Độ phù kế
Các thang đo khối lượng riêng của chất lỏng ngoài SI · đại lượng: tỷ trọng ở 60 °F
Sàn dầu mỏ được sắp đặt sao cho hàng nặng lại hóa ra rẻ: bitum Athabasca bán có chiết khấu, còn hạng nhẹ của Texas bán có phụ giá, và toàn bộ chênh lệch giá ấy được ghi trong hợp đồng bằng một con số duy nhất, bằng độ API. Thang đo của họ chạy ngược với trật tự quen thuộc của sự vật, bởi chất lỏng càng đặc thì độ dành cho nó càng ít. Số không rơi vào một chất lỏng nặng hơn nước, còn chính nước thì được cấp đúng mười.
Vẫn chiếc phao thủy tinh ấy còn mang hai thang đo nữa, thừa hưởng từ những nghề khác: nhà hóa học đọc trên cán các độ Baumé, còn thợ thuộc da và thợ nhuộm đọc các độ Twaddell. Cả ba đều nói về một điều, về độ sâu mà thiết bị đã chìm vào chất lỏng, nhưng mỗi thang làm điều đó bằng con số của mình và trong khoảng của mình, ra ngoài khoảng ấy thì nó chỉ lặng thinh.
01 · Định nghĩa
Cả ba độ chẳng qua là tỷ trọng được viết lại, tức tỷ số giữa khối lượng riêng của chất lỏng và của nước, cả hai lấy ở cùng nhiệt độ 60 °F. Thiết bị trong cả ba trường hợp là một, chiếc phao thủy tinh có thang đo trên cán, và chúng chỉ khác nhau ở chỗ thang ấy được khắc lên thủy tinh theo công thức nào.
Phù kế chìm càng sâu khi chất lỏng càng nhẹ, vì nó đẩy đi đúng bằng trọng lượng của chính mình, và độ sâu chìm hóa ra tỷ lệ không phải với khối lượng riêng mà với nghịch đảo của nó. Hình dạng các công thức là từ đó: ở độ API và ở nhánh nhẹ của Baumé, khối lượng riêng nằm ở mẫu số, nên các con số tăng về phía chất lỏng nhẹ, còn Twaddell thì không có mẫu số nào cả — thang của ông tuyến tính theo khối lượng riêng và được đếm từ nước chỉ đi lên.
Thang Baumé có hai nhánh, nặng và nhẹ, và trên thiết bị bao giờ cũng ghi rõ nhánh nào được khắc. Cả hai đều bắt đầu từ nước, nhưng rồi tách ra: nhánh nặng dẫn tới axit và kiềm, nhánh nhẹ tới cồn và nhiên liệu. Nhầm lẫn hai nhánh dễ hơn ta tưởng, và trên axit đậm đặc thì sai lệch do chọn sai nhánh lên tới mười độ.
Bản thân con số trên thang chỉ có nghĩa cùng với nhiệt độ mà nó được đọc: thủy tinh được chia vạch cho 60 °F, và mẫu ấm tất yếu cho khối lượng riêng thấp hơn thực. Trong buôn bán dầu mỏ, hiệu chỉnh cho việc này không ước bằng mắt mà lấy từ bảng ASTM D1250 — trước hết đưa số đọc về sáu mươi độ quy chiếu, rồi mới tính thể tích và tiền.
Hãy dịch chuyển khối lượng riêng: chiếc phao nổi lên hoặc chìm xuống, còn ba thang đo đọc vị trí của nó mỗi thang một kiểu. Mỗi thang có vùng mù của mình, và ở nơi hai thang còn làm việc thì thang thứ ba đã chẳng chỉ gì nữa.
Đường màu lục là độ API: chúng giảm khi khối lượng riêng tăng. Đường màu cam là độ Twaddell, ngược lại thì tăng. Hai đường cắt nhau tại nước, nơi API cho mười còn Twaddell cho không, rồi tách ra về hai phía đối nhau: một thang được chia vạch cho dầu mỏ nhẹ hơn nước, thang kia cho axit và kiềm nặng hơn. Không ai làm thiết bị mang cả hai thang trên một cán, vì khoảng chung của chúng quá hẹp.
02 · Quy đổi
Nhập một số đọc, phiếu sẽ cho các số còn lại
Mọi thang đều quy về một tỷ trọng duy nhất ở 60 °F, nên chuyển đổi qua lại được chính xác. Sai lệch chỉ xuất hiện ở nơi số đọc được lấy tại nhiệt độ khác mà không quy về mốc theo bảng.
Mô đun của nhánh nặng Baumé mỗi nước lấy một khác — 144,3, 145 hoặc 146,3 — nên nút chọn mô đun được đưa vào phần thiết lập tinh của phiếu: trên axit đậm đặc, khác biệt đã thấy ngay ở chữ số đầu.
Mười lăm độ rưỡi Celsius không phải con số tròn, cũng chẳng phải ý thích của ai: đó đúng là 60 °F, sáu mươi độ quen thuộc của nhiệt kế Mỹ mà toàn bộ phép tính dầu mỏ dựa vào. Mẫu ấm cho ra nhiều độ API hơn thực tế, và với lô hàng cỡ một con tàu chở dầu thì chênh lệch ấy đã tính bằng tiền; vì vậy số đọc được quy về mốc trước, rồi mới nhân với thể tích.
| Ghi chú | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Bậc độ lớn
thang lôgarit: từ không khí đến osmi04 · Dụng cụ đo
Đo khối lượng riêng của chất lỏng bằng gì
Chiếc phao có hạt chì trong bụng và thang đo trên cán: đọc vạch nào trùng với mặt chất lỏng. Một thiết bị chỉ ôm một dải khối lượng riêng hẹp, nên chúng được bán thành bộ sáu đến chín chiếc trong hộp. Phương pháp được mô tả trong ASTM D1298 và đến nay vẫn có giá trị pháp lý khi tiếp nhận dầu.
Bình có thể tích đã biết được cân lúc rỗng và lúc đầy, giữ trong bình điều nhiệt. Trong các cách cơ học thì đây là cách chính xác nhất: chữ số thứ năm của khối lượng riêng lấy được chắc chắn. Cái giá là thời gian, mỗi mẫu mất chừng nửa giờ — bù lại, chính bằng bình tỷ trọng mà người ta kiểm định các phù kế.
Ống cong được làm dao động ở tần số riêng của nó, và thứ bên trong càng đặc thì nó lắc càng chậm. Thiết bị tính khối lượng riêng từ chu kỳ dao động và tự quy về 60 °F. Mẫu chỉ cần một mililít, câu trả lời đợi nửa phút — trong phòng thí nghiệm, thiết bị như thế đã đẩy chiếc phao ra từ lâu.
Trên đường ống, khối lượng riêng cần liên tục, nên ở đó người ta lắp lưu lượng kế khối lượng: nó làm hai vòng ống dao động và từ độ xoắn của chúng xác định cùng lúc lưu lượng khối lượng và khối lượng riêng. Độ API thiết bị đưa ra ngay, nên con số vào báo cáo hàng hóa mà không cần lấy mẫu và không qua tay người.
05 · Quy tắc viết
Một con số không kèm nhánh và không kèm độ Fahrenheit thì chẳng có nghĩa gì
Ký hiệu độ đặt trước các chữ cái và liền với chúng, còn giá trị thì tách bằng dấu cách. Với Baumé bắt buộc phải nêu nhánh, nặng hay nhẹ. Ở độ API, được phép bỏ nhiệt độ chỉ vì nó luôn là một, 60 °F; nếu mẫu đo ở nhiệt độ khác thì phải ghi rõ riêng.
Cách viết thứ ba lẫn lộn đại lượng với thang đo của nó: khối lượng riêng đo bằng kilogam trên mét khối, còn độ API là một con số không thứ nguyên, tính ra từ khối lượng riêng. Sai lầm thứ tư hay gặp nhất trong xưởng: axit sulfuric 66 °Bé chứa khoảng 93 % monohydrat, chứ hoàn toàn không phải 66 %. Phần trăm chỉ trùng với độ ở Brix và Plato, nơi thang vốn được nghĩ ra đúng như vậy.
06 · Các đơn vị lân cận
Về ý nghĩa, gần nhau là mọi thang trong đó khối lượng riêng được viết lại thành những con số tiện cho ngành: đường tính theo Brix, nước nho theo Oechsle, dầu mỏ theo API — và dưới tất cả chúng nằm cùng một tỷ trọng không thứ nguyên.
thang đo chạy ngược
hai nhánh từ nước
tuyến tính theo khối lượng riêng
Trong các phiếu của Simetrium gần nhất là khối lượng riêng tính bằng kg/m³, cái mà cả ba thang đo đều quy về, độ Brix và độ Plato cùng các bảng đường của chúng, thùng, nơi dầu mỏ được tính theo thể tích, và thùng dầu quy đổi, nơi người ta cộng thêm nhiệt cháy vào thể tích.
07 · Phần lịch sử
Muối, da và dầu mỏ
Antoine Baumé chia vạch chiếc cán theo hai điểm: nước tinh khiết cho ông số không, còn dung dịch mười lăm phần muối trên tám mươi lăm phần nước cho mười lăm. Khoảng cách giữa hai dấu ấy ông chia đều, và ra được một thang mà các nhà bào chế nhận dùng ngay.
Người thợ Scotland William Twaddell xoay xở mà chẳng cần công thức: ông đặt một độ bằng năm phần nghìn của khối lượng riêng, thành ra chẳng còn gì phải tính. Dung dịch tẩy trắng và thuộc da được giữ trong một dải hẹp phía trên nước, và thợ thuộc da cùng dân dệt đến nay vẫn nói bằng độ Twaddell.
Phù kế dầu mỏ của Mỹ suốt mấy chục năm được chia vạch với mô đun 141,5, dù công thức Baumé đòi 140. Cục Tiêu chuẩn khi phát hiện sự vênh nhau ấy đã chọn không làm lại thủy tinh mà hợp thức hóa nó — thang API ra đời như thế.
Khối lượng riêng trong phòng thí nghiệm từ lâu đã lấy bằng ống dao động, còn trên đường ống thì bằng lưu lượng kế khối lượng, nhưng hợp đồng dầu mỏ vẫn viết bằng độ API, và phụ giá cho hạng nhẹ vẫn tính theo chúng. Thang đo sống lâu hơn thiết bị của chính nó: các con số vẫn thế, còn chiếc phao thì đã không còn trong chuỗi này.
Một đơn vị không có chuẩn vật chất, mà số không cũng chẳng nằm đúng chỗ
Không thể kiểm định chính độ API: cái được kiểm định là máy đo khối lượng riêng, còn độ thì ra từ khối lượng riêng theo công thức. Trong chuỗi này phải kiểm hai đại lượng, khối lượng riêng và nhiệt độ, mà cái sau nặng ký hơn cái trước. Dầu ấm thì nhẹ hơn, ra nhiều độ hơn, tức là theo hợp đồng thì đắt hơn; vì vậy nhiệt độ của mẫu được ghi cùng với số đọc, còn hiệu chỉnh thì lấy từ bảng chứ không nhẩm trong đầu.
Số không của thang này không đứng ở nước mà ở khối lượng riêng 1,076, nơi nước đã lùi lại phía sau từ lâu. Công thức vốn nghĩ ra cho các chất lỏng nhẹ hơn nước đã định như vậy: số không của nó rơi ra ngoài mọi ý nghĩa vật lý. Các hạng nặng đi vào độ âm, và dấu trừ trong báo cáo hàng hóa trông kỳ lạ, nhưng được coi là hoàn toàn bình thường.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng và các đại lượng ngoài hệ, thiếu chúng thì kỹ thuật lẫn lịch đều không chạy.