Areometergrader
Icke-SI-skalor för vätskors densitet · storhet: relativ densitet vid 60 °F
Oljebörsen är så inrättad att den tunga varan blir den billiga: bitumen från Athabasca säljs med rabatt, den lätta texanska sorten med tillägg, och hela denna prisskillnad står i kontraktet som ett enda tal, som grader API. Deras skala löper tvärtemot tingens vanliga ordning, ty ju tätare vätskan är, desto färre grader tillfaller den. Nollan hamnade på en vätska tyngre än vatten, medan vattnet självt tilldelades exakt tio.
Samma glasflottör bär ytterligare två skalor, ärvda från andra hantverk: kemisten läser grader Baumé på stången, garvaren och färgaren grader Twaddell. Alla tre talar om samma sak, om det djup till vilket instrumentet sjunkit ned i vätskan, men var och en gör det med egna tal och inom sitt eget område, utanför vilket den helt enkelt tiger.
01 · Definition
Alla tre graderna är inget annat än omskriven relativ densitet, det vill säga förhållandet mellan vätskans densitet och vattnets, båda tagna vid samma temperatur 60 °F. Instrumentet är i alla tre fallen detsamma, en glasflottör med en skala på stången, och de skiljer sig endast i vilken formel skalan ritades efter på glaset.
Areometern sjunker desto djupare ju lättare vätskan är, eftersom den tränger undan exakt sin egen vikt, och nedsänkningsdjupet visar sig vara proportionellt inte mot densiteten utan mot dess invers. Därav formlernas utseende: hos grad API och hos Baumés lätta gren står densiteten i nämnaren, så att talen växer mot de lätta vätskorna, medan Twaddell inte har någon nämnare alls — hans skala är linjär i densiteten och räknas från vatten endast uppåt.
Baumés skala har två grenar, en tung och en lätt, och på instrumentet står alltid vilken av dem som är graderad. Båda börjar vid vatten men går sedan isär: den tunga leder till syror och baser, den lätta till sprit och bränsle. Att förväxla dem är lättare än det verkar, och på en stark syra når felet i valet av gren upp till tio grader.
Talet på skalan har mening endast tillsammans med den temperatur vid vilken det avlästes: glaset är graderat för 60 °F, och ett varmt prov ger oundvikligen för låg densitet. I oljehandeln uppskattas korrektionen för detta inte på ögonmått utan hämtas ur tabellerna ASTM D1250 — först förs avläsningen till referensens sextio grader och först därefter räknas volym och pengar.
Flytta densiteten: flottören stiger eller sjunker, och de tre skalorna läser dess läge var och en på sitt sätt. Var och en av dem har en blind zon, och där två skalor ännu fungerar visar den tredje redan ingenting.
Den gröna linjen är grader API: de faller allteftersom densiteten stiger. Den orange är grader Twaddell, som tvärtom växer. Linjerna skär varandra vid vatten, där API ger tio och Twaddell noll, och går sedan isär åt motsatta håll: den ena skalan är graderad för olja, som är lättare än vatten, den andra för syror och baser, som är tyngre. Ett instrument med båda skalorna på samma stång tillverkar ingen, eftersom deras gemensamma område är alltför litet.
02 · Omräkning
Ange en avläsning — bladet ger de övriga
Alla skalor går tillbaka på en och samma relativa densitet vid 60 °F och kan därför räknas om till varandra exakt. Onoggrannhet uppstår endast där avläsningen tagits vid en annan temperatur och inte förts till referensen enligt tabell.
Modulen för Baumés tunga gren togs olika i olika länder — 144,3, 145 eller 146,3 — och omkopplaren för den ligger bland bladets fininställningar: på en stark syra syns skillnaden redan i första siffran.
Femton och en halv grad Celsius är inget runt tal och ingens infall: det är exakt 60 °F, de välbekanta sextio graderna på den amerikanska termometern, som hela oljans räknekonst vilar på. Ett varmt prov visar fler grader API än det i verkligheten finns, och på ett parti av tankfartygs storlek räknas den skillnaden redan i pengar; därför förs avläsningen först till referensen och multipliceras först därefter med volymen.
| Anmärkning | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Storleksordningar
logaritmisk skala: från luft till osmium04 · Mätinstrument
Vad man bestämmer en vätskas densitet med
En flottör med hagel i buken och en skala på stången: man läser det streck som sammanfaller med vätskeytan. Ett enda instrument täcker ett smalt densitetsband, därför säljs de i satser om sex till nio stycken i etui. Metoden beskrivs i ASTM D1298 och är alltjämt giltig vid mottagning av olja.
Ett kärl av känd volym vägs tomt och fyllt, hållet i termostat. Av de mekaniska metoderna är detta den noggrannaste: densitetens femte siffra fås med säkerhet. Priset är tid, ett prov tar omkring en halvtimme — men det är just med pyknometern som areometrarna själva kalibreras.
Ett böjt rör bringas att svänga i sin egenfrekvens, och ju tätare innehållet är, desto långsammare svänger det. Densiteten beräknar instrumentet ur svängningstiden och för den självt till 60 °F. Av prov behövs en milliliter, på svaret väntar man en halv minut — i laboratoriet har ett sådant instrument för länge sedan trängt undan flottören.
I en rörledning behövs densiteten oavbrutet, och där sätter man in en massflödesmätare: den bringar två slingor att svänga och bestämmer ur deras vridning på en gång massflödet och densiteten. Grader API lämnar instrumentet omedelbart, så att siffran hamnar i varurapporten utan prov och utan människa.
05 · Skrivregler
Ett tal utan gren och utan grader Fahrenheit betyder ingenting
Gradtecknet sätts före bokstäverna och tätt intill dem, medan värdet skiljs av med ett mellanslag. För Baumé måste grenen anges, den tunga eller den lätta. Hos grad API får temperaturen utelämnas endast därför att den alltid är densamma, 60 °F; är provet mätt vid en annan anges det särskilt.
Den tredje skrivningen förväxlar storheten med dess skala: densiteten mäts i kilogram per kubikmeter, medan grader API är ett dimensionslöst tal, uträknat ur densiteten. Det fjärde felet är det vanligaste i verkstaden: svavelsyra på 66 °Bé innehåller omkring 93 % monohydrat och alls inte 66 %. Procent sammanfaller med grader endast hos Brix och Plato, där skalan är avsedd just så.
06 · Grannenheter
Till innebörden står alla de skalor nära där densiteten skrivits om till tal som passar branschen: socker räknas efter Brix, druvmust efter Oechsle, olja efter API — och under dem alla ligger en och samma dimensionslösa relativa densitet.
skalan löper baklänges
två grenar från vatten
linjär i densiteten
Bland Simetriums datablad närmast står densitet i kg/m³, som alla tre skalorna kan föras tillbaka på, grad Brix och grad Plato med sina sockertabeller, fat, där olja räknas i volym, och fat oljeekvivalenter, där förbränningsvärmen läggs till volymen.
07 · Historisk del
Salt, läder och olja
Antoine Baumé graderade stången efter två punkter: rent vatten gav honom nollan, och en lösning av femton delar salt på åttiofem delar vatten gav femton. Avståndet mellan dessa märken delade han jämnt, och därav blev en skala som apotekarna genast tog till sig.
Den skotske hantverkaren William Twaddell klarade sig utan formel: han lade en grad lika med fem tusendelar densitet, så att ingenting behöver räknas. Blek- och garvbad hålls i ett smalt band ovanför vatten, och garvare och textilarbetare talar i grader Twaddell än i dag.
Amerikanska oljeareometrar graderades i decennier med modulen 141,5, trots att Baumés formel krävde 140. Standardbyrån föredrog, när den upptäckte avvikelsen, att inte göra om glaset utan att legalisera det — så uppstod API-skalan.
Densiteten tas i laboratoriet sedan länge med svängande rör och i ledningen med massflödesmätare, men oljekontrakten är alltjämt skrivna i grader API, och tillägget för den lätta sorten räknas efter dem. Skalan har överlevt sitt instrument: talen är desamma, men någon flottör finns inte längre i denna kedja.
En enhet utan normal och utan nollan på rätt plats
Själva graden API går inte att kalibrera: man kalibrerar densitetsmätaren, och graden följer ur densiteten enligt formeln. Att kontrollera i denna kedja gäller två storheter, densitet och temperatur, varvid den andra är viktigare än den första. Varm olja är lättare, det blir fler grader av den, och därmed är den enligt kontraktet dyrare; därför antecknas provets temperatur tillsammans med avläsningen, och korrektionen hämtas ur tabeller i stället för att räknas i huvudet.
Nollan på denna skala står inte vid vatten utan vid densiteten 1,076, där vattnet sedan länge ligger bakom. Så bestämde formeln, tänkt för vätskor lättare än vatten: dess nolla hamnade vid sidan av all fysikalisk mening. Tunga sorter går ned i negativa grader, och ett minus i varurapporten ser underligt ut men anses fullkomligt normalt.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och storheter utanför systemet som varken tekniken eller kalendern klarar sig utan.