องศาไฮโดรมิเตอร์
สเกลความหนาแน่นของของเหลวนอกระบบ SI · ปริมาณ: ความหนาแน่นสัมพัทธ์ที่ 60 °F
ตลาดน้ำมันถูกจัดไว้เช่นนั้น สินค้าที่หนักกลับกลายเป็นของถูก: บิทูเมนจาก Athabasca ขายโดยลดราคา ส่วนน้ำมันดิบเบาจากเท็กซัสขายโดยบวกเพิ่ม และส่วนต่างของราคาทั้งหมดนี้เขียนไว้ในสัญญาด้วยตัวเลขเพียงตัวเดียว คือองศา API สเกลของพวกเขาเดินกลับทางกับลำดับปกติของสิ่งต่าง ๆ เพราะยิ่งของเหลวหนาแน่นมาก องศาที่ตกถึงมันยิ่งน้อย ศูนย์ไปตกที่ของเหลวซึ่งหนักกว่าน้ำ ส่วนน้ำเองได้รับสิบพอดี
ทุ่นแก้วอันเดียวกันนี้ยังมีอีกสองสเกลที่ตกทอดมาจากงานช่างอื่น: นักเคมีอ่านองศา Baumé บนก้าน ส่วนช่างฟอกหนังกับช่างย้อมอ่านองศา Twaddell ทั้งสามพูดถึงสิ่งเดียวกัน คือความลึกที่เครื่องมือจมลงในของเหลว แต่แต่ละสเกลทำเช่นนั้นด้วยตัวเลขของตนและในพิสัยของตน พ้นจากนั้นมันก็เพียงเงียบไป
01 · นิยาม
ทั้งสามองศาไม่ใช่อะไรอื่นนอกจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ที่เขียนใหม่ กล่าวคืออัตราส่วนของความหนาแน่นของของเหลวต่อความหนาแน่นของน้ำ โดยวัดทั้งคู่ที่อุณหภูมิเดียวกันคือ 60 °F เครื่องมือในทั้งสามกรณีเป็นอันเดียวกัน คือทุ่นแก้วที่มีสเกลบนก้าน และต่างกันเพียงว่าสเกลนั้นถูกขีดลงบนแก้วตามสูตรใด
ไฮโดรมิเตอร์จมลึกยิ่งขึ้นเมื่อของเหลวเบาลง เพราะมันแทนที่ของเหลวเท่ากับน้ำหนักของตัวเองพอดี และความลึกของการจมกลับแปรผันไม่ใช่กับความหนาแน่น แต่กับส่วนกลับของมัน รูปของสูตรจึงมาจากตรงนี้: ในองศา API และในสาขาเบาของ Baumé ความหนาแน่นอยู่ในตัวส่วน ตัวเลขจึงเพิ่มขึ้นไปทางของเหลวที่เบา ขณะที่ Twaddell ไม่มีตัวส่วนเลย — สเกลของเขาเป็นเชิงเส้นตามความหนาแน่นและนับจากน้ำขึ้นไปทางเดียว
สเกลของ Baumé มีสองสาขา หนักกับเบา และบนเครื่องมือระบุไว้เสมอว่าขีดสาขาใดไว้ ทั้งสองเริ่มจากน้ำ แต่จากนั้นก็แยกกัน: สาขาหนักนำไปสู่กรดและด่าง สาขาเบานำไปสู่แอลกอฮอล์และเชื้อเพลิง การสับสนสองสาขานี้ง่ายกว่าที่คิด และบนกรดเข้มข้นความคลาดจากการเลือกสาขาผิดขึ้นถึงสิบองศา
ตัวเลขบนสเกลมีความหมายก็ต่อเมื่อมาพร้อมอุณหภูมิที่อ่านค่านั้น: แก้วถูกขีดไว้สำหรับ 60 °F และตัวอย่างที่อุ่นย่อมให้ความหนาแน่นต่ำกว่าจริงเสมอ ในการค้าน้ำมันไม่ประมาณค่าแก้ด้วยสายตา แต่หยิบจากตาราง ASTM D1250 — ปรับค่าอ่านมาที่หกสิบองศาอ้างอิงก่อน แล้วจึงคำนวณปริมาตรและเงิน
ลองเลื่อนความหนาแน่นดู: ทุ่นลอยขึ้นหรือจมลง และสามสเกลอ่านตำแหน่งของมันคนละแบบ แต่ละสเกลมีเขตบอดของตน และตรงที่สองสเกลยังทำงานอยู่ สเกลที่สามก็ไม่แสดงอะไรแล้ว
เส้นสีเขียวคือองศา API ซึ่งลดลงเมื่อความหนาแน่นเพิ่ม เส้นสีส้มคือองศา Twaddell ซึ่งกลับเพิ่มขึ้น เส้นทั้งสองตัดกันที่น้ำ ตรงที่ API ให้สิบและ Twaddell ให้ศูนย์ จากนั้นก็แยกไปคนละทาง: สเกลหนึ่งขีดไว้สำหรับน้ำมันซึ่งเบากว่าน้ำ อีกสเกลสำหรับกรดและด่างซึ่งหนักกว่า ไม่มีใครทำเครื่องมือที่มีทั้งสองสเกลบนก้านเดียวกัน เพราะพิสัยร่วมของมันแคบเกินไป
02 · การแปลงหน่วย
ใส่ค่าอ่านหนึ่งค่า แล้วแผ่นนี้จะให้ค่าที่เหลือ
ทุกสเกลย้อนกลับไปสู่ความหนาแน่นสัมพัทธ์เดียวกันที่ 60 °F จึงแปลงกันไปมาได้อย่างแม่นยำ ความคลาดเกิดขึ้นเฉพาะตรงที่ค่าอ่านถูกวัดที่อุณหภูมิอื่นและไม่ได้ปรับมาที่ค่าอ้างอิงตามตาราง
โมดูลัสของสาขาหนักของ Baumé แต่ละประเทศใช้ต่างกัน — 144.3, 145 หรือ 146.3 — จึงวางตัวเลือกโมดูลัสไว้ในการตั้งค่าละเอียดของแผ่นนี้: บนกรดเข้มข้น ความต่างเห็นได้ตั้งแต่หลักแรกแล้ว
สิบห้าองศาครึ่งเซลเซียสไม่ใช่ตัวเลขกลม ๆ และไม่ใช่ความเอาแต่ใจของใคร: มันคือ 60 °F พอดี หกสิบองศาอันคุ้นเคยของเทอร์มอมิเตอร์อเมริกัน ซึ่งเลขคณิตของน้ำมันทั้งหมดพิงอยู่ ตัวอย่างที่อุ่นแสดงองศา API มากกว่าที่มีจริง และในล็อตขนาดเรือบรรทุกน้ำมัน ความต่างนี้นับเป็นเงินไปแล้ว ดังนั้นจึงปรับค่าอ่านมาที่ค่าอ้างอิงก่อน แล้วจึงคูณด้วยปริมาตร
| หมายเหตุ | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · อันดับของขนาด
สเกลลอการิทึม: จากอากาศถึงออสเมียม04 · เครื่องมือวัด
ใช้อะไรวัดความหนาแน่นของของเหลว
ทุ่นที่มีลูกปรายอยู่ในท้องและมีสเกลบนก้าน: อ่านขีดที่ตรงกับระดับผิวของเหลว เครื่องมืออันหนึ่งครอบคลุมช่วงความหนาแน่นแคบ ๆ จึงขายเป็นชุดละหกถึงเก้าอันในกล่อง วิธีนี้บรรยายไว้ใน ASTM D1298 และยังใช้ได้ตามกฎในการรับมอบน้ำมันจนถึงทุกวันนี้
ชั่งภาชนะที่รู้ปริมาตรทั้งตอนว่างและตอนเต็ม โดยเก็บไว้ในเครื่องควบคุมอุณหภูมิ ในบรรดาวิธีเชิงกลนี่คือวิธีที่แม่นที่สุด: หลักที่ห้าของความหนาแน่นได้มาอย่างมั่นใจ ราคาที่จ่ายคือเวลา ตัวอย่างหนึ่งใช้ราวครึ่งชั่วโมง แต่ไฮโดรมิเตอร์เองก็สอบเทียบด้วยพิกโนมิเตอร์นี่แหละ
ทำให้ท่อโค้งสั่นที่ความถี่ธรรมชาติของมัน และยิ่งสิ่งที่อยู่ข้างในหนาแน่น มันยิ่งแกว่งช้าลง เครื่องมือคำนวณความหนาแน่นจากคาบการสั่นและปรับมาที่ 60 °F ด้วยตัวเอง ใช้ตัวอย่างเพียงมิลลิลิตรเดียว รอคำตอบครึ่งนาที — ในห้องปฏิบัติการเครื่องมือแบบนี้ขับทุ่นลอยออกไปนานแล้ว
ในท่อส่งต้องรู้ความหนาแน่นตลอดเวลา จึงติดมาตรวัดการไหลเชิงมวลไว้ตรงนั้น: มันทำให้ห่วงสองห่วงสั่นและจากการบิดของมันก็กำหนดทั้งอัตราการไหลเชิงมวลและความหนาแน่นพร้อมกัน องศา API เครื่องมือให้ทันที ตัวเลขจึงเข้าสู่รายงานสินค้าโดยไม่ต้องเก็บตัวอย่างและไม่ต้องผ่านมือคน
05 · กฎการเขียน
ตัวเลขที่ไม่บอกสาขาและไม่บอกองศาฟาเรนไฮต์ ไม่มีความหมายอะไรเลย
วางเครื่องหมายองศาไว้หน้าตัวอักษรและติดกับตัวอักษร ส่วนค่าตัวเลขคั่นด้วยช่องว่าง สำหรับ Baumé ต้องระบุสาขาเสมอ ว่าหนักหรือเบา ในองศา API อนุญาตให้ละอุณหภูมิได้ก็เพราะมันเป็นค่าเดิมเสมอ คือ 60 °F เท่านั้น ถ้าตัวอย่างวัดที่อุณหภูมิอื่นก็ต้องระบุไว้ต่างหาก
การเขียนแบบที่สามสับสนระหว่างปริมาณกับสเกลของมัน: ความหนาแน่นวัดเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ส่วนองศา API เป็นตัวเลขไม่มีมิติที่คำนวณมาจากความหนาแน่น ความผิดพลาดข้อที่สี่พบบ่อยที่สุดในโรงงาน: กรดกำมะถัน 66 °Bé มีโมโนไฮเดรตราว 93 % ไม่ใช่ 66 % เลย ร้อยละตรงกับองศาเฉพาะที่ Brix และ Plato เท่านั้น ซึ่งสเกลถูกคิดมาเช่นนั้นแต่แรก
06 · หน่วยข้างเคียง
โดยความหมายแล้ว ใกล้กันคือทุกสเกลที่เขียนความหนาแน่นใหม่เป็นตัวเลขที่สะดวกแก่วงการนั้น ๆ: น้ำตาลนับตาม Brix น้ำองุ่นตาม Oechsle น้ำมันตาม API — และใต้ทั้งหมดนั้นมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ไม่มีมิติอันเดียวกันรองอยู่
สเกลเดินกลับทาง
สองสาขาจากน้ำ
เป็นเชิงเส้นตามความหนาแน่น
ใน แผ่นข้อมูลของ Simetrium ที่ใกล้ที่สุดคือ ความหนาแน่นเป็น kg/m³ ซึ่งทั้งสามสเกลย้อนกลับไปหา องศา Brix และ องศา Plato พร้อมตารางน้ำตาลของมัน บาร์เรล ซึ่งนับน้ำมันเป็นปริมาตร และ บาร์เรลเทียบเท่าน้ำมัน ซึ่งบวกความร้อนจากการเผาไหม้เข้ากับปริมาตรด้วย
07 · ภาคประวัติ
เกลือ หนัง และน้ำมัน
Antoine Baumé ขีดก้านตามสองจุด: น้ำบริสุทธิ์ให้ศูนย์แก่เขา และสารละลายเกลือสิบห้าส่วนต่อน้ำแปดสิบห้าส่วนให้สิบห้า ระยะระหว่างเครื่องหมายทั้งสองเขาแบ่งเท่า ๆ กัน แล้วก็ได้สเกลที่พวกเภสัชกรรับไปใช้ทันที
ช่างชาวสกอต William Twaddell ทำได้โดยไม่ต้องใช้สูตร: เขากำหนดให้หนึ่งองศาเท่ากับห้าในพันของความหนาแน่น จึงไม่เหลืออะไรให้คำนวณ น้ำยาฟอกขาวและฟอกหนังรักษาไว้ในแถบแคบ ๆ เหนือน้ำ และช่างฟอกหนังกับช่างสิ่งทอยังพูดกันเป็นองศา Twaddell จนถึงทุกวันนี้
ไฮโดรมิเตอร์น้ำมันของอเมริกาถูกขีดด้วยโมดูลัส 141.5 อยู่หลายสิบปี ทั้งที่สูตรของ Baumé เรียกร้อง 140 สำนักมาตรฐานเมื่อพบความไม่ตรงกันนี้ ก็เลือกที่จะไม่ทำแก้วใหม่ แต่รับรองมันตามกฎหมายแทน — สเกล API จึงเกิดขึ้นเช่นนี้
ความหนาแน่นในห้องปฏิบัติการวัดด้วยท่อสั่นมานานแล้ว และในท่อส่งวัดด้วยมาตรวัดเชิงมวล แต่สัญญาน้ำมันยังคงเขียนเป็นองศา API และค่าบวกเพิ่มของชั้นเบาก็คิดตามนั้น สเกลมีอายุยืนกว่าเครื่องมือของตัวเอง: ตัวเลขยังเหมือนเดิม ส่วนทุ่นลอยไม่มีอยู่ในสายนี้อีกแล้ว
หน่วยที่ไม่มีทั้งต้นแบบและศูนย์ที่อยู่ถูกที่
สอบเทียบองศา API เองไม่ได้: สิ่งที่สอบเทียบคือเครื่องวัดความหนาแน่น ส่วนองศาออกมาจากความหนาแน่นตามสูตร ในสายนี้ต้องตรวจสองปริมาณ คือความหนาแน่นกับอุณหภูมิ และอย่างหลังหนักกว่าอย่างแรก น้ำมันที่อุ่นเบากว่า องศาออกมามากกว่า ตามสัญญาจึงแพงกว่า ด้วยเหตุนี้จึงบันทึกอุณหภูมิของตัวอย่างไว้พร้อมค่าอ่าน และหยิบค่าแก้จากตาราง ไม่ใช่คิดในใจ
ศูนย์ของสเกลนี้ไม่ได้อยู่ที่น้ำ แต่อยู่ที่ความหนาแน่น 1.076 ตรงที่น้ำผ่านไปนานแล้ว สูตรที่คิดขึ้นสำหรับของเหลวที่เบากว่าน้ำกำหนดไว้เช่นนั้น: ศูนย์ของมันไปตกอยู่นอกความหมายทางฟิสิกส์ใด ๆ ชั้นที่หนักเข้าไปสู่องศาติดลบ และเครื่องหมายลบในรายงานสินค้าดูแปลก แต่ถือว่าปกติอย่างยิ่ง
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานของ SI เจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อของตนเองยี่สิบสองหน่วย และปริมาณนอกระบบซึ่งขาดไปแล้วทั้งงานช่างและปฏิทินก็ไม่เดิน