比重計度數
液體密度的非 SI 刻度 · 量:60 °F 下的相對密度
石油交易所的規矩使得重貨反倒便宜:Athabasca 的瀝青折價出售,德州的輕質品級則加價,而這全部價差在合約裡只寫作一個數,即 API 度。它們的刻度與事物慣常的次序相反,因為液體越稠密,分到的度數越少。零落在了比水更重的液體上,而水本身恰好得了十度。
同一只玻璃浮子上還有兩條刻度,是從別的行當繼承來的:化學師在杆上讀 Baumé 度,製革匠與染工讀 Twaddell 度。三者說的是同一件事,即儀器沉入液體的深度,但每一條都用自己的數、在自己的量程內去說,出了這個量程便索性不作聲。
01 · 定義
三種度數不過是相對密度的另一種寫法,即液體密度與水密度之比,二者都取在同一溫度 60 °F 下。三種情形中的儀器都是同一件,杆上帶刻度的玻璃浮子,它們的分別只在於這條刻度是按哪個公式刻上玻璃的。
液體越輕,比重計沉得越深,因為它排開的恰是自身的重量,而浸沒深度與之成正比的不是密度,而是密度的倒數。公式的形狀由此而來:在 API 度和 Baumé 的輕支中,密度位於分母,於是數值朝輕液體一側增大;而 Twaddell 根本沒有分母 — 他的刻度對密度呈線性,且自水起只向上計。
Baumé 的刻度有兩支,重支與輕支,儀器上總會註明刻的是哪一支。兩支都自水起,此後便分開:重支通向酸與鹼,輕支通向醇類與燃料。把它們弄混比想象的更容易,而在濃酸上選錯分支的誤差可達十度。
刻度上的數只有連同讀取時的溫度才有意義:玻璃是按 60 °F 刻的,而溫熱的試樣必然給出偏低的密度。石油貿易中對此的修正不靠目測,而取自 ASTM D1250 表 — 先把讀數換算到基準的六十度,然後才計體積與金額。
移動密度:浮子上浮或下沉,而三條刻度各以自己的方式讀它的位置。每一條都有自己的盲區,在兩條刻度尚能工作的地方,第三條已經什麼也不顯示了。
綠線是 API 度:隨密度增大而下降。橙線是 Twaddell 度,反而上升。兩線在水處相交,那裡 API 給出十,Twaddell 給出零,此後便朝相反方向分開:一條刻度是為比水輕的石油而刻,另一條是為比水重的酸與鹼而刻。把兩條刻度刻在同一支桿上的儀器無人制造,因為它們共同的量程實在太窄。
02 · 換算
輸入一個讀數,本頁給出其餘各值
所有刻度都歸結到 60 °F 下的同一個相對密度,因此彼此之間的換算是精確的。誤差只出現在讀數取自其他溫度、又未按表換算到基準之處。
Baumé 重支的模數各國取法不同 — 144.3、145 或 146.3 — 模數的選擇放在本頁的細調之中:在濃酸上,差別在第一位數字就已顯現。
十五度半攝氏既不是整數,也不是誰的心血來潮:它恰好是 60 °F,美國溫度計上那熟悉的六十度,整個石油算術都倚仗著它。溫熱的試樣顯示的 API 度比實際的多,而在一船油輪那樣大的批次上,這點差別已要用錢來計;因此讀數先換算到基準,然後才乘以體積。
| 說明 | |||
|---|---|---|---|
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03 · 數量級
對數刻度:自空氣至鋨04 · 測量儀器
用什麼量測液體的密度
腹中裝鉛丸、杆上刻刻度的浮子:讀的是與液麵重合的那一刻線。一隻儀器只覆蓋窄窄一段密度,因此按六到九支一套裝盒出售。該方法載於 ASTM D1298,至今在石油驗收中仍然有效。
把已知容積的容器空著與盛滿各稱一次,其間置於恆溫器中。在機械方法裡這是最準的:密度的第五位數字可以穩穩取到。代價是時間,一個試樣約需半小時 — 但比重計本身正是用比重瓶來校驗的。
讓彎管以自身的固有頻率振動,其中之物越稠密,擺動便越慢。儀器由振動週期算出密度,並自行換算到 60 °F。試樣只需一毫升,答案半分鐘可得 — 實驗室裡這樣的儀器早已把浮子擠了出去。
管線上需要連續的密度,於是裝設質量流量計:它使兩個彎管振動,並由其扭轉同時測定質量流量與密度。API 度儀器當場給出,於是這個數不經取樣、不經人手便進了商品報表。
05 · 書寫規則
不註明分支、不註明華氏度的數,什麼也說明不了
度的符號寫在字母之前並與之相連,數值則以空格隔開。對 Baumé 必須註明分支,重支還是輕支。API 度之所以容許略去溫度,只因為它始終是同一個,60 °F;若試樣是在別的溫度下測的,則須另行說明。
第三種寫法把量與它的刻度混為一談:密度以公斤每立方公尺計,而 API 度是由密度算出的無因次數。第四個錯誤在工場裡最為常見:66 °Bé 的硫酸約含 93 % 的一水合物,絕非 66 %。百分數與度數相合的只有 Brix 與 Plato,那裡的刻度本就是這樣設想的。
06 · 相鄰單位
就含義而言,凡把密度改寫成便於本行業使用的數的刻度都相近:糖按 Brix 計,葡萄汁按 Oechsle 計,石油按 API 計 — 而它們之下都是同一個無因次的相對密度。
刻度是反向的
自水起的兩支
對密度呈線性
在 Simetrium 的檔案中 最接近的是 以 kg/m³ 計的密度,三種刻度都歸結於它, Brix 度 和 Plato 度 連同它們的糖度表, 桶,石油在其中按體積計量,以及 油當量桶,其中在體積之外還加上燃燒熱。
07 · 歷史部分
鹽、皮革與石油
Antoine Baumé 按兩個點來刻杆:純水給了他零,十五份鹽配八十五份水的溶液給了十五。他把這兩個記號之間的距離等分,於是得出一條刻度,藥劑師們當即採用。
蘇格蘭匠人 William Twaddell 乾脆不用公式:他把一度定為密度的五千分之一,於是無須計算。漂白液與鞣製液都保持在水面之上窄窄一段裡,製革匠與紡織工至今仍以 Twaddell 度交談。
美國的石油比重計幾十年間都按模數 141.5 刻度,儘管 Baumé 的公式要求 140。標準局發現這一出入後,寧可不重製玻璃,而把它就此立為法定 — API 刻度便這樣誕生了。
實驗室裡測密度早已改用振動管,管線上改用質量流量計,但石油合約依舊寫成 API 度,輕質品級的加價也按它計算。刻度活得比自己的儀器還久:數還是那些數,而這條鏈條裡已經沒有浮子了。
一個既無實物基準、零點又不在其位的單位
API 度本身無法檢定:檢定的是密度計,而度數是按公式由密度得出的。這條鏈條上要核的是兩個量,密度與溫度,其中後者比前者更要緊。溫熱的石油更輕,算出的度數更多,按合約也就更貴;因此試樣的溫度要與讀數一併記下,修正則取自表格,而不是心算。
這條刻度的零點不在水上,而在密度 1.076 處,那裡水早已被拋在後面。這是為比水輕的液體而設的公式所定下的:它的零落在了一切物理意義之外。重質品級會進入負度,商品報表上的一個減號看著古怪,卻被視為再正常不過。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個 SI 基本單位,二十二個有专名的導出單位,以及若干制外量 — 少了它們,工程与曆法都轉不動。