При експлуатації свинцево-кислотних АКБ, що обслуговуються, періодично потрібно вимірювати щільність електроліту. За нею можна дізнатися ступінь зарядженості, визначити час закінчення заряду, виявити сульфатацію та оцінити загальний стан акумулятора. Для вимірювання щільності електроліту автолюбителям та професіоналам доступні два інструменти – ареометр та рефрактометр. З цього матеріалу ви дізнаєтесь: як влаштовані та за яким принципом вони працюють; плюси і мінуси; як правильно користуватися; чому прилад для вимірювання густини електроліту може брехати.
Фізичні методи вимірювання густини електроліту
Електроліт – це розчин сірчаної кислоти у дистильованій воді. Струмопровідна рідина, яка при номінальній густині не замерзає до -74 градусів Цельсія. Невід'ємна частина автомобільного акумулятора. У звичайних АКБ електроліт рідкий, що за наявності пробок у корпусі дозволяє вимірювати його густину. В AGM та GEL акумуляторах щільність електроліту виміряти неможливо.
Щільність електроліту - це відношення його маси до об'єму, що ним займається. Вимірюється у грамах на кубічний сантиметр (г/см3). По цій темі на сайті Авто без СТО є окремий матеріал. Рекомендую ознайомитись. Щільність електроліту тим вища, чим більше сірчаної кислоти розчинено у воді. Коли акумулятор розряджений, щільність мінімальна (аж до 1,01 г/см3), оскільки електроліт складається здебільшого з води. У повністю зарядженому справному акумуляторі густина електроліту знаходиться в межах 1,27...1,30 г/см3.
Існує три зручні і досить точні способи виміряти щільність електроліту:
- Закон Архімеда.
- Граничний кут заломлення.
- Розрахунок за масою та об'ємом.
Коротко розглянемо ці методи.
Закон Архімеда
Відповідно до цього закону — на занурене в рідину тіло діє сила, що виштовхує його. При інших рівних вона залежить якраз від щільності рідини, яка нас цікавить. Чим щільність вища, тим більша сила, що виштовхує. Напевно, багато хто з вас уже здогадався, принцип роботи якого приладу для вимірювання щільності електроліту заснований на законі Архімеда.
Граничний кут заломлення
Цей метод заснований на тому, що світло проходить через рідину з різною швидкістю, яка залежить від густини. Помістивши рідину між двома призмами, ми отримуємо граничний кут заломлення, який нескладно побачити, сфокусувавши світло на прозорій шкалі. На відміну від закону Архімеда і сили, що виштовхує, даний метод набагато складніший для розуміння. Але нам важливим є лише принцип, а тонкощі залишимо любителям оптичної фізики.
Щільність за масою та об'ємом
Щільність рідини за визначенням є відношення маси до об'єму, що нею займається. Знаючи масу та об'єм електроліту, ми легко можемо розрахувати його щільність. Точність при цьому залежатиме від точності приладів, які ми використовували для вимірювання маси та об'єму. У домашніх умовах це можна зробити з досить великою точністю за допомогою ювелірних ваг та маленького мірного циліндра (можна використовувати медичний шприц).
Освоєння цього методу також буде корисним тим, хто самостійно займається приготуванням електроліту або антифризу з концентрату. Щоб дізнатися густину, зважте відомий об'єм рідини і розділіть отриману масу на об'єм. Наприклад, якщо ви візьмете 10 мл електроліту з повністю зарядженого акумулятора, його вага складе 12,8 грам.
Ареометр
Ареометр - це найпростіший і найдоступніший прилад для вимірювання щільності електроліту. Його використовували наші діди та батьки. Користуємося ареометром і ми. Тому що він дешевий, зручний та зрозумілий.
Будова та принцип роботи ареометра
Класичний автомобільний ареометр є циліндром з прозорого матеріалу (скло або оргскло) з грушею і носиком. Усередині поміщений скляний поплавець з вантажем та шкалою. Щоб виміряти густину електроліту, потрібно вставити носик в АКБ і набрати рідину за допомогою груші. Коли поплавець виринає, рівень рідини збігається з відповідним щільності значенням на шкалі.
Чим більше сірчаної кислоти в електроліті, тим його щільність і виштовхувальна сила вище. А значить і вище спливає поплавець, "переміщаючи" шкалу щодо верхнього рівня в циліндрі. Незважаючи на простий принцип роботи ареометра, отримати коректні показання за допомогою цього приладу можна лише за певних умов. Про це йдеться нижче.
Плюси та мінуси ареометра
Переваги ареометра:
- найнижча ціна від 3 доларів;
- простота застосування;
- невибагливість до чистоти;
- достатня для обслуговування АКБ точність;
- висока швидкість вимірів;
- зручність.
Примітка. Навіть якщо ареометр розбився, для вимірювання густини електроліту тимчасово можна використовувати вцілілий поплавець. Для цього помістіть його в прозорий мірний циліндр, в який за допомогою медичного шприца налийте електроліт з акумулятора.
Недоліки ареометра:
- крихкість моделей зі скляним циліндром;
- зниження прозорості моделей із пластиковим циліндром;
- для розпізнавання показань слід придивлятися;
- свідчення складно сфотографувати;
- відсутнє калібрування.
Найбільшим недоліком ареометра є його шкала. Найчастіше вона нанесена на папір, який згорнутий у трубочку і ніяк не закріплений у поплавці. У процесі експлуатації ця шкала має властивість зрушуватися, через що показання приладу безповоротно спотворюються. Відкалібрувати ареометр неможливо.
Примітка. Показаний на фото нижче ареометр не містить двох недоліків класичної конструкції. У цьому приладі шкала наочніша і зручніша. Але найголовніше, що у процесі експлуатації вона не збивається. Такий пристрій зберігає початкову точність протягом усього терміну експлуатації. До того ж, у ньому немає крихких скляних деталей, які легко розбиваються у гаражних умовах.
Незважаючи на недоліки та наявність більш просунутих приладів для вимірювання щільності, старий добрий ареометр залишається найкращим інструментом для роботи з електролітом АКБ.
Як правильно користуватись ареометром?
Щоб отримати за допомогою ареометра коректні показання густини електроліту, необхідні наступні умови:
- Температура електроліту має бути +20 градусів за Цельсієм. Відхилення від цього значення на 10 градусів спотворює густину приблизно на 0,01 г/см3. Коли електроліт холодний (акумулятор на вулиці в мороз), ареометр показуватиме завищену щільність. Коли електроліт перегрітий (наприклад, коли ви намагаєтеся підвищити його щільність кип'ятінням АКБ), прилад показує занижену щільність.
- Поплавець повинен повністю випливти. Якщо ви набрали недостатньо електроліту з АКБ, поплавець залишиться лежати на дні циліндра та його показання будуть недостовірними.
- Шкала поєднується з нижнім меніском рівня рідини. Якщо уважно придивитися до верхнього рівня електроліту в ареометрі, можна помітити, що ця риска має цілком видиму висоту. Це зумовлено поверхневим натягом рідини. Багато хто оцінює щільність електроліту по верхньому меніску, тоді як правильніше дивитися на нижній.
- Ареометр і поплавець повинні бути у строго вертикальному положенні. Коли ареометр нахилений, рівень рідини перетинається зі шкалою під кутом, що спотворює показання. Також необхідно переконатися, що поплавець не "спирається" на стінки циліндра. Часто він прилипає через те, що сірчана кислота має маслянистість. Всі ці фактори спотворюють показання приладу.
- Верхній рівень електроліту в ареометрі повинен розташовуватися на одному рівні з очима. Часто на прилад дивляться, не відриваючи його від АКБ, із украй незручного положення. Під таким кутом неможливо розглянути межу нижнього меніска та отримати правильні свідчення.
Підсумок. Щоб правильно виміряти щільність електроліту ареометром, спочатку доведіть його до кімнатної температури. Потім акуратно наберіть рідину до впевненого випливання поплавця. Розташуйте шкалу ареометра на рівні очей і зніміть показання нижнього меніска.
Чому бреше ареометр?
Хороший ареометр може легко вимірювати щільність електроліту з точністю до 0,005 г/см3. Цього цілком достатньо для повноцінного обслуговування АКБ. Однак є низка причин, через які цей вельми точний прилад може брехати:
- температура електроліту набагато вища або нижча за +20 градусів Цельсія;
- ви дивитеся на шкалу з неправильного становища;
- поплавець лежить на дні циліндра або прилип до його стін;
- через неакуратне використання папір зі шкалою зрушився;
- вам спочатку попався бракований прилад.
На жаль, перевірити та відкалібрувати ареометр можна лише за допомогою іншого приладу для вимірювання густини електроліту.
Рефрактометр
Автомобільний рефрактометр — це прилад для вимірювання щільності електроліту, а також температури замерзання антифризу, склоомиваючої рідини та сечовини. У середньому, коштує в 7 разів дорожче за ареометр. Дуже точний, але чутливіший до зовнішніх факторів, ніж ареометр. Це якщо говорити про цей прилад коротко. Розглянемо його докладніше.
Будова та принцип роботи рефрактометра
У лабораторних умовах використовуються стаціонарні настільні рефрактометри. Автолюбителям нещодавно став доступний компактний ручний прилад, який виглядає так.
Будова ручного рефрактометра показана на наступному зображенні.
Прилад складається з таких основних елементів:
- Корпус.
- Захисне скло (освітлювальна призма).
- Вимірювальна призма.
- Фокусуючі лінзи.
- Шкала.
- Окуляр.
- Гвинт для калібрування.
Досліджувана рідина обсягом двох крапель поміщається на вимірювальну призму і притискається захисним склом. Внаслідок цього утворюється тонкий шар електроліту, через який легко проходить світло. Захисне скло має нерівності. Завдяки цьому світло проходить через матове скло, рівномірно розсіюється, проходить через шар рідини та потрапляє на вимірювальну призму.
За рахунок того, що швидкість світла залежить від густини рідини, на вимірювальну призму він потрапляє під певним кутом. У вимірювальній призмі світло заломлюється, утворюючи чітку межу світла та тіні. Далі промені світла фокусуються на шкалі, де через окуляр виразно видно згадана вище межа. Зазвичай це виглядає так.
Чим вище щільність електроліту, тим менше швидкість світла, що проходить через нього, і більший кут заломлення. З погляду користувача — синя область менша за білу. Вона, як би, "піднімається" вище за шкалою, показуючи більш високу густину. І навпаки.
Плюси та мінуси рефрактометра
Переваги рефрактометра:
- простота застосування;
- висока точність (за дотримання правил експлуатації);
- для розпізнавання показань не потрібно придивлятися (окуляр можна сфокусувати під особливості вашого зору);
- свідчення легко сфотографувати;
- передбачено калібрування.
Недоліки рефрактометра:
- прилад менш зручний, ніж класичний ареометр;
- низька швидкість вимірів;
- крихкість;
- вимогливість до чистоти;
- сильна залежність від температури навколишнього середовища та прозорості електроліту.
Останній пункт вважається найбільшим недоліком рефрактометра, який детально розглянуто нижче.
Як правильно користуватись рефрактометром?
Щоб отримати за допомогою рефрактометра точні показання щільності електроліту АКБ, вимірювання необхідно проводити за таких умов:
- Перед використанням пристрій повинен бути калібрований. Для цього конструкцією передбачений регулювальний гвинт. Замість електроліту на призму поміщаються дві краплі дистильованої води. На шкалі є відповідна щільності води лінія. Повертаючи регулювальний гвинт, необхідно поєднати межу світла та тіні з цією лінією. Калібрування потрібно виконати перед першим використанням рефрактометра. Надалі його бажано періодично перевіряти.
- Вимірювання повинні проводитися за такої ж температури навколишнього середовища, при якій було виконане калібрування приладу. У рефрактометрі встановлена вкрай чутлива оптика. При перегріванні чи переохолодженні характеристики елементів оптичної схеми змінюються. Покази приладу значно спотворюються. Оптимальна температура навколишнього середовища та електроліту +20 градусів Цельсія. Якщо менше чи більше на 5-7 градусів, то нічого страшного – прилад буде досить точним.
- Після розміщення рідини потрібно почекати 30 секунд. Це потрібно для того, щоб температури електроліту та рефрактометра зрівнялися. В іншому випадку пристрій покаже некоректні дані.
- Електроліт має бути прозорим. Принцип роботи приладу ґрунтується на оптичних явищах. Через каламутний та брудний електроліт світло проходить не з тією швидкістю, на яку відкалібровано рефрактометр. Тому свідчення можуть сильно відрізнятися від дійсних.
- Перед кожним новим виміром прилад потрібно ретельно протерти. Залишки попередньої рідини можуть суттєво вплинути на показання рефрактометра. Якщо головна призма і захисне скло не доглянуте, незабаром інструмент зовсім стане непридатним для використання.
- Вимірювання повинні проводитися при хорошому природному освітленні. Якщо в якості джерела світла використовуються світлодіодні або люмінесцентні лампи, показання можуть значно спотворюватися.
Примітка. Якщо на шкалі рефрактометра не видно чіткої межі між синьою та білою областями, то це може бути через брудний електроліт або невідповідне освітлення. Присутність пилу, бруду, волосся та іншого мікроскопічного сміття на призмі також не допускається.
Чому бреше рефрактометр?
Шкала класичного автомобільного рефрактометра має роздільну здатність 0,01 г/см3. Однак за дотримання правил експлуатації та уважності можна легко розглянути щільність електроліту з точністю до 0,003 г/см3.
Однак це все позбавлене сенсу, якщо:
- прилад не відкалібрований;
- для калібрування застосовувалася вода сумнівної якості (водопровідна, з колодязя тощо);
- вимірювальні поверхні приладу брудні чи мокрі;
- електроліт каламутний, коричневий, зі сміттям та брудом;
- температура електроліту сильно вища або нижча за +20 градусів Цельсія;
- рефрактометр використовується не за тієї ж температури оточення, при якій був відкалібрований;
- вимірювання проводяться при невідповідному освітленні.
На відміну від ареометра, рефрактометр завжди можна упорядкувати і повернути йому високу точність. Для цього його досить ретельно протерти і калібрувати, використовуючи дистильовану або іонізовану воду.
Ареометр чи рефрактометр — що краще для вимірювання густини електроліту?
Якщо ви професійно займаєтеся обслуговуванням АКБ, то у вашому арсеналі повинні бути обидва прилади. Це буде показником вашого професіоналізму, що є важливим для бізнесу. Ви завжди зможете перевіряти ще раз щільність "підозрілого" електроліту декількома приладами і переконатися в правильності своїх дій. Показання рефрактометра легше сфотографувати до обслуговування і після обслуговування, щоб показати їх клієнту. При обслуговуванні акумуляторів у великій кількості, звичайно, набагато практичнішим буде ареометр. Він банально заощадить купу цінного часу.
Простий автолюбитель вимірює щільність електроліту рідко. Зазвичай перед настанням холодів і ще раз навесні. Ще прилад для вимірювання щільності електроліту стане в нагоді під час заряджання АКБ, в процесі десульфатації, а також щоб зрозуміти, чому не зеленіє індикатор заряду акумулятора. Для всіх цих випадків досить недорогого, але якісного ареометра.
Чи потрібний простому автолюбителю рефрактометр? Це дуже цікавий прилад, яким приємно користуватися кілька разів на рік. Ще за допомогою відкаліброваного рефрактометра можна перевірити свій ареометр на точність. В іншому, як і у професіоналів, найчастіше він лежатиме у вас у футлярі. Чи потрібно вам це, враховуючи ціну даного девайса, вирішувати лише вам.