Mettler Toledo Density determination kit For AE balances Operating Instructions Manual

METTLER TOLEDO 33360 + 210260 1

Operating instructions

Bedienungsanleitung

Mode d'emploi

Instrucciones de manejo

Istruzioni per l'uso

METTLER TOLEDO

33360

210260

Density determination kit Page 3

to determine the density of solids (33360) and liquids (33360/210260) with

top-loading electronic METTLER TOLEDO balances with pan diameters of 80 and 130 mm

Dichtebestimmungszusatz Seite 9

für die Dichtebestimmung von Festkörpern (33360) und Flüssigkeiten (33360/210260)

auf oberschaligen elektronischen METTLER TOLEDO-Waagen mit Schalendurchmesser 80 und 130 mm

Accessoires pour la détermination de la masse volumique Page 15

des solides (33360) et des liquides (33360/210260) à l'aide de balances

électroniques METTLER TOLEDO à plateau supérieur ayant un diamètre de 80 et 130 mm

Conjunto de determinación de densidades Página 21

para la determinación de densidades de sólidos (33360) y de líquidos (33360/210260) sobre

balanzas electrónicas METTLER TOLEDO de platillo elevado con diámetros de platillo de hasta 80 y 130 mm

Kit per la determinazione della densità Pagina 27

di solidi (33360) e liquidi (33360/210260) con l'ausilio di bilance

elettroniche METTLER TOLEDO con piatto di pesata superiore del diametro di 80 e 130 mm

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METTLER TOLEDO 33360 + 210260 9

Dichtebestimmungszusatz

für die Dichtebestimmung von Festkörpern und Flüssigkeiten auf oberschaligen elektronischen

METTLER TOLEDO-Waagen mit Schalendurchmessern 80 und 130 mm.

- für die Dichtebestimmung von Festkörpern Dichtebestimmungs-Kit 33360.

- für die Dichtebestimmung von Flüssigkeiten Dichtebestimmungs-Kit 33360

+ Verdrängungskörper 210260.

1. Definition der Dichte

- für die Dichtebestimmung von Festkörpern und Flüssigkeiten auf oberschaligen elektronischen

METTLER TOLEDO-Waagen mit Schalendurchmessern 80 und 130 mm.

Die Dichte ρ eines homogenen Körpers ist das Verhältnis seiner Masse (m) zu seinem Volumen (V) oder,

gleichbedeutend, die Masse einer Volumeneinheit:

m [g] ρ = Dichte

ρ = m = Masse

V [cm

3

] V = Volumen

Anstelle der Masse (m) kann gemäss DIN 1305 der Begriff “Gewicht” verwendet werden.

2. Prinzip der Dichtebestimmung

Gemäss dem Archimedischen Prinzip verliert ein in eine Flüssigkeit getauchter Körper soviel an Eigengewicht,

wie das Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit beträgt. Damit lässt sich die gesuchte Grösse bestimmen.

Das Vorgehen bei Flüssigkeiten und Festkörpern ist etwas unterschiedlich.

Die Dichte einer Flüssigkeit wird mit Hilfe eines Senkkörpers bestimmt, dessen Volumen bekannt ist. Dazu

wiegt man diesen Senkkörper einmal in Luft, sodann in eingetauchtem Zustand. Aus den beiden Wägungen (in

Gramm) errechnet sich die Flüssigkeitsdichte ρ

1

wie folgt:

A

s

- B

s

ρ

1

=+ L

s

ρ

1

= Dichte der zu prüfenden Flüssigkeit bei der

V

s

gegebenen Temperatur T

A

s

= Gewicht des Senkkörpers in Luft

B

s

= Gewicht des Senkkörpers in die Flüssigkeit

getaucht

oder einfacher V

s

= Volumen des Senkkörpers

L

s

= Luftauftrieb pro ml des Senkkörpers

(Korrektur von A

s

bzw. P

s

):

P

s

ca. + 0,001 g/ ml; siehe auch 3.2, Luftauftrieb

ρ

1

=+ L

s

P

s

= Auftrieb des Senkkörpers in der Flüssigkeit

V

s

(anstelle von A

s

- B

s

): auf elektronischen

METTLER TOLEDO-Waagen direkt ablesbar,

siehe 4.1

Die Dichte eines Festkörpers wird mit Hilfe einer Flüssigkeit bestimmt, deren Dichte bekannt ist. Dazu wiegt

man den Festkörper einmal in Luft, sodann in eingetauchtem Zustand. Aus den beiden Wägungen (in Gramm

oder Karat) errechnet sich die Dichte ρ

2

wie folgt:

A

ρ

2

=• ρ

o

ρ

2

= Dichte des Festkörpers

A - B A = Gewicht des Festkörpers in Luft

B = Gewicht des Festkörpers in die

oder einfacher Hilfsflüssigkeit getaucht

ρ

o

= Dichte der Hilfsflüssigkeit bei der gegebenen

A Temperatur T

ρ

2

=• ρ

o

P = Auftrieb des Festkörpers in der Hilfsflüssigkeit

P (anstelle von A - B): auf elektronischen

METTLER TOLEDO-Waagen direkt ablesbar,

siehe 4.2

Der Luftauftrieb wird bei Festkörpern nicht durchgehend berücksichtigt. Bei Bedarf kann, wie im ersten Fall, am

Resultat ρ

2

die Korrektur von ca. + 0,001 g/ cm

3

angebracht werden; siehe auch 3.2, Luftauftrieb.

10 METTLER TOLEDO 33360 + 210260

3. Genauigkeit der Dichtebestimmung

Die allfällige Berücksichtigung von Faktoren, welche das Resultat beeinflussen können, richtet sich stets nach

der geforderten Resultatgenauigkeit. Die folgende Aufstellung im einzelnen soll eine quantitative Wertung dieser

Einflüsse erlauben.

3.1 Temperatur

Bei Festkörpern ist die Veränderung der Dichte durch Temperaturänderung im allgemeinen so gering, dass ihre

Temperatur für die Dichtebestimmung belanglos ist (dies gilt auch für den Senkkörper).

Bei Flüssigkeiten hingegen liegt die Dichteänderung in der Grössenordung von 0,1 … 1 %o pro °C, kann also

schon bei der dritten Nachkommastelle in Erscheinung treten.

Beispiele: destilliertes Wasser Dichteänderung ca. 1 %o auf 5 °C

Kohlenwasserstoffe und Alkohole Dichteänderung ca. 1 %o auf 1 °C

Es ist zu beachten, dass diese Dichteänderung von Flüssigkeiten auch bei Dichtebestimmungen von Festkör-

pern direkt ins Resultat eingeht wegen der Volumenbestimmung des Festkörpers mittels einer Hilfsflüssigkeit,

in die er getaucht wird. Bei Dichtebestimmungen von besser als 1 % Genauigkeit ist daher die Temperatur der

Flüssigkeit stets zu berücksichtigen!

Dichtetabelle für destilliertes Wasser:

(gemäss "Handbook of Chemistry and Physics" 66th Ed. 1985-1986, F4-F5)

Temperatur (C°) Dichte (g/ml) Temperatur (C°) Dichte (g/ml)

15,0 0,9991 24,0 0,9973

15,5 0,9990 24,5 0,9972

16,0 0,9990 25,0 0,9970

16,5 0,9989 25,5 0,9969

17,0 0,9988 26,0 0,9968

17,5 0,9987 26,5 0,9966

18,0 0,9986 27,0 0,9965

18,5 0,9985 27,5 0,9964

19,0 0,9984 28,0 0,9962

19,5 0,9983 28,5 0,9961

20,0 0,9982 29,0 0,9959

20,5 0,9981 29,5 0,9958

21,0 0,9980 30,0 0,9956

21,5 0,9979 30,5 0,9955

22,0 0,9978 31,0 0,9953

22,5 0,9977 31,5 0,9952

23,0 0,9975 32,0 0,9950

23,5 0,9974

Für andere Flüssigkeiten muss die Dichte bei Temperatur T einem Tabellenbuch entnommen werden.

METTLER TOLEDO 33360 + 210260 11

3.2 Luftauftrieb

1 cm

3

Luft wiegt – je nach Zustand – ca. 1 … 1,2 mg. Ein Körper erfährt also, wenn er in Luft gewogen wird, pro

cm

3

seines Volumens einen Auftrieb von dieser Grösse. Dies bedeutet, dass bei einer Dichte um 1 (1 g/ cm

3

)

durch Nichtberücksichtigung des Luftauftriebs ein Fehler von ca. 1 %o entsteht. Wird ein Resultat von 3 (oder 4)

Nachkommastellen verlangt, muss daher das Resultat um den Luftauftrieb korrigiert werden:

Die wahre Dichte ist um ca. 0,001 g/ cm

3

grösser als die errechnete.

Bei der Dichtebestimmung von Flüssigkeiten liefert das Verfahren (Division durch 10 ml, entsprechend dem

Volumen des Senkkörpers) schon bei dreistelliger Gewichtsanzeige ein vierstelliges Resultat. Es ist daher

sinnvoll, in diesem Falle die Luftauftriebskorrektur allgemein vorzunehmen.

3.3 Volumentoleranz des Senkkörpers

Deutsche Eichordnung EO 13-4 Abs. 9.21

Das Volumen des Senkkörpers einschliesslich der unteren Hälfte des Aufhängedrahtes muss so abgeglichen

sein, dass bei der Bestimmung der Dichte des Wassers von 20 °C höchstens ein Fehler von ± 0,0005 g/ cm

3

bei

der Senkkörpereinrichtung von 30 g hervorgerufen wird.

3.4 Eintauchtiefe des Senkkörpers bzw. Steinträgers

Der Senkkörper hängt an einem Platindraht von 0,2 mm Durchmesser. Im Wasser erfährt somit der Draht einen

Auftrieb von ca. 0,3 mg auf 10 mm Eintauchlänge.

Steht die Flüssigkeit 10 mm über der Öse des Senkkörpers, sind ca. 40 mm Draht eingetaucht. Bei Dichten um

1 entsteht daraus ein Auftrieb von 1,2 mg. Da aber noch durch 10 ml dividiert wird, fällt dieser Einfluss ausser

Betracht.

Der Steinträger besteht im einzutauchenden Teil aus Draht von 0,8 mm Durchmesser, was bei einer

Flüssigkeitsdichte um 1 einen Auftrieb von ca. 5 mg pro 10 mm Eintauchlänge ergibt. Da jedoch bei der Wägung

des Festkörpers in Luft der Steinträger ebenfalls eingetaucht ist und sich zwischen beiden Wägungen, trotz der

Gewichtsdifferenz, bei elektronischen Waagen die Eintauchtiefe nicht ändert, bleibt die Auftriebskraft am

Steinträger konstant und fällt somit ausser Betracht. Bedingung: Flüssigkeitsstand nicht ändern (Die Änderung

des Flüssigkeitsstandes durch das Eintauchen des Festkörpers ist meist unerheblich: Ein Festkörpervolumen

von 1 cm

3

lässt die Flüssigkeit um 0,5 mm ansteigen, was einen Auftrieb von ca. 0,15 mg, d. h. einen Dichtefehler

von ca. 0,15 mg/ cm

3

verursacht).

3.5 Oberflächenspannung der Flüssigkeit

Durch Adhäsion der Flüssigkeit am Aufhängedraht entsteht eine scheinbare Gewichtszunahme. Im Falle des

Senkkörpers (Drahtdurchmesser 0,2 mm) und in Wasser beträgt diese Kraft ca. 1 mg; sie kann durch

Verwendung von Netzmitteln oder organischen Flüssigkeiten auf ca. 0,3 mg reduziert werden. Es gilt aber auch

hier, dass anschliessend noch durch 10 ml dividiert wird, sodass der resultierende Dichtefehler höchstens 0,0001

g/ ml beträgt.

Am Steinträger entsteht aufgrund des grösseren Drahtdurchmessers in Wasser eine Kraft von bis zu 3 mg. Auch

in diesem Falle, ähnlich wie unter 3.4, wird aber ein Einfluss auf das Resultat praktisch beseitigt, indem der

Steinträger bei beiden Wägungen (A und B) eingetaucht ist. Für höchste Genauigkeitsansprüche wäre die

Herabsetzung der Oberflächenspannung dennoch eine Vorsichtsmassnahme (siehe auch 3.6).

12 METTLER TOLEDO 33360 + 210260

3.6 Luftblasen

Insbesondere bei schlecht benetzenden Flüssigkeiten, wie z. B. netzmittelfreiem Wasser, besteht die Möglich-

keit, dass am eingetauchten Festkörper, Senkkörper oder Steinträger Luftblasen hängen bleiben, welche durch

Auftriebserzeugung das Resultat beeinflussen. Eine Blase von 1 mm Ø erzeugt einen Auftrieb von 0,5 mg, eine

Blase von 2 mm Ø aber bereits einen solchen von 4 mg.

Vorsichtsmassnahmen:

- Lösungsmittelbeständige Festkörper entfetten

- Steinträger und Senkkörper periodisch reinigen, eintauchenden Teil nicht mit Händen berühren

- Den Steinträger jeweils beim ersten Eintauchen (Benetzen) in der Flüssigkeit etwas rütteln, bevor er an den

Bügel gehängt wird, um allfällig anhaftende Luftblasen zu lösen.

- Netzmittel oder organische Lösungsmittel als Hilfsflüssigkeit verwenden (z. B. Foto-Flo von Kodak, Pervitro

75% 72409). Die Dichteänderung von destilliertem Wasser durch das Netzmittel ist unerheblich; wird auf 250

ml Wasser z. B. 0,1 ml Netzmittel von der Dichte 1,2 zugefügt, ändert sich die Gesamtdichte um 0,0001 g/

ml.

3.7 Poröse Körper

Da beim Eintauchen von porösen Körpern in der Regel nicht die gesamte Luft in den Poren durch die Flüssigkeit

verdrängt wird, treten Fehler auf. Die Dichte des Körpers kann nur annähernd bestimmt werden.

METTLER TOLEDO 33360 + 210260 13

4. Durchführung von Dichtebestimmungen

Anordnung

1 Waagschale der METTLER TOLEDO-Waagen

2 Bügel, an Waagschale gesteckt und mittels …

3 … Klemmschrauben an ihr festgeklemmt;

4 Brücke, quer über die Waagschale auf das Waagen-

gehäuse gestellt. Achtung: Waagschale 1 und Bügel 2

dürfen nicht an der Brücke streifen!

5 Becherglas 250 ml, auf Brücke gestellt;

6 Senkkörper oder Steinträger, bei …

7 … Aufhängung am Bügel 2 aufgehängt. Der Senkkörper

oder Steinträger soll berührungsfrei mitten im Becher-

glas hängen. Achtung: Die erste Wägung erfolgt trok-

ken!

8 Thermometer

Die einzelnen Teile sind auf Seite 33 (Ersatzteilliste) noch-

mals aufgeführt.

Hinweise:

- Es empfiehlt sich, die Kalibrierung zu prüfen.

- Beachten Sie, zusammen mit dem nachstehenden Text, die praktische Kurzanleitung in Bildern, welche

dieser Beschreibung beigelegt ist.

4.1 Bestimmen der Dichte von Flüssigkeiten

- Verdrängungskörper 210260 + Dichtebestimmungs-Kit 33360 verwenden.

- Leeres Becherglas auf die Brücke 4 stellen, zentrisch unter die Aufhängung 7; Thermometer einsetzen.

- Senkkörper 6 anhängen. Er darf Becherglas und Thermometer nicht berühren.

- Waage tarieren. Anzeige: genau Null.

- Zu prüfende Flüssigkeit ins Becherglas einfüllen bis ca. 10 mm über die Aufhängeöse des Senkkörpers. Am

Senkkörper dürfen keine Luftblasen hängen bleiben; nötigenfalls Blasen mit feinem Pinsel etc. abstreifen.

- Auf der Waagenanzeige erscheint (mit negativem Vorzeichen) der Auftrieb P

s

des Senkkörpers. Diese

Waagenanzeige P

s

durch 10 dividieren, dann 0,001 g/ ml hinzuaddieren.

Das Resultat ist die gesuchte Flüssigkeitsdichte ρ

1

[g/ ml] bei gegebener Temperatur T (ablesen).

P

s

P

s

[g]

ρ

1

=+ L

s

= + 0,001 g/ ml bei T °C (P

s

= A

s

- B

s

)

V

s

10 ml

Soll auf die direkte Auftriebsanzeige verzichtet werden, wird P

s

aus zwei getrennten Wägungen gewonnen:

A

s

= Senkkörper in Luft; B

s

= Senkkörper in Flüssigkeit. Vorgehen: wie oben, jedoch wird tariert vor dem

Anhängen des Senkkörpers. Mit angehängtem Senkkörper zeigt die Waage dann A

s

, nach dem Einfüllen der

Flüssigkeit (ohne nochmaliges Tarieren!) aber B

s

.

Beispiel mit Auftriebsanzeige: Bestimmen der Dichte von Aceton

7,898 g

Messwerte: P

s

= 7,898 g ρ

1

+ 0,001 g/ ml = 0,7908 g/ ml bei 20 °C

T = 20 °C 10 ml

Die Dichte des geprüften Acetons ist 0,7908 g/ ml bei 20 °C.

14 METTLER TOLEDO 33360 + 210260

4.2 Bestimmen der Dichte von Festkörpern

- Dichtebestimmungs-Kit für Festkörper (= Steinträger 6) 33360 verwenden.

- Soviel Hilfsflüssigkeit ins Becherglas einfüllen, dass der Festkörper, wenn er hernach ins Drahtkörbchen des

Steinträgers gelegt wird, noch mindestens 1 cm hoch mit Flüssigkeit bedeckt ist. Thermometer einsetzen.

Becherglas auf Brücke 4 stellen, zentrisch unter die Aufhängung 7.

- Steinträger anhängen (auf Luftblasen achten, besonders am Drahtkörbchen).

- Waage tarieren. Anzeige: genau Null.

- Trockenen Festkörper ins obere Schälchen des Steinträgers legen, Gewichtsanzeige (in Gramm oder Karat)

notieren. Es ist dies das Gewicht A des Festkörpers in Luft.

- Waage nochmals tarieren (mit Festkörper im Schälchen). Anzeige: genau Null.

- Festkörper aus dem Schälchen nehmen und ins untere Drahtkörbchen (in die Flüssigkeit) legen. Auf der

Waagenanzeige erscheint (mit negativem Vorzeichen) der Auftrieb P des Festkörpers.

Die erste Anzeige A durch die zweite Anzeige P dividieren, dann dieses Zwischenresultat mit der Dichte ρ

o

der Hilfsflüssigkeit (bei der gegebenen Temperatur T) multiplizieren.

Dieses Schlussresultat ist die gesuchte Dichte ρ

2

des Festkörpers. Die Einheit entspricht der verwendeten

Einheit für die Dichte ρ

o

der Hilfsflüssigkeit, z. B. g/ cm

3

(entspricht g/ ml).

A A [g] Da die Einheiten von A und P sich aufheben, kann

ρ

2

=• ρ

o

=• ρ

o

[g/ cm

3

] ebensogut in Karat wie in Gramm gewogen werden:

P P [g] Das Resultat ρ

2

hat stets die Einheit von ρ

o

.

Soll auf die direkte Auftriebsanzeige verzichtet werden, wird auch hier P aus A - B gewonnen: B erscheint anstelle

von P auf der Waagenanzeige, wenn nach der Gewichtsanzeige A entweder gar nicht oder dann mit

abgehobenem Festkörper tariert wird.

Beispiel mit Auftriebsanzeige: Bestimmen der Dichte eines Geldstückes mit Hilfe von destilliertem Wasser.

Messwerte: A = 3,011 g 3,011

P = 0,336 g ρ

2

= • 0,997 g/ cm

3

= 8,93 g/ cm

3

T = 25,5 °C →ρ

o

= 0,997 g/ cm

3

0,336

Das Geldstück hat eine Dichte von 8,93 g/ cm

3

.

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Spare parts Order No.

Ersatzteile Bestell-Nr.

Pièces de rechange No de commande

Repuestos No de pedido

Parti di ricambio N. ordinazione

Glass beaker 250 ml 71578

Becherglas

Bécher

Vaso

Bicchiere

Bracket 80 mm 33341

Bügel

Etrier

Estribo

Staffa

Bracket 130 mm 33342

Bügel

Etrier

Estribo

Staffa

Float packaged 210260

Senkkörper verpackt

Plongeur sous emballage

Cuerpo sumergible embalado

Corpo da immergere imballato

Gem holder 33343

Steinträger

Porte-pierre

Portapiedras

Portapietra

Thermometer 238767

Thermometer

Thermomètre

Termómetro

Termometro

Clamping screw 40288

Klemmschraube

Vis de fixation

Tornillo de apriete

Vite di fissaggio

Bridge 33347

Brücke

Pont

Puente

Ponte

Pervitro 75% 72409

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