🧪⚖️ Приборы для измерения плотности электролита: ареометр vs рефрактометр

При эксплуатации обслуживаемых свинцово-кислотных АКБ периодически требуется измерять плотность электролита. По ней можно узнать степень заряженности, определить время окончания заряда, выявить сульфатацию и оценить общее состояние аккумулятора. Для измерения плотности электролита автолюбителям и профессионалам доступны два инструмента — ареометр и рефрактометр. Из этого материала вы узнаете: как устроены и по какому принципу они работают; плюсы и минусы; как правильно пользоваться; почему прибор для измерения плотности электролита может врать.

Физические методы измерения плотности электролита

Электролит — это раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Токопроводящая жидкость, которая при номинальной плотности не замерзает до -74 градусов Цельсия. Является неотъемлемой частью автомобильного аккумулятора. В обычных АКБ электролит жидкий, что при наличии пробок в корпусе позволяет измерять его плотность. В AGM и GEL аккумуляторах плотность электролита измерить невозможно.

Плотность электролита — это отношение его массы к занимаемому объёму. Измеряется в граммах на кубический сантиметр (г/см3). По этой теме на сайте Авто без СТО есть отдельный материал. Рекомендую ознакомиться. Плотность электролита тем выше, чем больше серной кислоты растворено в воде. Когда аккумулятор разряжен, плотность минимальная (вплоть до 1,01 г/см³), так как электролит состоит по большей части из воды. В полностью заряженном исправном аккумуляторе плотность электролита находится в пределах 1,27…1,30 г/см³.

Существует три удобных и достаточно точных способа измерить плотность электролита:

1. Закон Архимеда.
2. Предельный угол преломления.
3. Расчёт по массе и объёму.

Вкратце рассмотрим эти методы.

Закон Архимеда

Согласно этому закону — на погружённое в жидкость тело действует выталкивающая сила. При прочих равных она зависит как раз от интересующей нас плотности жидкости. Чем плотность выше, тем больше выталкивающая сила. Наверняка многие из вас уже догадались, принцип работы какого прибора для измерения плотности электролита основан на законе Архимеда.

Предельный угол преломления

Этот метод основан на том, что свет проходит через жидкости с разной скоростью, которая зависит от плотности. Поместив жидкость между двумя призмами, мы получаем предельный угол преломления, который несложно увидеть, сфокусировав свет на прозрачной шкале. В отличие от закона Архимеда и выталкивающей силы жидкости, данный метод гораздо сложнее для понимания. Но нам важен только принцип, а тонкости оставим любителям оптической физики.

Плотность по массе и объёму

Плотность по определению является отношением массы к занимаемому объёму. Зная массу и объём электролита, мы легко можем рассчитать его плотность. Точность, при этом, будет зависеть от точности приборов, которые мы использовали для измерения массы и объёма. В домашних условиях это можно сделать с достаточно большой точностью при помощи ювелирных весов и маленького мерного цилиндра (можно использовать медицинский шприц).

Освоение этого метода также будет полезно тем, кто самостоятельно занимается приготовлением электролита или антифриза из концентрата. Чтобы узнать плотность, взвесьте известный объём жидкости и разделите полученную массу на объём. Например, если вы возьмёте 10 мл электролита из полностью заряженного аккумулятора, то его вес составит 12,8 грамм.

Ареометр

Ареометр — это самый простой и доступный прибор для измерения плотности электролита. Его использовали наши деды и отцы. Пользуемся ареометром и мы. Потому что он дешёвый, удобный и понятный.

Устройство и принцип работы ареометра

Классический автомобильный ареометр представляет собой цилиндр из прозрачного материала (стекло или оргстекло) с грушей и носиком. Внутри помещён стеклянный поплавок с грузом и шкалой. Чтобы измерить плотность электролита, нужно вставить носик в АКБ и набрать жидкость при помощи груши. Когда поплавок всплывает, уровень жидкости совпадает с соответствующим плотности значением на шкале.

Чем больше серной кислоты в электролите, тем его плотность и выталкивающая сила выше. А значит и выше всплывает поплавок, "перемещая" шкалу относительно верхнего уровня в цилиндре. Несмотря на простой принцип работы ареометра, получить корректные показания с помощью этого прибора можно только при определённых условиях. Об этом рассказано ниже.

Плюсы и минусы ареометра

Преимущества ареометра:

• низкая цена от 3 долларов;
• простота применения;
• нетребовательность к чистоте;
• достаточная для обслуживания АКБ точность;
• высокая скорость измерений;
• удобство.

Примечание. Даже если ареометр разбился, для измерения плотности электролита временно можно использовать уцелевший поплавок. Для этого поместите его в прозрачный мерный цилиндр, в который при помощи медицинского шприца налейте электролит из аккумулятора.

Недостатки ареометра:

• хрупкость моделей со стеклянным цилиндром;
• снижение прозрачности моделей с пластиковым цилиндром;
• для распознания показаний нужно присматриваться;
• показания сложно сфотографировать;
• отсутствует калибровка.

Самым большим недостатком ареометра является его шкала. Чаще всего она нанесена на бумагу, которая свёрнута в трубочку и никак не закреплена в поплавке. В процессе эксплуатации эта шкала имеет свойство сдвигаться, из-за чего показания прибора безвозвратно искажаются. Откалибровать ареометр невозможно.

Примечание. Показанный на фото ниже ареометр лишён двух недостатков классической конструкции. В этом приборе шкала более наглядная и удобная. Но самое главное, что в процессе эксплуатации она не сбивается. Такой прибор сохраняет изначальную точность на протяжении всего срока эксплуатации. К тому же, в нём нет хрупких стеклянных деталей, которые легко разбиваются в гаражных условиях.

Несмотря на недостатки и наличие более продвинутых приборов для измерения плотности, старый добрый ареометр остаётся объективно лучшим инструментом для работы с электролитом АКБ.

Как правильно пользоваться ареометром?

Чтобы получить при помощи ареометра корректные показания плотности электролита, необходимы следующие условия:

1. Температура электролита должна быть +20 градусов Цельсия. Отклонение от этого значения на 10 градусов искажает плотность примерно на 0,01 г/см³. Когда электролит холодный (аккумулятор на улице в мороз), ареометр будет показывать завышенную плотность. Когда электролит перегрет (например, когда вы пытаетесь повысить его плотность кипячением АКБ), прибор показывает заниженную плотность.
2. Поплавок должен полностью всплыть. Если вы набрали недостаточно электролита из АКБ, поплавок останется лежать на дне цилиндра и его показания будут недостоверными.
3. Шкала совмещается с нижним мениском уровня жидкости. Если внимательно присмотреться к верхнему уровню электролита в ареометре, то можно заметить, что эта черта имеет вполне видимую высоту. Это обусловлено поверхностным натяжением жидкости. Многие оценивают плотность электролита по верхнему мениску, тогда как правильнее смотреть на нижний.
4. Ареометр и поплавок должны быть в строго вертикальном положении. Когда ареометр наклонён, уровень жидкости пересекается со шкалой под углом, что искажает показания. Также необходимо убедиться, что поплавок не "опирается" на стенки цилиндра. Часто он прилипает из-за того, что серная кислота обладает маслянистостью. Все эти факторы искажают показания прибора.
5. Верхний уровень электролита в ареометре должен располагаться на одном уровне с глазами. Часто на прибор смотрят, не отрывая его от АКБ, с крайне неудобного положения. Под таким углом невозможно рассмотреть границу нижнего мениска и получить правильные показания.

Итог. Чтобы правильно измерить плотность электролита ареометром, для начала доведите его до комнатной температуры. Затем аккуратно наберите жидкость до уверенного всплытия поплавка. Расположите шкалу ареометра на уровне глаз и снимите показания по нижнему мениску.

Почему врёт ареометр?

Хороший ареометр легко может измерять плотность электролита с точностью до 0,005 г/см³. Этого более чем достаточно для полноценного обслуживания АКБ. Однако есть ряд причин, из-за которых этот весьма точный прибор может врать:

• температура электролита гораздо выше или ниже +20 градусов Цельсия;
• вы смотрите на шкалу из неправильного положения;
• поплавок лежит на дне цилиндра или прилип к его стенкам;
• из-за неаккуратного использования бумага со шкалой сдвинулась;
• вам изначально попался бракованный прибор.

К сожалению, проверить и откалибровать ареометр можно только при помощи другого прибора для измерения плотности электролита.

Рефрактометр

Рефрактометр автомобильный — это прибор для измерения плотности электролита, а также температуры замерзания антифриза, стеклоомывающей жидкости и мочевины. В среднем, в 7 раз дороже ареометра. Очень точный, но более чувствительный к внешним факторам, чем ареометр. Это если говорить об этом приборе коротко. Рассмотрим его подробнее.

Устройство и принцип работы рефрактометра

В лабораторных условиях используются стационарные настольные рефрактометры. Автолюбителям не так давно стал доступен компактный ручной прибор, который выглядит следующим образом.

Устройство ручного рефрактометра показано на следующем изображении.

Прибор состоит из следующих основных элементов:

1. Корпус.
2. Защитное стекло (осветительная призма).
3. Измерительная призма.
4. Фокусирующие линзы.
5. Шкала.
6. Окуляр.
7. Винт для калибровки.

Исследуемая жидкость в объёме двух капель помещается на измерительную призму и прижимается защитным стеклом. В результате образуется тонкий слой электролита, через который легко проходит свет. Защитное стекло имеет неровности. Благодаря этому свет проходит через матовое стекло, равномерно рассеивается, проходит через слой жидкости и попадает на измерительную призму.

За счёт того, что скорость света зависит от плотности жидкости, на измерительную призму он попадает под определённым углом. В измерительной призме свет преломляется, образуя чёткую границу света и тени. Далее лучи света фокусируются на шкале, на которой через окуляр отчётливо видна упомянутая выше граница. Обычно выглядит это следующим образом.

Чем выше плотность электролита, тем меньше скорость проходящего через него света и больше угол преломления. С точки зрения пользователя — синяя область меньше белой. Она, как бы, "поднимается" выше по шкале, показывая более высокую плотность. И наоборот.

Плюсы и минусы рефрактометра

Преимущества рефрактометра:

• простота применения;
• высокая точность (при соблюдении правил эксплуатации);
• для распознания показаний не нужно присматриваться (окуляр можно сфокусировать под особенности зрения);
• показания легко сфотографировать;
• предусмотрена калибровка.

Недостатки рефрактометра:

• прибор менее удобен, чем классический ареометр;
• низкая скорость измерений;
• хрупкость;
• требовательность к чистоте;
• сильная зависимость от температуры окружающей среды и прозрачности электролита.

Последний пункт считается самым большим недостатком рефрактометра, который подробно рассмотрен ниже.

Как правильно пользоваться рефрактометром?

Чтобы получить при помощи рефрактометра точные показания плотности электролита АКБ, измерения необходимо проводить в следующих условиях:

1. Прибор должен быть откалиброван перед использованием. Для этого конструкцией предусмотрен регулировочный винт. Вместо электролита на призму помещается две капли дистиллированной воды. На шкале есть соответствующая плотности воды линия. Вращая регулировочный винт, необходимо совместить границу света и тени с этой линией. Калибровку нужно выполнить перед первым использованием рефрактометра. В дальнейшем его желательно периодически проверять.
2. Измерения должны проводиться при такой же температуре окружающей среды, при которой была выполнена калибровка прибора. В рефрактометре установлена крайне чувствительная оптика. При перегреве или переохлаждении характеристики элементов оптической схемы меняются. Показания прибора значительно искажаются. Оптимальная температура окружающей среды и электролита +20 градусов Цельсия. Если меньше или больше на 5-7 градусов, то ничего страшного — прибор будет достаточно точным.
3. После размещения жидкости необходимо выждать 30 секунд. Это нужно для того, чтобы температуры электролита и рефрактометра сравнялись. В противном случае прибор покажет некорректные данные.
4. Электролит должен быть прозрачным. Принцип работы прибора основан на оптических явлениях. Через мутный и грязный электролит свет проходит не с той скоростью, на которую откалиброван рефрактометр. Поэтому показания могут сильно отличаться от действительных.
5. Перед каждым новым измерением прибор нужно тщательно протереть. Остатки предыдущей жидкости могут существенно повлиять на показания рефрактометра. Если за главной призмой и защитным стеклом не ухаживать, вскоре инструмент вовсе придёт в негодность.
6. Измерения должны проводиться при естественном хорошем освещении. Если в качестве источника света используются светодиодные или люминесцентные лампы, показания могут значительно искажаться.

Примечание. Если на шкале рефрактометра не видна чёткая граница между синей и белой областями, то это может быть из-за грязного электролита или неподходящего освещения. Присутствие пыли, грязи, волос и прочего микроскопического мусора на призме тоже не допускается.

Почему врёт рефрактометр?

Шкала классического автомобильного рефрактометра имеет разрешающую способность 0,01 г/см³. Однако при соблюдении правил эксплуатации и внимательности можно легко рассмотреть плотность электролита с точностью до 0,003 г/см³.

Однако это всё лишено смысла, если:

• прибор не откалиброван;
• для калибровки применялась вода сомнительного качества (водопроводная, из колодца и так далее);
• измерительные поверхности прибора грязные или мокрые;
• электролит мутный, коричневый, с мусором и грязью;
• температура электролита сильно выше или ниже +20 градусов Цельсия;
• рефрактометр используется не при той же температуре окружения, при которой был откалиброван;
• измерения проводятся при неподходящем освещении.

В отличие от ареометра, рефрактометр всегда можно привести в порядок и вернуть ему высокую точность. Для этого его достаточно тщательно протереть и откалибровать, используя дистиллированную или ионизированную воду.

Ареометр или рефрактометр — что лучше для измерения плотности электролита?

Если вы профессионально занимаетесь обслуживанием АКБ, то в вашем арсенале должны быть оба прибора. Это будет показателем вашего профессионализма, что важно для бизнеса. Вы всегда сможете перепроверить плотность "подозрительного" электролита несколькими приборами и убедиться в правильности своих действий. Показания рефрактометра легче сфотографировать до и после обслуживания, чтобы показать их клиенту. При обслуживании аккумуляторов в большом количестве, конечно, гораздо практичнее будет ареометр. Он банально сэкономит вам кучу ценного времени.

Простой автолюбитель измеряет плотность электролита редко. Обычно перед наступлением холодов и ещё раз весной. Ещё прибор для измерения плотности электролита пригодится при подзарядке АКБ, в процессе десульфатации, а также чтобы понять, почему не зеленеет индикатор заряда аккумулятора. Для всех этих случаев вполне достаточно недорогого, но качественного ареометра.

Нужен ли простому автолюбителю рефрактометр? Это очень интересный прибор, которым приятно попользоваться пару раз в год. Ещё при помощи откалиброванного рефрактометра можно проверить свой ареометр на точность. В остальном, как и у профессионалов, чаще всего он будет лежать у вас в футляре. Нужно ли вам это, учитывая цену данного девайса, решать только вам.