比重计度数
液体密度的非 SI 标度 · 量:60 °F 下的相对密度
石油交易所的规矩使得重货反倒便宜:Athabasca 的沥青折价出售,得克萨斯的轻质品级则加价,而这全部价差在合同里只写作一个数,即 API 度。它们的标度与事物惯常的次序相反,因为液体越稠密,分到的度数越少。零落在了比水更重的液体上,而水本身恰好得了十度。
同一只玻璃浮子上还有两条标度,是从别的行当继承来的:化学师在杆上读 Baumé 度,制革匠与染工读 Twaddell 度。三者说的是同一件事,即仪器沉入液体的深度,但每一条都用自己的数、在自己的量程内去说,出了这个量程便索性不作声。
01 · 定义
三种度数不过是相对密度的另一种写法,即液体密度与水密度之比,二者都取在同一温度 60 °F 下。三种情形中的仪器都是同一件,杆上带标度的玻璃浮子,它们的分别只在于这条标度是按哪个公式刻上玻璃的。
液体越轻,比重计沉得越深,因为它排开的恰是自身的重量,而浸没深度与之成正比的不是密度,而是密度的倒数。公式的形状由此而来:在 API 度和 Baumé 的轻支中,密度位于分母,于是数值朝轻液体一侧增大;而 Twaddell 根本没有分母 — 他的标度对密度呈线性,且自水起只向上计。
Baumé 的标度有两支,重支与轻支,仪器上总会注明刻的是哪一支。两支都自水起,此后便分开:重支通向酸与碱,轻支通向醇类与燃料。把它们弄混比想象的更容易,而在浓酸上选错分支的误差可达十度。
标度上的数只有连同读取时的温度才有意义:玻璃是按 60 °F 刻的,而温热的试样必然给出偏低的密度。石油贸易中对此的修正不靠目测,而取自 ASTM D1250 表 — 先把读数换算到基准的六十度,然后才计体积与金额。
移动密度:浮子上浮或下沉,而三条标度各以自己的方式读它的位置。每一条都有自己的盲区,在两条标度尚能工作的地方,第三条已经什么也不显示了。
绿线是 API 度:随密度增大而下降。橙线是 Twaddell 度,反而上升。两线在水处相交,那里 API 给出十,Twaddell 给出零,此后便朝相反方向分开:一条标度是为比水轻的石油而刻,另一条是为比水重的酸与碱而刻。把两条标度刻在同一支杆上的仪器无人制造,因为它们共同的量程实在太窄。
02 · 换算
输入一个读数,本页给出其余各值
所有标度都归结到 60 °F 下的同一个相对密度,因此彼此之间的换算是精确的。误差只出现在读数取自其他温度、又未按表换算到基准之处。
Baumé 重支的模数各国取法不同 — 144.3、145 或 146.3 — 模数的选择放在本页的细调之中:在浓酸上,差别在第一位数字就已显现。
十五度半摄氏既不是整数,也不是谁的心血来潮:它恰好是 60 °F,美国温度计上那熟悉的六十度,整个石油算术都倚仗着它。温热的试样显示的 API 度比实际的多,而在一船油轮那样大的批量上,这点差别已要用钱来计;因此读数先换算到基准,然后才乘以体积。
| 说明 | |||
|---|---|---|---|
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03 · 数量级
对数标度:自空气至锇04 · 测量仪器
用什么测液体的密度
腹中装铅丸、杆上刻标度的浮子:读的是与液面重合的那一刻线。一只仪器只覆盖窄窄一段密度,因此按六到九支一套装盒出售。该方法载于 ASTM D1298,至今在石油验收中仍然有效。
把已知容积的容器空着与盛满各称一次,其间置于恒温器中。在机械方法里这是最准的:密度的第五位数字可以稳稳取到。代价是时间,一个试样约需半小时 — 但比重计本身正是用比重瓶来校验的。
让弯管以自身的固有频率振动,其中之物越稠密,摆动便越慢。仪器由振动周期算出密度,并自行换算到 60 °F。试样只需一毫升,答案半分钟可得 — 实验室里这样的仪器早已把浮子挤了出去。
管线上需要连续的密度,于是装设质量流量计:它使两个弯管振动,并由其扭转同时测定质量流量与密度。API 度仪器当场给出,于是这个数不经取样、不经人手便进了商品报表。
05 · 书写规则
不注明分支、不注明华氏度的数,什么也说明不了
度的符号写在字母之前并与之相连,数值则以空格隔开。对 Baumé 必须注明分支,重支还是轻支。API 度之所以容许略去温度,只因为它始终是同一个,60 °F;若试样是在别的温度下测的,则须另行说明。
第三种写法把量与它的标度混为一谈:密度以千克每立方米计,而 API 度是由密度算出的无量纲数。第四个错误在车间里最为常见:66 °Bé 的硫酸约含 93 % 的一水合物,绝非 66 %。百分数与度数相合的只有 Brix 与 Plato,那里的标度本就是这样设想的。
06 · 相邻单位
就含义而言,凡把密度改写成便于本行业使用的数的标度都相近:糖按 Brix 计,葡萄汁按 Oechsle 计,石油按 API 计 — 而它们之下都是同一个无量纲的相对密度。
标度是反向的
自水起的两支
对密度呈线性
在 Simetrium 的档案中 最接近的是 以 kg/m³ 计的密度,三种标度都归结于它, Brix 度 和 Plato 度 连同它们的糖度表, 桶,石油在其中按体积计量,以及 油当量桶,其中在体积之外还加上燃烧热。
07 · 历史部分
盐、皮革与石油
Antoine Baumé 按两个点来刻杆:纯水给了他零,十五份盐配八十五份水的溶液给了十五。他把这两个记号之间的距离等分,于是得出一条标度,药剂师们当即采用。
苏格兰匠人 William Twaddell 干脆不用公式:他把一度定为密度的五千分之一,于是无须计算。漂白液与鞣制液都保持在水面之上窄窄一段里,制革匠与纺织工至今仍以 Twaddell 度交谈。
美国的石油比重计几十年间都按模数 141.5 刻度,尽管 Baumé 的公式要求 140。标准局发现这一出入后,宁可不重制玻璃,而把它就此立为法定 — API 标度便这样诞生了。
实验室里测密度早已改用振动管,管线上改用质量流量计,但石油合同依旧写成 API 度,轻质品级的加价也按它计算。标度活得比自己的仪器还久:数还是那些数,而这条链条里已经没有浮子了。
一个既无实物基准、零点又不在其位的单位
API 度本身无法检定:检定的是密度计,而度数是按公式由密度得出的。这条链条上要核的是两个量,密度与温度,其中后者比前者更要紧。温热的石油更轻,算出的度数更多,按合同也就更贵;因此试样的温度要与读数一并记下,修正则取自表格,而不是心算。
这条标度的零点不在水上,而在密度 1.076 处,那里水早已被抛在后面。这是为比水轻的液体而设的公式所定下的:它的零落在了一切物理意义之外。重质品级会进入负度,商品报表上的一个减号看着古怪,却被视为再正常不过。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个 SI 基本单位,二十二个有专名的导出单位,以及若干制外量 — 少了它们,工程与历法都转不动。