一、什么是密度計(jì)

在了解密度計(jì)之前，我們首先要明確“密度”的概念。密度是指單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，通常用公式ρ=m/V表示（其中ρ是密度，m是質(zhì)量，V是體積）。其國(guó)際單位是千克/立方米（kg/m3），在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中也常用克/立方厘米（g/cm3）表示。

密度是物質(zhì)的一種固有屬性，對(duì)于純物質(zhì)而言，在特定溫度和壓力下，其密度是一個(gè)定值。對(duì)于混合物或溶液，密度則會(huì)隨著成分濃度的變化而改變。例如，糖水的密度就高于純水，并且含糖量越高，密度越大。

密度計(jì)，正是專門設(shè)計(jì)用來(lái)精確測(cè)量物質(zhì)密度（或與密度相關(guān)的參數(shù)，如濃度、比重）的儀器。根據(jù)被測(cè)物的狀態(tài)（液體、固體或氣體）和測(cè)量場(chǎng)景（實(shí)驗(yàn)室離線檢測(cè)或工業(yè)過(guò)程在線監(jiān)控），密度計(jì)有不同的類型和設(shè)計(jì)。

二、密度計(jì)的工作原理

不同類型的密度計(jì)基于不同的物理原理進(jìn)行工作，以下是幾種最為常見(jiàn)的原理：

1、浮子式密度計(jì)（玻璃浮計(jì)）

這是最經(jīng)典、最直觀的一種密度計(jì)，常用于實(shí)驗(yàn)室中對(duì)液體密度的快速測(cè)量。

工作原理：基于阿基米德浮力定律。儀器本體是一根標(biāo)有刻度、下端裝有鉛粒或水銀的玻璃管。當(dāng)它被垂直放入待測(cè)液體中時(shí)，會(huì)受到豎直向上的浮力作用。浮力的大小等于它排開(kāi)液體的重量。根據(jù)物體漂浮時(shí)浮力等于自身重力的原理，密度計(jì)會(huì)在液體中沉入一定深度。液體的密度越大，所產(chǎn)生的浮力就越大，密度計(jì)浸入液體的體積就越小，露出液面的部分就越長(zhǎng)，因此會(huì)漂浮得更高。反之，液體密度越小，密度計(jì)沉得越深。使用者只需讀取液面所在位置的刻度，即可得到液體的密度或比重值。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、操作方便，但精度相對(duì)較低，且讀數(shù)易受操作者主觀判斷影響。

2、電子天平式密度計(jì)（基于阿基米德原理的浸沒(méi)法）

這種密度計(jì)主要用于實(shí)驗(yàn)室中精確測(cè)量固體或液體的密度，通常由一臺(tái)高精度電子天平和一些特殊配件組成。

工作原理：同樣是基于阿基米德原理，但測(cè)量方式更為精確。對(duì)于固體測(cè)量，首先用天平稱出物體在空氣中的質(zhì)量（A），然后再稱出物體完全浸沒(méi)在已知密度（ρ?）的輔助液體（通常是純水或酒精）中的質(zhì)量（B）。物體在液體中受到的浮力等于（A-B）*g，這個(gè)浮力也等于物體排開(kāi)液體的重量。通過(guò)計(jì)算ρ=A/（A-B）*ρ?，即可得到待測(cè)固體的密度。對(duì)于液體密度測(cè)量，則使用一個(gè)已知體積的標(biāo)準(zhǔn)浮子（密度基準(zhǔn)球），通過(guò)測(cè)量其在待測(cè)液體中受到的浮力變化來(lái)計(jì)算液體密度。

特點(diǎn)：測(cè)量精度極高，適用于不規(guī)則形狀的固體和小量程液體的精密測(cè)量，但操作相對(duì)繁瑣，不適合在線應(yīng)用。

3、振動(dòng)式密度計(jì)（U型管密度計(jì)）

這是現(xiàn)代工業(yè)在線測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種密度計(jì)。

工作原理：基于物體振動(dòng)頻率與其質(zhì)量相關(guān)的原理。傳感器的核心是一個(gè)內(nèi)部中空的U型振動(dòng)管。工作時(shí)，通過(guò)電磁激勵(lì)裝置使其以固有的諧振頻率進(jìn)行振動(dòng)。當(dāng)待測(cè)液體流經(jīng)U型管內(nèi)部時(shí)，U型管系統(tǒng)的總質(zhì)量就等于管子本身的質(zhì)量加上管內(nèi)液體的質(zhì)量。液體的密度越大，系統(tǒng)的總質(zhì)量就越大，其振動(dòng)頻率就越低。反之，液體密度越小，振動(dòng)頻率就越高。儀器內(nèi)部的電子元件會(huì)高精度地檢測(cè)這個(gè)頻率的變化，并通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型，直接將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確的密度值。

特點(diǎn)：精度高、可實(shí)時(shí)在線測(cè)量、易于與控制系統(tǒng)集成，并能自動(dòng)補(bǔ)償溫度變化的影響，非常適合工業(yè)過(guò)程的連續(xù)監(jiān)控。

4、靜壓式密度計(jì)

這類密度計(jì)適用于封閉管道或儲(chǔ)罐內(nèi)的連續(xù)測(cè)量，尤其在高溫高壓環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定，但對(duì)傳感器的精度和校準(zhǔn)要求較高。

工作原理：一定高度液柱的靜壓力與該液體的密度成正比，因此可根據(jù)壓力測(cè)量?jī)x表測(cè)出的靜壓數(shù)值來(lái)衡量液體的密度。膜盒是一種常用的壓力測(cè)量元件，用它直接測(cè)量樣品液柱靜壓的密度計(jì)稱為膜盒靜壓式密度計(jì)。另一種常用的是單管吹氣式密度計(jì)。它以測(cè)量氣壓代替直接測(cè)量液柱壓力。將吹氣管插入被測(cè)液體液面以下一定深度，壓縮空氣通過(guò)吹氣管不斷從管底逸出。此時(shí)管內(nèi)空氣的壓力便等于那段高度的樣品液柱的壓力，壓力值可換算成密度。

特點(diǎn)：適用于大型容器和惡劣工況，但測(cè)量精度受安裝高度和液體靜壓頭影響較大。

除了以上四種，還有射線式密度計(jì)（利用物質(zhì)對(duì)放射性射線的吸收程度與密度相關(guān)的原理，適用于惡劣工況）、超聲波密度計(jì)等，它們各自適用于特定的測(cè)量場(chǎng)景。