen [ V ] des eingetauchten Körpers ist gleich dem Volumen der verdrängten Flüssigkeit.
G = Auftrieb des Senkkörpers
Auftrieb des Senkkörpers =
Gewicht Senkkörper an Luft [ A ] - Gewi cht Senk körper in Prüfflüssigkeit [ B ]
Daraus ergibt sich:
ρ = Dichte der Prüfflüssigkeit
A = Gewicht des Senkkörpers in Luft
B = Gewicht des Senkkörpers in Probenflüssigkeit
V = Volumen des Senkkörpers*
ρ
= Luftdichte (0.0012 g/cm3)
L
* Ist das Volumen des Senkkörpers nicht bekannt, kann dieses z. B. in Wasser be-
stimmt und wie folgt berechnet werden, s. Kap. 5.1.
V = Volumen des Senkkörpers
A = Gewicht des Senkkörpers in Luft
B = Gewicht des Senkkörpers in Wasser
ρ
= Dichte Wasser
W
3.1 Einflussgrößen und Fehlerquellen
Luftdruck
Temperatur
Volumenabweichung des Senkkörpers (± 0,005 cm3)
Oberflächenspannung der Flüssigkeit
Luftblasen
Eintauchtiefe des Probenschale bzw. Senkkörpers
Porösität des Festkörpers
9 PBS-A03/A04-BA-d-1213
4 Dichtebestimmung von Feststoffen
MENU
CAL
TARE /
MENU
CAL
Bei der Dichtebestimmung von Feststoffen wird der Feststoff zuerst in Luft und anschließend in der Messflüssigkeit gewogen. Aus der Gewichtsdifferenz resultiert der
Auftrieb, aus dem die Software die Dichte berechnet.
Waage wie in Kap. 2 „Dichtebestimmungsset installieren“ beschrieben vorberei-
ten.
Messflüssigkeit in den Behälter füllen. Die Füllhöhe sollte ca. ¾ der Kapazität be-
tragen. Messflüssigkeit solange temperieren bis die Temperatur konstant ist.
4.1 Funktion aktivieren
Waag e eins chalten
Im Wägemodus
„U“ blinkt.
drücken.
wiederholt drücken bis „U-d“ angezeigt
wird.
Ab hier befindet sich die Waage im Dichtebestimmungsmodus für Fes ts to ff e.
wiederholt drücken bis
PBS-A03/A04-BA-d-1213 10
4.2 Eingabe „Dichte Messflüssigkeit“
TARE /
UNIT
PRINT
PRINT
PRINT
UNIT
TARE /
ESC
ON/OFF
drücken, die zuletzt gespeicherte Dichte
der Messflüssigkeit wird angezeigt. Bei Änderung
mit den Pfeiltasten zuerst den Zahlenwert der
Dichte unter Berücksichtigung der aktuellen
Temperatur eingeben (s. Kap. 7), dann den Dezimalpunkt setzen.
Mit
wird der Zahlenwert der blinkenden
Ziffer erhöht.
Mit
Ziffernanwahl nach rechts (die jeweils
aktive Stelle blinkt).
Dezimalpunkt setzen
Mit
blinkt
die letzte Stelle ansteuern, wenn diese
erneut drücken. Der Dezimalpunkt,
als „“dargestellt erscheint.
Mit
Mit
Position des Dezimalpunkts festlegen.
bestätigen.
Darauf achten, dass die Stabi li tät s mar ke angezeigt wird, wenn nicht wurde die Eingabe nicht
übernommen.
wiederholt drücken oder 3 sec gedrückt
halten, bis die Gramm-Anzeige erscheint.
11 PBS-A03/A04-BA-d-1213
4.3 Messung „Dichte Feststoff“
UNIT
TARE /
MENU
CAL
MENU
CAL
UNIT
1.
wiederholt drücken, bis sich die
Waage im Dichtebestimmungsmodus für
Feststoffe befindet.
Möglicherweise kann „dSP pL“ angezeigt
werden, ist in diesem Schritt aber keine
Fehlermeldung und kann ignoriert werden.
2.
betätigen (keine Änderung der An-
zeige).
3. Probe in die obere Probenschale legen.
4. Stabilitätsanzeige abwarten, dann
drücken.
Möglicherweise kann „dSP pL“ angezeigt
werden, ist in diesem Schritt aber keine
Fehlermeldung und kann ignoriert werden.
5. Probe in die untere Probenschale legen.
6. Die Dichte der Probe wird angezeigt.
Zum Start der nächsten Messung
drücken, bevor die aktuelle Probe aus der
unteren Probenschale entfernt wird. Für die neue Messung bei Schritt 2 starten.
Bei Einsatz einer anderen Messflüssigkeit bei Eingabe „Dichte Messflüssigkeit“ star-
ten, siehe Kap. 4.2.
Mit
kehrt die Waage in den Wägemodus zurück.
PBS-A03/A04-BA-d-1213 12
5 Dichtebestimmung von Flüssigkeiten
UNIT
5.1 Volumenbestimmung des Senkkörpers
Waage wie in Kap. 2 „Dichtebestimmungsset installieren“ beschrieben vorberei-
ten.
Wasser in den Behälter füllen. Die Füllhöhe sollte ca. ¾ der Kapazität betragen.
Solange temperieren bis die Temperatur konstant ist.
Senkkörper bereitstellen
Waag e eins chalten, falls nötig
drücken, bis sich die Waage im Wägemodus befindet.
Dichte der Prüfflüssigkeit nach folgender Formel berechnen
G = Auftrieb des Senkkörpers
Auftrieb des Senkkörpers =
Gewicht Senkkörper an Luft [ A ] - Gewi cht Senk körper in Prüfflüssigkeit [ B ]
Daraus ergibt sich:
ρ = Dichte der Probenflüssigkeit
A = Gewicht des Senkkörpers in Luft
B = Gewicht des Senkkörpers in Prüfflüssigkeit
V = Volumen des Senkkörpers
wiederholt
15 PBS-A03/A04-BA-d-1213
ρ =
A
A-B
o
ρ
6 Bedingungen für präzise Messungen
Es gibt zahlreiche Fehlermöglichkeiten bei der Dichtebestimmung.
Genaue Kenntnis und Vors ic ht sind notwendig um präzise Ergebnisse bei der Benutzung dieses Dichtesets in Verbindung mit der Waage zu erhalten.
6.1 Berechnung der Ergebnisse
Bei der Dichtebestimmung durch die Waage werden die Ergebnisse immer mit 4
Nachkommastellen angezeigt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Ergebnisse bis
zur letzten Anzeigestelle genau sind, wie bei einem errechneten Wert. Dabei sind die
für die Berechnungen verwendeten Wägeergebnisse kritisch zu betrachten.
Beispiel zur Bestimmung der Festkörperdichte:
Um hochwertige Ergebnisse zu gewährleisten, müssen sowohl Zähler als auch Nenner der folgenden Formel die gewünschte Genauigkeit aufweisen. Wenn einer von
beiden instabil oder fehler haft ist, ist das Ergebnis ebe n falls instabil oder fehlerhaft.
ρ = Dichte der Probe
A = Gewicht der Probe in Luft
B = Gewicht der Probe in Messflüssigkeit
ρ
= Dichte der Messflüssigkeit
o
Wenn die Probe schwer ist, trägt dies zur Genauigkeit des Ergebnisses bei. Dadurch
wird der Zählerwert größer. Wenn der Probe leicht ist, trägt dies ebenfalls zur Genauigkeit des Ergebnisses bei, weil der Auftrieb ( A-B ) größer wird. Demzufolge wird das
Ergebnis des Nenners größer. Zu beachten ist ebenfalls, dass die Genauigkeit der
Dichte der Messflüssigkeit ρo in den Zähler mit eingeht und auch wesentlich die Genauigkeit des Ergebnisses beeinflusst.
Das Ergebnis der Dichte der Probe kann nicht genauer sein als die ung ena ues t e der
vorgenannten Einzelgrößen.
PBS-A03/A04-BA-d-1213 16
6.2 E influßfaktoren für Meßfehler
6.2.1 Luftblasen
Eine kleine Blase von beispielsweis e 1mm
wenn die Probe klein ist. Es erhöht den Auftrieb um etwa 1mg welches sofort einen
Fehler von 2 Digits ergibt. Daher sicherstellen, dass keine Luftblasen an dem in
Flüssigkeit eingetauchten Festkörper haften. Dasselbe gilt auch für den Senkkörper,
der in die Prüfflüssigkeit eintaucht.
Wenn die Luftblasen durch Schwenken beseitigt werden, vorsichtig vorgehen, damit
die Flüssigkeit nicht herausspritzt und die Aufhängung der Siebschale nicht benetzt
wird bzw. Wasser spri tz e. Ein Benetzen der Aufhängung der Siebschale führt zu einer
Erhöhung des Gewichts.
Die Festkörperprobe oder der Senkkörper dürfen nicht mit bloßen Fingern berührt
werden. Eine ölige Oberfläche verursacht Luftblasen, wenn der Prüfling in Flü ssigkeit
eingetaucht wird.
Festkörperproben ( besonders flache Gegenstände ) dürfen nicht außerhalb der
Flüssigkeit auf die Siebschale gestellt werden, denn beim gemeinsamen Eintauchen
ergeben sich dadurch Luftblasen. Daher den Boden der Siebschale auf Luftblasen
untersuchen, wenn der Prüfling in die Flüssigkeit eingetaucht wurde.
6.2.2 Festkörperprobe
Wenn die Probe ein zu großes Volumen besitzt und in die Flüssigkeit eingetaucht
wird, steigt der Flüssigkeitsstand im Becherglas an. Dies führt dazu, dass ein Teil der
Aufhängung der Siebschale ebenfalls untergetaucht wird und so den Auftrieb erhöht.
Demzufolge wird das Gewicht der Probe in der Flüssigkeit leichter.
Proben, die das Volumen ändern oder Flüssigkeiten aufnehmen, können nicht gemessen werden.
3
beeinflusst die Messung beträchtlich,
6.2.3 Flüssigkeiten
Die Wassertemperatur muss auch mit berücksichtigt werden. Die Dichte des Wassers ändert sich ca. 0.01% pro Grad Celsius. Wenn die Temperaturmessung einen
Fehler von 1 Grad Celsius aufweist, wird die 4. Stelle der Messung ungenau.
6.2.4 Oberfläche
Die Aufhängung der Siebschale durchstößt die Flüssigkeitsoberfläche. Dieser Zustand ändert sich laufend. Wenn die Probe oder Senkkörper relativ klein ist, verschlechtert die Oberflächenspannung die Reproduzierbarkeit. Unter Zugabe einer
kleinen Menge Spülmittel wird die Oberflächenspannung vernachlässigbar und
erhöht die Reproduzierbarkeit.
6.2.5 Senkkörper für Dichtebestimmung von Flüssigkeiten
Um Prüfflüssigkeiten bei der Dichtebestimmung von Flüssigkeiten zu sparen, ist ein
kleines Becherglas und ein entsprechender Senkkörper zu verwenden. Dabei ist zu
beachten, dass ein großer Senkkörper eine größere Genauigkeit erzielt.
Auftrieb und Volumen des Senkkörpers so genau wie möglich bestimmen. Diese Ergebnisse werden bei der Berechnung der Dichte der Flüssigkeit sowohl im Nenner
als auch im Zähler der F or mel ei ng esetzt.
17 PBS-A03/A04-BA-d-1213
6.3 Allgemeine Informationen
6.3.1 Dichte / relative Dichte
Die relative Dichte ist das Gewicht eines Prüfkörpers geteilt durch das Gewicht von
Wasser ( bei 4° Celsius ) desselben Volumens. Deshalb hat die relative Dichte keine
Einheit. Dichte ist die Masse, geteilt durch das Volumen.
Wenn die relative Dichte anstatt der Dichte einer Flüssigkeit in die Formel eingesetzt
wird, ergibt sich ein falsches Ergebnis. Für eine Flüssigkeit ist nur ihre Dichte
aussagekräftig.
6.3.2 Drift der Waagenanzeige
Ein Driften der Waage hat keinen Einfluss auf das Endergebnis der Dichtebestimmung, obwohl das angezeigte Gewicht der Wägung in Luft davon betroffen ist. Es
sind nur genaue Werte notwendig, wenn mit einem Senkkörper die Dichte von Flüssigkeiten bestimmt wird.
Bei Änderung der Raumtemperatur oder des Standortes ist eine Justierung der
Waage erforderlich. Dazu das Dichteset abnehmen und die Justierung mit der
Standardwägeplatte durchführen (siehe Betriebsanl eit ung , di e der Waag e beil i eg t).
PBS-A03/A04-BA-d-1213 18
7 Dichtetabelle für Flüssigkeiten
Temperatur
Dichte ρ [g/cm3]
Wasser
Ethyl-alkohol
Methyl-alkohol
10
0.9997
0.7978
0.8009
11
0.9996
0.7969
0.8000
12
0.9995
0.7961
0.7991
13
0.9994
0.7953
0.7982
14
0.9993
0.7944
0.7972
15
0.9991
0.7935
0.7963
16
0.9990
0.7927
0.7954
17
0.9988
0.7918
0.7945
18
0.9986
0.7909
0.7935
19
0.9984
0.7901
0.7926
20
0.9982
0.7893
0.7917
21
0.9980
0.7884
0.7907
22
0.9978
0.7876
0.7898
23
0.9976
0.7867
0.7880
24
0.9973
0.7859
0.7870
25
0.9971
0.7851
0.7870
26
0.9968
0.7842
0.7861
27
0.9965
0.7833
0.7852
28
0.9963
0.7824
0.7842
29
0.9960
0.7816
0.7833
30
0.9957
0.7808
0.7824
31
0.9954
0.7800
0.7814
32
0.9951
0.7791
0.7805
33
0.9947
0.7783
0.7896
34
0.9944
0.7774
0.7886
35
0.9941
0.7766
0.7877
[°C]
19 PBS-A03/A04-BA-d-1213
8 Messunsicherheit bei Festkörper Dichtebestim-
Ungefähre Anzeige bei Dichtemessungen
(Beim Verwendung einer Waage mit einer Ablesbarkeit von 0.01g*)
Gewicht Probe (g)
(g/cm3)
1
0.1
0.01
0.003
0.002
0.0005
0.0003
0.0003
0.0002
0.0002
3
0.4
0.04
0.01
0.005
0.001
0.001
0.0005
0.0004
0.0004
5
0.7
0.07
0.01
0.008
0.002
0.001
0.001
0.001
0.0006
8
1.2
0.1
0.02
0.01
0.003
0.002
0.001
0.001
0.001
10
1.5
0.1
0.03
0.02
0.004
0.002
0.001
0.001
0.001
12
1.7
0.2
0.04
0.02
0.004
0.002
0.002
0.001
0.001
20
2.9
0.3
0.06
0.03
0.01
0.004
0.003
0.002
0.002
mung
Diese Tabelle zeigt die ungefähre Ablesbarkeit der Waage in Verbindung mit dem
Dichteset. Dabei ist zu beachten, dass diese Werte nur rechnerisch ermittelt wurden
und Einflussgrößen wie in Kap. 6 beschrieben nicht berücksichtig sind.
Dichte Probe
1 10 50 100 500 1000 2000 3000 4000
*Bei Verwendung einer Waage mit einer Ablesbarkeit von 0,1 g, die Zahlen in dieser Tabelle
mit 10 multiplizieren. Bei einer Waage mit einer Ablesbarkeit von 0,001 g, die Zahlen durch
10 dividieren.
Ablesebeispiel zur Tabelle:
Bei einer Waage mit einer Auflösung von 0.001 g und einer Probe mit einem Gewicht
von 10 g, deren Dichte 5 g/cm3 beträgt, sind die Anz eigensprünge bei 0.007 g/cm3.
PBS-A03/A04-BA-d-1213 20
9 Gebrauchshinweise
•Zur Bildung eines reproduzierbaren Mittelwerts sind mehrere Dichtemessungen
• Probenschalen/ Senkkörper /Becherglas regelmäßig reinigen, eintauc hen den T eil
nicht mit den Händen berühre n
• Probe/Senkkörper/Pinzette nach jeder Messung trocknen.
• Probengröße der Probenschale anpassen (ideale Probengröße > 5 g).
• Nur destilliertes Wasser verwenden.
• Probenschalen und Senk kör per bei m erste n Ei ntauchen leicht schütteln, um evt.
Luftblasen zu lösen.
• Unbedingt darauf achten, dass beim Wiedereintauchen in die Flüssigkeit keine
zusätzlichen Luftbl äs c hen anhaften; besser Probe mi t Pi nzette auflegen.
• Stark anhaftende Luftb l as en mit ei ne m fei nen Pinsel o.ä. Hilfsmittel abstreifen.
• Um anhaftende Luftbläschen zu vermeiden, Probe mit rauher Oberfläche vorher
glätten.
• Achten Sie darauf, dass bei Wägung mit der Pinzette kein Wasser auf die obere
Probenschale tropft.
• Um die Oberflächenspannung von Wasser und die Reibung der Flüssigkeit am
Draht zu reduzieren, der Messflüssigkeit drei Tropfen eines handelsüblichen Tensids (Spülmittel) beigeben (die Dichteänderung von dest. Wasser durch Beigabe
von Tensids kann vernachlässigt werden).
• Ovale Proben können durch Einritzen von Kerben mit der Pinzette leichter gefasst
werden.
• Die Dichte von porösen Feststoffen lässt sich nur annähernd bestimmen. Beim
Eintauchen in die Messflüssigkeit wird nicht die gesamte Luft aus den Poren verdrängt, dies führt zu Auftriebsfehlern.
• Um starke Erschütterungen der Waage zu vermeiden, Probe vorsichtig auflegen.
• Statische Aufladungen vermeiden, z. Bsp. Senkkörper nur mit Baumwolltuch
trocknen.
• Unterscheidet sich die Dichte Ihres Festkörpers nur geringfügig von der des dest.
Wasser, kann als Messflüssigkeit Ethanol eingesetzt werden. Prüfen Sie aber
vorab, ob die Probe lösungsmittelbeständig ist. Außerdem müssen beim Arbeiten
mit Ethanol unbedingt die geltenden Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden.
21 PBS-A03/A04-BA-d-1213
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