Чем измерить объем жидкости
Чем измерить объем жидкости
Объём кусочков льда правильной формы можно оценить с помощью измерений обычной линейкой. Но как определить объём воды? И любой другой жидкости?
Для измерения объёма жидкостей существует прибор, называемый мензуркой или измерительным цилиндром. Рассмотрев рисунки, Вы сразу поймёте, в каком случае применяется то, или иное название.
Мензурка – стеклянный сосуд с делениями для измерения объёма жидкостей.
Мензурка – не только прибор из школьной или научной лаборатории. В быту мы пользуемся мерной кружкой для измерения объёмов и масс жидких и сыпучих продуктов. В каждой домашней аптечке необходимо наличие мензурок для дозирования жидких лекарственных форм.
Правила пользования мензуркой. Обратите внимание на правильное положение глаза при отсчете объема жидкости.
1. Мензурку располагают таким образом, чтобы поверхность жидкости в ней находилась на уровне глаз.
2. Поверхность жидкости в мензурке должна быть строго горизонтальной.
3. Вода у стенок сосуда немного приподнимается (краевой эффект объясняется явлением смачивания), в средней же части сосуда поверхность жидкости почти плоская. Глаз следует направить на деление, совпадающее с плоской частью поверхности.
Современные способы измерения объема жидкости
Одной из важнейших задач молочной промышленности всегда был учет объема продукта: поступившего на обработку, расходуемого в течение технологического процесса, полученного на выходе. Причем эти измерения требуются как для технологических задач, так и для экономического учета.
О современных способах произведения этих измерений и пойдет речь.Существует несколько подходов к измерению объема жидкости, находящейся в емкости. Все они, однако, имеют одну общую исходную величину, требуемую для расчета. Эта величина – высота столба жидкости.Известна формула, устанавливающая математическую связь между плотностью жидкости, высотой ее столба относительно точки измерения, ускорением свободного падения и давлением, оказываемым на дно и стенки сосуда:
где Р – давление, ρ – плотность жидкости, h – высота столба жидкости, g – ускорение свободного падения (9,8 м/c 2 ).
Итак, зная давление и плотность жидкости, нетрудно рассчитать высоту, до которой она доходит относительно точки измерения. Такой способ измерения называется гидростатическим.Для того, чтобы узнать давление жидкости используются соответствующие датчики. В пищевой промышленности, как правило, это датчики с мембраной, имеющие относительно большую плоскость контакта со средой, что позволяет легко отмывать их от остатков продукта.
Среди датчиков давления наиболее распространены датчики с выходным сигналом 4…20 мА, являющимся общемировым стандартом в системах автоматического управления. Например, интеллектуальный датчик давления 4000-SAN.Сам чувствительный элемент датчика обычно представляет собой тензорезистор – элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от приложенного к нему усилия. Зависимость сопротивления этих элементов от давления известна. Далее изменение сопротивления электроника датчика приводит к сигналу 4…20 мА.Современные датчики давления часто делаются цифровыми – то есть роль преобразователя играет микроконтроллер, встроенный в датчик. Такие датчики легче настраивать, они обладают более высокой точностью и могут оснащаться дисплеями, модулями коммуникации и дополнительными функциональными возможностями.
Итак, после того, как получено значение высоты, можно переходить к расчету объема жидкости. Выделяются два основных практических подхода:
1. Первый способ измерения объема жидкости: вычисление высоты
Первый способ подразумевает возможность выражения зависимости высота – объем известной формулой. Он актуален для емкостей, имеющих несложную форму и построенных из таких стандартных геометрических фигур, как, например, полусфера, конус и цилиндр. Например, для широко распространенных емкостей в форме цилиндра с коническим дном (Рисунок 2), вычисление будет производиться следующим образом: до тех пор, пока жидкость не достигла края конуса зависимость ее объема от высоты такова:
Где V – объем, Нж – высота столба жидкости, K – конусность
как только высота жидкости достигает края конуса и начинает заполнять цилиндр достаточно взять заранее вычисленный полный объем конической части:
и прибавлять к нему объем жидкости, находящейся в цилиндрической части:
С учетом степени развития микроконтроллеров, подобный алгоритм возможно реализовать непосредственно в датчике. Не нужно никакое внешнее устройство – датчик сам вычислит объем жидкости, если ввести ее плотность и геометрию емкости.Этот способ, однако, имеет определенные недостатки и ограничения. Они будут рассмотрены далее.
2. Точность измерения давления, производимого датчиком
Отдельно нужно отметить требования к точности измерения давления, производимого датчиком. Нетрудно посчитать, что общепромышленный датчик давления, имеющий погрешность в 0,5 % для емкости высотой в 3 метра даст ошибку измерения в:
Значение не кажется столь большим. Однако, если емкость при этом имеет диаметр, скажем, в 2 метра, погрешность вычисления объема составит:
Достаточно большое значение, с учетом того, что в течение рабочего дня могут производиться десятки циклов наполнения/опустошения емкости. При этом данное значение не учитывает дополнительную погрешность, вызываемую перепадами температуры.Именно поэтому датчики для решения задач вычисления объема обычно имеют погрешность не более 0,1 %. При тех же условиях, такой датчик даст ошибку измерения всего в 9,42 литра, то есть в 5 раз меньшую.
3. Второй способ вычисления: аппроксимация
На практике часто встречаются емкости, имеющие искажения формы внутренней поверхности, к которым неприменим геометрический метод вычисления объема емкости.Например, для емкости, установленной под углом (Рисунок 2), наклон в 2…3 градуса, кажущийся незначительным, сильно нарушит точность измерений – в горизонтальной емкости поверхность жидкости вместо прямоугольника будет иметь гораздо более сложную форму, что значительно меняет зависимость объема от уровня.
Емкость может иметь утопленный в стенку люк. В этом случае нужно производить вычисления уже по трем разным формулам, вместо двух. К тому же, зависимость объема на участке с люком будет куда более сложной, чем для прямого цилиндра. Также, геометрический метод на практике неприменим к емкостям, в которых производится перемешивание продукта.
Массивное устройство внутри емкости значительно исказит результаты вычислений – датчик будет показывать объем, больший, чем реальный. Предусмотреть готовые алгоритмы для каждой подобной ситуации и внести их в датчик – задача практически невыполнимая. Тут на помощь приходит более трудоемкий, но и значительно более гибкий способ измерения. Если начать заливать в емкость, допустим, по 100 литров жидкости и при этом на каждом шаге отмечать высоту, соответствующую залитому объему, мы получим так называемую «тарировочную таблицу». Суть в следующем: нестандартная форма емкости моделируется с использованием некоторого количества прямых отрезков. Чем их больше, тем точнее будут производиться вычисления. Таким образом, можно высоте столба жидкости поставить в соответствие ее объем.
Рисунок 3 — Реальная и аппроксимированная зависимости объема жидкости от высоты
Если жидкость, например, находится посередине между двумя точками, то и объем вычисляется, как среднее значение объемов в этих точках (Рисунок 3). Очевидно, что от количества точек, используемых при тарировании, значительно зависит точность результата. Если для участка с линейной зависимостью объем/высота достаточно двух точек, до для нелинейных участков их требуется гораздо больше. Тарирование на нелинейном участке можно производить шагами, в два раза большими, чем допустимая погрешность на данном участке. Например, если в конусной части емкости необходимо получить точность не ниже 20 литров, шаги тарирования должны быть не более 40 литров. Тут следует помнить простое правило – чем меньше шаги и больше точек, тем выше итоговая точность работы. Недостаток метода в том, что датчик, перенесенный на другую емкость, снова потребует тарирования. Однако, единожды оттарированный на одной емкости датчик будет не только давать максимально высокую точность вычислений, но и позволит подсчитывать объем для жидкостей с различными плотностями – достаточно будет лишь ввести в него это значение.
Это значит, что можно произвести тарирование с использованием обычной воды, а затем, предварительно поменяв значение плотности жидкости в памяти датчика, заливать продукт, имеющий плотность, отличную от плотности воды. Таким образом, мы получаем гибкий и точный метод, позволяющий работать с емкостями любой формы и жидкостями любой плотности.
Инженер отдела проектирования ООО «КИП-Сервис»
Горбоносов М.А.
Чем измерить объем жидкости
Знакомство ребенка с единицами измерения объема начинается с цифр. Сколько стаканов в литре? Что такое миллилитр? Объяснить эти и другие темы невозможно без использования числовых выражений, поэтому прежде чем приступать к теме, убедитесь, что ребенок умеет считать десятками и сотнями.
Задания, которые мы приводим в статье, взяли из тетради «Kumon. Меры объёма». Вы можете использовать их в качестве идей, чтобы на живых примерах объяснить эту тему. А можно распечатать задания и выполнить их.
Больше, меньше и равно
Сначала объясните ребенку, что такое «больше», «меньше» и «равно». Потренируйтесь определять, какой объем жидкости в ряду наибольший и какой наименьший.
Пдф для скачивания
Здесь попросите определить, у какой из двух емкостей объем больше? Помогите ребенку увидеть емкость, которая вмещает больше стаканов жидкости.
Пдф для скачивания
На этом этапе повторите устный счет от 1 до 1000 (десятками и сотнями) и написание чисел до 10, после чего можно учиться измерять объем жидкости в стаканах, литрах и миллилитрах.
Стаканы
Покажите ребенку, что в каждой емкости помещается определенное количество стаканов жидкости. Попросите обвести в скобках число, обозначающее объем емкости, объясните, откуда взялись эти цифры (на рисунке показаны емкости, вмещающие то количество стаканов, которое изображено под ними).
Пдф для скачивания
Расскажите ребенку, что объем жидкости — это место, которое жидкость занимает в емкости. Покажите на живых примерах: налейте воду в бутылки, кастрюли и другую посуду.
Скачайте сборник заданий на пространственное мышление→
Литры
Измерение объема — важная часть повседневной жизни. Умение пользоваться мерной емкостью с делениями пригодится и в школе, и дома.
Для закрепления материала желательно приобрести мерную емкость с четкой шкалой в миллилитрах и литрах. Поощряйте ребенка измерять жидкости и сыпучие продукты на кухне. Предложите ему самостоятельно налить нужное количество воды, молока или сока. Такие задания помогут развить и поддержать интерес к измерениям, повысят мотивацию к освоению этого полезного навыка, а также подарят опыт, закрепляющий теоретические знания.
После того, как вы рассказали ребенку о мере измерения в стаканах, переходите к понятию «литр». Покажите, что в мерном кувшине помещается 4 стакана жидкости, или 1 литр. Попросите ребенка обвести в скобках числа, обозначающие объем жидкости.
Пдф для скачивания
Миллилитры
Наверняка малыш заинтересуется, что означают эти деления на мерном стакане? Ребенок уже знает, что объем мерного кувшина — 1 литр. Теперь пришло время рассказать, что в одном литре — 1000 миллилитров. Выполните следующее задание: предложите ребенку написать в скобках числа, обозначающие объем жидкости.
Пдф для скачивания
Тетрадь «Kumon. Меры объёма» познакомит ребенка с понятиями «единицы измерения» и «объем». Выполнив все упражнения, ребенок поймет, как соотносятся друг с другом три меры объема, и сможет определить объем жидкости или сыпучих продуктов с помощью стакана и мерного кувшина.
Весомая капля, как не ошибиться при измерении
Так ли важна капля?
Мало кто задумывается над вопросом измерения объема жидкости, пока не наступит реальная необходимость в этом. Неожиданная простуда, резко проснувшиеся желание приготовить точно по рецепту, генеральная уборка. Это именно те случаи, когда капля имеет значение. Передозировка лекарствами может нанести вред вашему здоровью, недостаток капли ингредиента приведет к испорченному блюду. Так давайте разберемся, сколько мл в 1 капле.
Сколько миллилитров в 1 капле, чайной и столовой ложке разных жидкостей
Вода, йод и перекись водорода
Эти элементы объединяем, так как их параметры приблизительно одинаковы.
| Миллилитров |  | | |
| 0.05 | 1 | — | — |
| 1 | 20 | — | — |
| 5 | 100 | 1 | — |
| 10 | 200 | 2 | — |
| 15 | 300 | 3 | 1 |
| 100 | 2000 | 20 | 6.7 |
Лекарства и настойки
Здесь представлены наиболее часто встречающиеся лекарства, требующие измерения.
| Препарат | Миллилитров | | | |
| Спиртовая настойка эхинацеи Настойка пустырника Валерьянка Элеутерококк | 0.05 | 1 | — | — |
| 5 | 100 | 1 | — | |
| 15 | 300 | 3 | 1 | |
| Амбробене | 0.09 | 1 | — | — |
| 7 | 77.8 | 1 | — | |
| 20 | 222.2 | 2.85 | 1 | |
| Карвалол | 0.07 | 1 | — | — |
| 6 | 85.7 | 1 | — | |
| 17 | 242.85 | 2.83 | 1 |
Масло
Существуют различные разновидности масла. Одни используются для приготовления блюд, другие для косметических целей. Рассмотрим масла для приготовления пищи (растительное, кунжутное, оливковое) и масла, используемые в косметологии (базовые и эфирные).
К базовым маслам относятся абрикосовое, масло жожоба, авокадо и др.
Эфирные масла образуются от растений, поэтому и имеют соответствующие названия: лавандовое, гвоздичное, апельсиновое и др.
| Вид масла | Миллилитров | | | |
| Для приготовления пищи | 0.055 | 1 | — | — |
| 5 | 90 | 1 | — | |
| 15 | 270 | 3 | 1 | |
| Базовые | 0.03 | 1 | — | — |
| 5 | 167 | 1 | — | |
| 14 | 467.6 | 2.8 | 1 | |
| Эфирные | 0.06 | 1 | — | — |
| 5 | 83.3 | 1 | — | |
| 14 | 233.24 | 2.8 | 1 |
Способы измерения подручными средствами
Как отмерить 5 мл какой-либо жидкости?! Для этого мы смотрим приведенные выше таблицы (в зависимости от вида жидкости) и пытаемся измерить либо с помощью капель, либо с помощью ложки.
К примеру, для воды, йода и перекиси 5 мл нужно взять 1 чайную ложку либо сто капелек.
Если дома не оказалось ни ложки, ни пипетки, то можно воспользоваться простыми кухонными весами. Такие весы поддерживают функцию измерения объема раствора в мл. Если же они не поддерживают измерения в мл, то можно измерить в граммах.
Посмотрите видео, где сразу, указаны граммы и мл продуктов, для определенного рецепта:
В видео вещества измеряют с помощью граненного стакана.
1 граненый стакан равен 200 мл до риски, либо 250 мл до краев. Вода и молоко равны 200 граммам до риски, растительное масло 190 граммам.
Мерный стакан, кастрюля
На кухне вы сможете отыскать мерный стакан. На нем есть градация по мл и граммам. С помощью вышеприведенных таблиц, вы без труда сможете определить сколько мл в 1 капле. Некоторые кастрюли имеют показатели мл, хотя бы «на глаз», вы определите объем воды.
Палец
Смочите палец в лекарства, и с него начнет падать жидкость, вам останется просто отсчитать свои 20 капель. Этот метод подойдет, если вам нужно отсчитать небольшое количество капель, иначе вы потеряете больше продукта, чем отмеряете.
Шприц
Берем шприц, желательно инсулиновый. Его объем равен одному мл, на таком шприце четко отмечены десятичные доли, так что вам не составит труда отмерить 50 капель валерьянки. Нужно просто набрать 2,5 раза инсулиновый шприц и слить раствор в какую-либо емкость, либо воспользоваться шприцом с другим объемом, на 2 или 5 кубов. В данном случае мы используем метод от обратного. Смотрим ни сколько миллилитров в 1 капле, а сколько капель в одном миллилитре.
Пипетка, дозатор от других лекарств
Вы уже заглянули в аптеку, но не нашли там шприца. Тогда присмотритесь к лекарствам с дозаторами. Можно просто снять колпачок с одного и надеть его на нужную вам баночку. Не забудьте только перед этим хорошенько сполоснуть дозатор, чтобы там не было остатков других лекарств.
Сиропы от кашля обычно в своей комплектации имеют ложечки либо маленькие стаканчики, с их помощью вы также сможете отмерить нужное количество мл.
Подручные предметы
Трубочка для напитка
Вы можете набрать лекарство в трубочку, прикрыть пальцем дно и потом потихоньку отпускать. Контролируйте процесс, чтобы жидкость просто не вылилась из трубочки, а именно капала.
Обычная деревянная палочка
Это может быть просто деревянная палочка, палочка от мороженного, смочите ее, опустите вниз и ждите опадания капель.
Ватная палочка
Смочите ватную палочку, с нее начнет капать жидкость.
Ложка
Налейте в ложку сироп и потихоньку опускайте ее, чтобы он начал капать.
Пластиковая вилка, ложка
Такие предметы обычно имеют на задней стороне туннель, т.е. там есть полое пространство, в которое можно залить жидкость и опять же опускать, и ждать капель.
Ветошь
Экстремальный способ. Если у вас большой объем жидкости, которой не жалко. Смочите тряпку, выжмите лишнюю воду и ждите пока капли начнут опадать.
Так сколько мл в одной капле? Подводим итог
Ваша фантазия безгранична. Вы без труда и специальных приборов смогли бы сами определить сколько мл в 1 капле.
Измерение объемов
Для измерения объема жидкости в случаях, не требующих большой точности,
используют мензурку или мерный цилиндр.
Для точного измерения объема служат мерные колбы, мерные пипетки (пипетка Мора, градуированная пипетка) и бюретки (см. рис. 4).
Для наполнения мерной пипетки ее опускают оттянутым концом в раствор почти до дна сосуда, при помощи груши высасывают из нее воздух. Втягивать жидкость необходимо очень медленно и осторожно, так как раствор может попасть в грушу. Когда пипетка наполнится раствором выше метки, верхнее отверстие её быстро закройте указательным пальцем и осторожно, ослабляя нажим пальца, спустите раствор, пока нижняя часть мениска не достигнет метки. В этот момент палец вновь плотно прижмите к верхнему отверстию пипетки. При выливании раствора оттянутым концом пипетки коснитесь внутренней стенки сосуда и, открыв верхнее отверстие, дайте жидкости стечь.
Для сливания жидкости из бюретки со стеклянным шариком необходимо на-
жать на шарик так, чтобы он слегка отошел от резиновой трубки. При этом образуется зазор между шлангом и шариком, в который и протекает жидкость. Если резиновая трубка бюретки перекрыта зажимом, необходимо нажать на концы зажима, ослабляя его (зажим не снимать). При использовании бюреток для измерения объема жидкостей необходимо следить, чтобы кончик бюретки был заполнен
При любых измерениях объемов жидкости отсчет должен производиться таким образом, чтобы глаз находился на одном уровне с краем мениска. Отсчет объема жидкости в сосуде (бюретка, пипетка, мерная колбы) производят по нижнему краю мениска (рис. 16, а), если жидкость смачивает стекло, а по верхнему
краю мениска, если жидкость не смачивает стекло (рис. 16, б).
Рис. 16. Отсчет уровня жидкости по мениску: а) – жидкость смачивает стекло;