硫酸氢乙酯的配制及对密度计校准结果的影响*

2014-03-22梁秀丽李文春荀其宁王学琴

计量技术 2014年5期

梁秀丽　李文春　张　坤　荀其宁　王学琴　梁　旭　王　强

(1.中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031；2.中国兵器工业集团第五三研究所(余姚分所)，余姚 315400)

0　引言

密度计是测量液体密度最常用的仪器，它在工农业生产、科学研究及国防等领域中有着广泛的应用。其量值是否准确可靠，直接影响到被测液体密度测量的准确性。

在密度计的校准中，影响校准结果的因素很多，不仅与主标准器和检定人员的技术水平有关，还与检定液有关，由于检定液是密度计量标准的重要组成部分，其稳定性和准确性也是影响校准结果的重要因素。在实际工作中，我们发现检定液的配制方法不当，对密度计进行毛细常数修正时，会给毛细常数修正值带来误差，直接影响校准结果的准确性，这一影响在硫酸氢酯中表现尤为突出。因此，笔者着重介绍了硫酸氢乙酯的配制过程，并进行了不同配制条件下校准结果的比较实验，选择出最佳配制方法，提高了校准结果的准确度。这一方法配制的密度液稳定性和准确性在密度计校准能力验证中得以验证。

1　实验部分

1.1　仪器和试剂[1，2]

一等标准密度计组：测量范围650～2000kg/m3，分度值为0.2kg/m3和0.5kg/m3。

电子天平：测量范围10mg～1000g。

工作酒精计：测量范围q为(0～100)%，10支组，分度值为0.2%。

千分尺：分度值0.01mm，测量范围0～25mm。

内标式温度计：分度值0.1℃，测量范围0～50℃。

检定筒：内径110mm，高500mm；烧杯为2L；量筒为1L。

搅拌器：带有聚四氟乙烯搅拌棒。

95%乙醇(酒精)：分析纯；浓硫酸：分析纯；蒸馏水：三级。

1.2　密度计检定工作原理[1，2]

采用直接比较法，按照JJG 42—2011《工作密度计检定规程》进行工作密度计检定。将被检密度计与标准密度计同时浸入同一检定液中，直接比较其分度表上的示值，检定时如果检定液与被检密度计实际使用的液体不同，则进行毛细常数修正，最后经过一系列计算得出被检密度计的修正值。

Δρ=ρ标-ρ被

(1)

式中：Δρ为被检密度计的修正值，kg/m3；ρ标为标准密度计修正后的密度值，kg/m3；ρ被为被检密度计修正后的密度值，kg/m3。

2　硫酸氢乙酯的配制

硫酸氢乙酯具有适用范围广、与玻璃浸润性好、毛细常数较小、液体稳定性好、能形成好的弯月面等优点，因此在密度计量检定中应用较广。

2.1　配制公式[3-5]

配制硫酸氢乙酯时，首先用浓硫酸和85%的酒精液进行初配，然后用密度值不同的硫酸氢乙酯进行微调，如用密度值分别为ρ1和ρ2的浓硫酸和85%酒精，配制密度值为ρ硫酸氢乙酯时，首先根据式(2)和式(3)计算各组分量，根据各组分的体积量进行配制。

(2)

V2=V-V1

(3)

式中：V1为第一种溶液的体积，m3；ρ1为第一种溶液的密度,kg/m3；V2为第二种溶液的体积，m3；ρ2为第二种溶液的密度，kg/m3；V为待配制溶液的体积，m3；ρ为欲配制溶液的密度，kg/m3。

2.2　配制方法及注意事项[3，4]

配制硫酸氢乙酯时需要用浓度为85%的酒精液和浓硫酸，而且配制过程中因发生化学反应，放出大量的热，液温超过40℃，检定液变成暗红色，影响视觉分辨力，从而影响校准结果的准确性，并且缩短保质期，因此该检定液的配制非常关键，我们在实践中进行了配制条件的选择，摸索出一套可行的配制方法。

2.2.1试剂的选择

选择试剂级的浓硫酸、95%酒精和蒸馏水。因为试剂级的浓硫酸和95%酒精中杂质少，配制出的检定液透明度好，能形成好的弯月面。

2.2.2配制85%的酒精液

先测定一定温度下95%酒精的密度，按照式(2)和式(3)计算出配制一定量的85%酒精液所需95%酒精和蒸馏水的体积，量取95%酒精和蒸馏水，倒入细口瓶中，配制成85%的酒精液。配制好的酒精液摇匀，放置12h后，用酒精计进行测量，如浓度为85%，则可用以继续配制硫酸氢乙酯，否则，要重新调配酒精液浓度，直至达到85%为止，这也是配制硫酸氢乙酯的关键之一。多次实验表明酒精液浓度不准，配制的硫酸氢乙酯不稳定，其原因为：1)酒精液浓度较低时，按照公式计算的硫酸过量，由于硫酸的毛细常数较大，使得检定液和密度计接触处不能形成好的弯月面，甚至呈锯齿状；2)按照毛细常数表进行计算时，计算出的毛细常数修正值会产生一定误差；3)当酒精液浓度较低时，由于酒精过量所配制的硫酸氢乙酯不稳定，也会产生毛细常数修正误差，影响校准结果的准确性。

2.2.3硫酸氢乙酯的粗配

配制硫酸氢乙酯需要硫酸和85%酒精液。先用量筒量取一定体积的85%的酒精水溶液，并将其倒入烧杯中，将盛有85%的酒精水溶液的烧杯放入盛有冷水的容器中，加入硫酸时沿着烧杯内壁缓缓地加入，并不断搅拌，绝不可反向操作及一次加入量过大，以免因局部反应而放出大量的热，强烈沸腾溅出伤人。在加硫酸的同时不断搅拌，并不断降温，随时观察液体的温度，绝不能超过40℃，按此条件配制的检定液均匀透明，稳定性好，能存放较长时间，并可反复使用。

2.2.4硫酸氢乙酯微调

硫酸氢乙酯粗配好后，由于混合液体积收缩，需放置2天后摇匀，并待液体静止后，用密度计测量其密度值，然后根据需要按照2.1配制公式计算各组分量，按照上述操作程序进行微调，摇匀放置一周后，液体基本稳定。

3　不同浓度酒精液配制硫酸氢乙酯的影响

在工作中发现85%酒精液浓度不准确，则配制出的硫酸氢乙酯不稳定，用该密度液校准密度计时，结果不准确，重复性差。为了验证对校准结果的影响情况，我们选用同一种浓硫酸和浓度分别为84%、85%、86%的酒精液配制成3种硫酸氢乙酯,用配制好的硫酸氢乙酯，进行密度计检定，比较其校准结果。选择一支1500～1600kg/m3工作密度计，用一等标准密度计对其校准，控制检定液温度20℃，按照式(1)计算被检密度计的修正值，结果见表1。

由表1可见，用浓度为84%、85%、86%酒精液配制的硫酸氢乙酯进行密度计校准时，校准点1500kg/m3的修正值最大差值为0.3kg/m3，由于检定规程中规定，密度计的修正值不能超过±1个分度值，当检定密度计时，可能因为检定液的不准，使得检定结果超差，而误判密度计不合格，这给应用单位带来一定影响。因此在配制硫酸氢乙酯时，一定要用85%酒精液配制。