一、什么是密度計

在了解密度計之前，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）。其國際單位是千克/立方米（kg/m3），在實驗室和工業(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，對于純物質(zhì)而言，在特定溫度和壓力下，其密度是一個定值。對于混合物或溶液，密度則會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，正是專門設(shè)計用來精確測量物質(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)被測物的狀態(tài)（液體、固體或氣體）和測量場景（實驗室離線檢測或工業(yè)過程在線監(jiān)控），密度計有不同的類型和設(shè)計。

二、密度計的工作原理

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

1、浮子式密度計（玻璃浮計）

這是最經(jīng)典、最直觀的一種密度計，常用于實驗室中對液體密度的快速測量。

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)它被垂直放入待測液體中時，會受到豎直向上的浮力作用。浮力的大小等于它排開液體的重量。根據(jù)物體漂浮時浮力等于自身重力的原理，密度計會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，密度計浸入液體的體積就越小，露出液面的部分就越長，因此會漂浮得更高。反之，液體密度越小，密度計沉得越深。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：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、操作方便，但精度相對較低，且讀數(shù)易受操作者主觀判斷影響。

2、電子天平式密度計（基于阿基米德原理的浸沒法）

這種密度計主要用于實驗室中精確測量固體或液體的密度，通常由一臺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，但測量方式更為精確。對于固體測量，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，這個浮力也等于物體排開液體的重量。通過計算ρ=A/（A-B）*ρ?，即可得到待測固體的密度。對于液體密度測量，則使用一個已知體積的標(biāo)準(zhǔn)浮子（密度基準(zhǔn)球），通過測量其在待測液體中受到的浮力變化來計算液體密度。

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

3、振動式密度計（U型管密度計）

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

工作原理：基于物體振動頻率與其質(zhì)量相關(guān)的原理。傳感器的核心是一個內(nèi)部中空的U型振動管。工作時，通過電磁激勵裝置使其以固有的諧振頻率進(jìn)行振動。當(dāng)待測液體流經(jīng)U型管內(nèi)部時，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，其振動頻率就越低。反之，液體密度越小，振動頻率就越高。儀器內(nèi)部的電子元件會高精度地檢測這個頻率的變化，并通過預(yù)先標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型，直接將頻率信號轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確的密度值。

特點：精度高、可實時在線測量、易于與控制系統(tǒng)集成，并能自動補償溫度變化的影響，非常適合工業(yè)過程的連續(xù)監(jiān)控。

4、靜壓式密度計

這類密度計適用于封閉管道或儲罐內(nèi)的連續(xù)測量，尤其在高溫高壓環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定，但對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)壓力測量儀表測出的靜壓數(shù)值來衡量液體的密度。膜盒是一種常用的壓力測量元件，用它直接測量樣品液柱靜壓的密度計稱為膜盒靜壓式密度計。另一種常用的是單管吹氣式密度計。它以測量氣壓代替直接測量液柱壓力。將吹氣管插入被測液體液面以下一定深度，壓縮空氣通過吹氣管不斷從管底逸出。此時管內(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：適用于大型容器和惡劣工況，但測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（利用物質(zhì)對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）、超聲波密度計等，它們各自適用于特定的測量場景。