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Aräometer



Das Aräometer (von griechisch ἀραιός araiós „dünn“ und μέτρον métronMaß, Maßstab“), auch Senkwaage, Senkspindel, Dichtespindel oder Hydrometer (von altgriechisch ὕδωρ hýdor[1] „Wasser“)[2] genannt, ist ein Messgerät zur Bestimmung der Dichte oder des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten.[3]

Dagegen wird zur Dichtebestimmung von Festkörpern oder Flüssigkeiten durch Abwiegen ein Pyknometer, bei Gasen ein Aerometer verwendet.

Messgeräte nach dem Prinzip des Aräometers mit Papier-Skalen, die jeweils an ein bestimmtes Zweistoffsystem angepasst sind, können auch zur direkten Messung der Zusammensetzung solcher Gemische eingesetzt werden, z. B. als Alkoholmeter oder Alkoholometer zur Bestimmung des Ethanolgehaltes eines Wasser-/Ethanolgemisches. Eine besondere Bauform des Saughebers, in dem ein kurzes Aräometer mit eingeschränktem Messbereich eingebracht ist, dient als „Säureheber“ zur Bestimmung der Dichte von Batteriesäure.

Inhaltsverzeichnis

Messprinzip


Das Messprinzip ist das Archimedische Prinzip: ein Körper taucht so weit in eine Flüssigkeit ein, bis die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit der Gewichtskraft des eingetauchten Körpers entspricht (statischer Auftrieb). Daraus ergeben sich zwei Konsequenzen:

  1. Je kleiner die Dichte der Flüssigkeit, desto weiter taucht ein Körper gleichen Gewichts in diese ein. (Skalenaräometer)
  2. Soll ein Körper in Flüssigkeiten verschiedener Dichte oder verschiedener spezifischer Gewichte bis zu einem bestimmten Punkt einsinken, so muss man sein Gewicht so weit künstlich vergrößern, wie die Dichte zunimmt. (Gewichtsaräometer)

Übliche Maßeinheiten

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Übersicht über die klassischen Aräometerskalen
Einheit/Skala Einheiten­zeichen Bezugs­temperatur Relative Dichte
ρWasser > 1
Relative Dichte
ρWasser < 1
Anwendungsgebiet Erfinder Ent­stehungs­jahr Verbrei­tungs­gebiet
API-Grad °API 15,56 °C \({\displaystyle d={\frac {141{,}5}{\left(131{,}5+{}^{\circ }{\text{API}}\right)}}}\) Öl-Industrie American Petroleum Institute 1921 USA
Grad Balling °Bg, °Bal, °Blg 17,5 °C \({\displaystyle d={\frac {200}{\left(200-{}^{\circ }{\text{Bg}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {200}{\left(200+{}^{\circ }{\text{Bg}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt, Stammwürze (früher) Karl Josef Napoleon Balling 1843 Europa, Nordamerika, Südafrika
Grad Barkometer
(Grad Eitner)
°Bk, °Bark \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Bk}}}{1000}}}\) \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Bk}}}{1000}}}\) Lederindustrie Wilhelm Eitner weltweit
Grad Bates °Bates \({\displaystyle d={\frac {{}^{\circ }{\text{Bates}}\cdot 2{,}78}{1000}}+1}\) Zuckergehalt Frederick John Bates 1918 USA, GB
Grad Baumé (rationell) °Bé, °Be, °B 15 °C \({\displaystyle d={\frac {144{,}3}{\left(144{,}3-{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {144{,}3}{\left(144{,}3+{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Antoine Baumé 1768 international
Grad Baumé (ältere Skala) °Bé, °Be, °B 17,5 °C \({\displaystyle d={\frac {146{,}78}{\left(146{,}78-{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {146{,}78}{\left(146{,}78+{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Antoine Baumé 1768 Europa
Grad Baumé (französisch) °Bé, °Be, °B 15 °C \({\displaystyle d={\frac {144{,}32}{\left(144{,}32-{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {144{,}32}{\left(144{,}32+{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Antoine Baumé 1768 Frankreich
Grad Baumé (USA) °Bé, °Be, °B 15,56 °C \({\displaystyle d={\frac {145}{\left(145-{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {140}{\left(130+{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Antoine Baumé 1768 Nordamerika
Grad Baumé (holländisch) °Bé, °Be, °B 12,5 °C \({\displaystyle d={\frac {144}{\left(144-{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {144}{\left(144+{}^{\circ }{\text{Bé}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Antoine Baumé 1768 Niederlande
Grad Beck
(Grad Beck-Benteli)
°Beck 12,5 °C \({\displaystyle d={\frac {170}{\left(170-{}^{\circ }{\text{Beck}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {170}{\left(170+{}^{\circ }{\text{Beck}}\right)}}}\) universal Philipp Friedrich Beck
Sigmund Friedrich Benteli
1830 Schweiz, Deutschland
Grad Brix
(Grad Brix-Fischer)
°Brix, °Bx, °Br, Brix, %Brix 15,625 °C \({\displaystyle d={\frac {400}{\left(400-{}^{\circ }{\text{Bx}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {400}{\left(400+{}^{\circ }{\text{Bx}}\right)}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt, Öl-Industrie Adolf Brix
Carl Fischer
1870 englischsprachige Länder
Grad Cartier °Cartier 12,5 °C \({\displaystyle d={\frac {136{,}8}{\left(126{,}1-{}^{\circ }{\text{Cartier}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {136{,}8}{\left(126{,}1+{}^{\circ }{\text{Cartier}}\right)}}}\) universal Jean-François Cartier Frankreich
Grad Fleischer °Fleischer \({\displaystyle d={\frac {{}^{\circ }{\text{Fleischer}}+100}{100}}}\) \({\displaystyle d={\frac {{}^{\circ }{\text{Fleischer}}}{100}}}\) universal Emil Fleischer 1876 Deutschland
Grad Gay-Lussac
Grad Tralles
(≈ Vol.-%)
°GL
°Tralles
15 °C (°GL)
15,56 °C (°Tralles)
\({\displaystyle d={\frac {209{,}95}{\left(209{,}95-{}^{\circ }{\text{GL}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {209{,}95}{\left(209{,}95+{}^{\circ }{\text{GL}}\right)}}}\) Alkoholgehalt Joseph Louis Gay-Lussac
Johann Georg Tralles
Europa (19. Jahrhundert)
Klosterneuburger Zuckergrade °KMW, °Babo 20 °C \({\displaystyle d={\frac {205{,}761+{}^{\circ }{\text{KMW}}}{205{,}761}}}\) \({\displaystyle d={\frac {205{,}761+{}^{\circ }{\text{KMW}}}{205{,}761}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt August Wilhelm von Babo 1861 Österreich, Italien, Ungarn, der Slowakei sowie den Staaten des ehemaligen Jugoslawien
Normalizovaný muštomer °NM 20 °C \({\displaystyle d={\frac {68{,}2827+{}^{\circ }{\text{NM}}}{68{,}2827}}}\) \({\displaystyle d={\frac {68{,}2827+{}^{\circ }{\text{NM}}}{68{,}2827}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Tschechischer Technischer Standard
Slowakischer Technischer Standard
1987 Tschechien und Slowakei
Grad Oechsle °Oe 17,5 °C \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Oe}}}{1000}}}\) \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Oe}}}{1000}}}\) Mostgewicht, Zuckergehalt Ferdinand Oechsle 1836 Deutschland, Schweiz, Luxemburg
Grad Plato °P 20 °C \({\displaystyle d={\frac {412}{\left(412-{}^{\circ }{\text{P}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {412}{\left(412+{}^{\circ }{\text{P}}\right)}}}\) Stammwürze Fritz Plato 1843 weltweit
Grad Quevenne °Q 15 °C \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Q}}}{1000}}}\) \({\displaystyle d={\frac {1000+{}^{\circ }{\text{Q}}}{1000}}}\) Milchdichte Theodore Auguste Quevenne 1842 Frankreich
Grad Sikes °Sikes 20 °C \({\displaystyle d={\frac {349{,}915}{\left(349{,}915-{}^{\circ }{\text{Sikes}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {349{,}915}{\left(349{,}915+{}^{\circ }{\text{Sikes}}\right)}}}\) Alkoholgehalt Bartholomew Sikes 1817 Großbritannien bis 1980
Grad Stoppani
Grad Richter
(≈ Gew.-%)
°Stoppani
°Richter
15,625 °C \({\displaystyle d={\frac {166}{\left(166-{}^{\circ }{\text{Stoppani}}\right)}}}\) \({\displaystyle d={\frac {166}{\left(166+{}^{\circ }{\text{Stoppani}}\right)}}}\) Alkoholgehalt Franz Nikolaus Stoppani
Jeremias Benjamin Richter
1795 (Richter) Europa (19. Jahrhundert)
Grad Twaddle °Tw 15,56 \({\displaystyle d={\frac {{}^{\circ }{\text{Tw}}}{200}}+1}\) universal, Milchdichte William Twaddle 1776 Großbritannien (19. Jahrhundert)

Konstruktive Ausführungen


Je nach Einsatzgebiet unterscheiden sich die Geräte in ihrer Bauform, Genauigkeit und Art der Messung.

Skalenaräometer

Die heute gebräuchlichen Aräometer bestehen meistens aus Glas und besitzen einen dicken Auftriebskörper mit einer eingegossenen, genau definierten Menge Bleischrot als Gewicht und einem dünnen Stiel, in dem sich die Skala befindet. In der chemischen Industrie gebräuchliche Geräte sind auf eine bestimmte Messtemperatur justiert, die normalerweise 20 Grad Celsius beträgt; sie erlauben eine Ablesegenauigkeit von bis zu drei Nachkommastellen. Es gibt auch Exemplare, die ein Thermometer gleich mit eingebaut haben (siehe Abbildung rechts).

Anwendung:

Ein Beispiel eines Skalenaräometers ist die Klosterneuburger Mostwaage.

Gewichtsaräometer

Gewichtsaräometer (auch hydrostatische Waage genannt) funktionieren nach dem zweiten oben erläuterten Prinzip. Mit ihnen kann man sowohl das absolute als auch das spezifische Gewicht eines festen Körpers, seine Dichte und die Dichte verschiedener Flüssigkeiten bestimmen.

Es gibt verschiedene Systeme, die unterschiedliche Konstruktionsweisen nach sich ziehen: Fahrenheit, Tralles, Nicholson oder Mohs. Gemeinsam ist ihnen, dass sie als Hohlkörper aus Glas oder Messingblech gefertigt und mit Schälchen versehen sind, die der Aufnahme von kleinen Gewichten und Körpern dienen. So besteht das Nicholsonsche Aräometer – siehe Abbildung – aus einem hohlen, konisch geschlossenen Messingzylinder B. Dieser trägt unten einen massiven halben Messingkegel C, auf dessen Basis man einen zu untersuchenden Körper m auflegen kann. Oben besitzt das Instrument ein dünnes Metallstäbchen o und ein Tellerchen A zur Aufnahme der kleinen Zusatzgewichte und des zu wägenden festen Körpers.

Man legt ein entsprechendes Stückchen m des zu untersuchenden Körpers auf den unten angebrachten Kegel, so dass es ringsum von der Flüssigkeit umgeben ist, und zusätzlich oben auf den Teller des Instruments. Dann legt man oben so viele Zusatzgewichte auf, dass ein Eintauchen bis zu einer bestimmten Marke erzielt wird.

Die Dichte \({\displaystyle \rho _{Fl}}\) einer Flüssigkeit im Verhältnis zur Dichte \({\displaystyle \rho _{H_{2}O}}\) von Wasser kann man bestimmen, indem man den Schwimmkörper des Gewichtsaräometers mit Hilfe unterschiedlicher Zusatzgewichte in beiden Flüssigkeiten bis zur gleichen Marke eintauchen lässt. Dann gilt jeweils:

\({\displaystyle \rho _{\mathrm {Fl} }={\frac {P+p}{V}}\quad {\text{und}}\quad \rho _{\mathrm {H_{2}O} }={\frac {P+q}{V}}}\)

mit

Daraus folgt:

\({\displaystyle {\begin{aligned}\Rightarrow \rho _{\mathrm {Fl} }&={\frac {P+p}{P+q}}\cdot \rho _{\mathrm {H_{2}O} }\\\Rightarrow d_{\mathrm {Fl} }={\frac {\rho _{\mathrm {Fl} }}{\rho _{\mathrm {H_{2}O} }}}&={\frac {P+p}{P+q}}\end{aligned}}}\)

mit

Eine andere Ausführung des Gewichtsaräometers ist die Mohr-Westphalsche Waage.

Nach dem Prinzip des Gewichtsaräometers (und zusätzlichem Temperatureinfluss) arbeitet das Galileo-Thermometer.

Verwendungen


Aus den verschiedenen Verwendungen ergibt sich jeweils eine andere Aufteilung der Skala, da die Dichte mit einem bestimmten Mischungsverhältnis gleichgesetzt werden kann.

Normung


Die Grundlagen für Aufbau und Justierung der Aräometer regelt DIN 12790.

Wichtiges Zubehör


Aräometerzylinder

Kardanische Aufhängung für Glaszylinder, die durch zwei gegeneinander bewegliche Metallringe garantiert, dass sich der Zylinder während der aräometrischen Messung in lotrechter Lage befindet.

Gestell aus Polyvinylchlorid (PVC) zum schrägen Aufstellen von Aräometern, durch das sichere und griffbereite Unterbringung am Arbeitstisch gewährleistet wird.

Literatur


Weblinks


Commons: Hydrometers  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Aräometer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise


  1. hydro-, Hydro-, vor Vokalen auch hydr-, Hydr-. duden.de, abgerufen am 30. November 2013.
  2. Renate Wahrig-Burfeind (Hrsg.): Wahrig. Illustriertes Wörterbuch der deutschen Sprache. ADAC-Verlag, München 2004, ISBN 3-577-10051-6, S. 403.
  3. Brockhaus ABC Chemie. F. A. Brockhaus Verlag, Leipzig 1965, S. 103.
  4. Gerhard Meyendorf: Laborgeräte und Chemikalien. Volk und Wissen Volkseigener Verlag, Berlin 1965, S. 218.



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